نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار مهندسی دریا، دانشکده مهندسی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی دریا، دانشکده مهندسی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر

چکیده

بکارگیری پله در کف بدنه شناورهای تندرو پروازی می‌تواند منجر به کاهش مقاومت شود. علاوه بر این، با استفاده از پله، کارایی بدنه-های پروازی در آب مواج بهبود خواهد یافت زیرا نیروی لیفت در سرتاسر کف بدنه توزیع شده که می‌تواند منجر به پایداری پورپویزینگ در امواج گردد. در این مقاله، جریان سیال سه بعدی اطراف بدنه پله دار شبیه سازی می‌شود. معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود در ترکیب روش حجم سیال حل می‌شوند. همچنین، در شبیه سازی ارائه شده، بدنه دارای دو درجه آزادی سینکیج و تریم دینامیکی می‌باشد. بنابراین، یک حلگر اندرکنش دینامیکی جسم و سیال بر اساس روش مش مورفینگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. در طی فرایند حل عددی دامنه محاسباتی ثابت می‌ماند و شبکه‌بندی اطراف بدنه شروع به جابجایی می‌کند. نتایج بدست آمده برای مقاومت، سینکیج و تریم دینامیکی، طول خیس چاین و طول خیس کیل بدنه پله‌دار در سرعت‌های مختلف با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه و اعتبارسنجی شده‌اند. همچنین، راجع به طول خشک پس از پله و تغییرات زاویه خط اسپری در سرعت‌های مختلف بحث شده است. نتایج بدست آمده بیانگر آن است که مدل عددی ارائه شده را می‌توان برای طراحی بهینه شناورهای پروازی پله‌دار مورداستفاده قرار داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Capability Evaluation of Morphing Mesh Approach for Hydrodynamic Analysis of One stepped planing craft

نویسندگان [English]

  • A Dashtimanesh 1
  • R Khosravani 2
  • A.R Kohansal 1

1 Persian Gulf University

چکیده [English]

Implementation of bottom step in high speed planing hulls can lead to resistance reduction. Moreover, by using step, rough water performance of planing hulls will improve because the lift force is distributed over the hull bottom which can lead to porpoising stability in waves. In this paper, three dimensional fluid flows around a stepped hull is simulated. The governing equations is solved by finite volume method in conjunction with volume of fluid. Free surface flow and the complexity related to the flow separation from step have been thoroughly investigated. Moreover, in the presented simulation, hull has two degrees of freedom in sinkage and dynamic trim. Therefore, dynamic fluid-body interaction (DFBI) solver based on the mesh morphing approach is utilized. In process of numerical solution, computational domain is fixed and the mesh around the hull is moved. The obtained results for the resistance, dynamic trim and sinkage, Chine wetted length and keel wetted length of stepped hull, at different velocities, have been compared and validated against available experimental data. Also, dry length after step and stagnation line variations in various velocities is discussed. The obtained results indicate that the proposed numerical model can be used for optimal design of stepped hulls.

کلیدواژه‌ها [English]

  • numerical simulation
  • one stepped planing hull
  • Calm Water
  • moving mesh

[1] Clement, E.P., Blount, D.L., “Resistance Test of Systematic Series of Planing Hulls Forms”, SNAME Transaction, Vol.71, pp: 491-579, 1963.

[2] Garland, W.R., ”Stepped Planing Hull Investigation”, Midshipman First Class, United States Naval Academy, 2010.

[3] Clement, E.P., Koelbel, J., “Optimized Designs for Stepped Planing Monohulls and Catamarans”, High Performance Marine Vehicles, pp: 35-43, 1992.

[4] Savitsky, D., Morabito, M., “Surface Wave Contours Associated with the Forebody Wake of Stepped Planing Hulls”, Mar. Technol, pp: 1– 16, 2010.

[5] Svahn, D., ” Performance Prediction of Hulls with Transverse Steps”, M.Sc. Thesis, KTH Centre for Naval Architecture, Stockholm, Sweden, 2009.

[6] Loni, A., Ghadimi, P., Nowruzi, H., Dashtimanesh, A., “Developing a Computer Program for Mathematical Investigation of Stepped Planing Hull Characteristics”, International Journal of Physical Research, Vol. 1, No. 2, pp: 34-47, 2013.

[7] Lee, E., Pavkov, M., McCue-Weil, L., ”The Systematic Variation of Step Configuration and Displacement for a Double-step Planing Craft”, Journal of Ship Production and Design, Vol. 30, No. 2, pp: 89–97, May 2014.

[8] سالاری، م.، سیف، م.س. و تیموری، م.، "تحلیل تجربی تاثیر هوادهی به پله های عرضی شناورهای تندرو سرشی برکاهش قله ی منحنی مقاومت آنها"، دو فصل نامه علمی- پژوهشی دریا فنون، صفحه 22-32، 1394.

[9] Taunton, D.J., Hudson, D.A., Shenoi, R.A.,” Characteristic of a Series of High Speed Hard Chine planing Hulls - Part 1: Performance in Calm Water”, International Journal of Small Craft Technology, Vol. 152, pp: 55-75, 2010.

[10] Taunton, D.J., Hudson, D.A., Shenoi, R.A., ”Characteristic of a Series of High Speed Hard Chine Planing Hulls - part II: