تخمین نیروی پسا و مقاومت اصطکاکی یک کشتی با استفاده از مدلسازی عددی و نتایج ارزیابی آزمایشگاهی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم دریایی دانشکده محیط زیست و منابع طبیعی دانشگاه علوم و تحقیقات تهران

2 دانشیار فیزیک دریا، دانشکده علوم دریایی واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی تهران

3 عضو هیأت علمی پژوهشکده علوم و فن آوری زیر دریا دانشگاه صنعتی اصفهان

4 عضو هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

چکیده

به دلیل قیمت بسیار بالای سوخت کشتی و با هدف رعایت مقررات زیست محیطی دریا، شناسایی مقادیرنیروی پسای کشتی درون آب اولین و اساسی ترین قدم درکنترل مصرف بهینه سوخت محسوب می شود. از طریق روش عددی و با استفاده از نرم افزار سی اف ایکس، برای اولین بار نیروی پسا و مقاومت اصطکاکی مدل مقیاس شده یک کشتی نفتکش غول پیکر به طول74/2 متر، عرض5/0 متر و آبخور 17/0 متر محاسبه شده است. حل عددی نیروی پسای مدل برای 5 سرعت مختلف از 65/0 تا 85/0 متر بر ثانیه انجام شده است. تفاوت این پژوهش با سایر تحقیقات، انتخاب سرعت ها وآبخورهای مدل بر اساس شرایط واقعی سرویس دهی کشتی است. به منظور اعتبارسنجی، نتایج آزمونهای انجام شده بر روی مدل این کشتی در حوضچه کشش بانتایج مدل عددی مقایسه شده است. بر اساس راستی آزمایی های انجام شده، در آبخورهای میانگین 8 و 5/16 سانتیمتر، اختلاف مقادیرنیروی پسای بدست آمده از مدل آزمایشگاهی و مدل عددی در اعداد فرود 13/0 تا 16/0، حداقل5/3 % و حداکثر 4/15% ونسبت مقاومت اصطکاکی به مقاومت کل کشتی حداقل 85 % و حداکثر93 % است. نتایج بدست آمده از این پژوهش جهت تخمین اثر عوامل فیزیکی محیط دریا بر مقاومت اصطکاکی، سرعت و مصرف سوخت کشتی درشرایط واقعی دریا مورد استفاده قرارگرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Estimation of the Drag Force and Frictional Resistance of a ship, using numerical modeling & Experimental Evaluation Results

نویسندگان [English]

  • Hooman Hakimzadeh 1
  • Massoud Torabi Azad 2
  • Mohammad Ali Badri 3
  • Farhoud Azarsina 4
  • Mojtaba Ezam 4
1 department of marine sciences, IAU. SRBIAU., Tehran
2 Department of Physical Oceanography, Islamic Azad University, North Tehran Branch, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Isfahan University of Technology, Research Institute for Subsea Sciences & Technology, Isfahan, Iran.
4 Assistant Professor, Department of Marine Sciences, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran
چکیده [English]

Specification of the drag force values of a vessel in water can be considered as the first and most fundamental step in controlling the optimum fuel consumption of a ship due to high fuel costs and necessity of compliance with the marine environmental legislation. Using the numerical method and CFX software, for the first time, drag force and frictional resistance values of a scale model of a VLCC were calculated. The numerical calculation of the drag force value of the model was performed at five different speeds ranging from 0.65 to 0.85 m/s. The peculiar distinction between the present study and other similar studies is the selection of the speed and draft values of the model based on the actual ship servicing conditions. The results of the tests performed on the scale model in the towing tank were compared with those of the numerical model. Based on the performed verifications in the drafts with the size of 8 and 16.5 cm, the minimum and maximum values of the difference between the drag force values obtained from the laboratory and numerical models in the Froude numbers within the range of 0.13-0.16 were 3.5% and 15.4%, respectively.The minimum and maximum ratios of the frictional resistance to the total ship resistance were 85% and 93%, respectively. The results of the present study have been used to estimate the effect of the physical factors of the sea environment on the frictional resistance, speed, and fuel consumption of the vessel in the real sea condition.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ANSYS CFX. Software
  • Oil Tanker
  • Laboratory simulations
  • Ship’s drag force

[1] Park BJ, Shin MS, Ki MS, Lee GJ, Lee SB. Experience in Applying ISO19030 to Field Data. In: Bertram V, editor. HullPIC’17. 2nd Hull Performance & Insight Conference; 2017 Mar27-29; Ulrichshusen.

[2] اکبری زهرا، میرعابدینی سیدمجتبی، پازکی‌فر شهلا. اندازه‌گیری درگ زبریِ پوشش‌های مختلف دریایی با استفاده از دستگاه روتور. ارائه شده در: نهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران؛ 1383آبان 1-2؛ تهران، ایران.

[3] میرعابدینی سید مجتبی ، پازکی فرد شهلا، اکبری زهرا، محسنی محسن، شایلوزاده حسین. اثر پوشش‌های دریایی مختلف برنیروی مقاومت اصطکاکی وارد بر بدنۀ شناور. مجلۀ علوم و تکنولوژی پلیمر. 1385؛ 19(4): 265-275.

[4] قاسمی مریم، موسوی زادگان سیدحسین. روش‌های محاسبۀ مقاومت اضافی شناور در امواج.  ارائه شده در: پانزدهمین همایش صنایع دریایی؛ 1392 آبان 7-9؛ جزیره کیش، ایران.

[5] علی‌اکبری تقی، مقدس آهنگری علی اصغر، حیدری اسماعیل، وجدی تولون سید سعید. اندازه­گیری تجربی مقاومت هیدرودینامیکی شناور یدک­کش. ارائه شده در: هفدهمین همایش صنایع دریایی؛ 1394 دی 1-4؛ جزیره کیش، ایران.

[6] احمدزاده طلاتپه محمد، موسوی سیدمجید. شبیه‌سازی عددی خزه‌های دریایی چسبیده به بدنه شناورها و به‌کارگیری روش‌های کاربردی و نوین به‌منظور کاهش نیروی درگ ناشی از آن‌ها. نشریه مهندسی دریا.1395؛ 12(23): 81-92.

[7] Heimann J. CFD Based Optimization of the Wave Making Characteristics of Ship Hulls. Faculty of Mechanical Engineering and Transport Systems of the Technical University Berlin. Mensch & Buch Verlag; 2005.p.189

[8] Özdemir YH, Bayraktar S, Yılmaz T. Computational investigation of a hull. ICMRT 2007. 2nd International Conference on Maritime Research and Transportation; 2007 Jun 28-30; Naples, Italy.

[9] Tsujimoto M, Shibata K, Kuroda M, Takagi K. A practical correction method for added resistance in waves. Journal of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers. 2008; 8:177-84.

[10] Banks J, Phillips AB, Turnock S. Free surface CFD prediction of components of Ship Resistance for KCS. In: 13th Numerical Towing Tank Symposium; 2010; Germany.

[11] Kim SO, Ock YB, Heo JK, Park JC, Shin HS, Lee SK. CFD simulation of added resistance of ships in head sea for estimating energy efficiency design index. OCEANS 2014;2014 Sep 14-19; Canada. IEEE Xplore;2015 Jan. p. 1-5.

[12] White F.M., Fluid Mechanics, University of  Rhode Island, 8th Edition. McGraw-Hill Education; 2015.p.864

[13] ANSYS CFX Solver Modeling Guide. USA: ANSYS Inc.; 2013. p.626.

[14] Noblesse F, Huang F, Yang C. The Neumann–Michell theory of ship waves. Journal of Engineering Mathematics. 2013; 79(1):51-71.

[15] Huang F, Yang C, Noblesse F. Numerical implementation and validation of the Neumann–Michell theory of ship waves. European Journal of Mechanics-B/Fluids. 2013; 42: 47-68.

[16] Chi YA, Huang F, Noblesse F. Practical evaluation of the drag of a ship for design and optimization. Journal of Hydrodynamics, Ser. B. 2013; 25(5):54-645.

[17] Ebrahimi A. Numerical Study on Resistance of a Bulk Carrier Vessel Using CFD Method. Journal of the Persian Gulf. 2012; 3(10):1-6.

[18] Lackenby H. Resistance of Ships with Special Reference to skin Friction and Hull Surface Condition. London: Institution of Mechanical Engineers; 1962. p. 981-1014.

[19] Barrass B. Ship design and performance for masters and mates. 1st Edition. Butterworth-Heinemann; 2004. p.264.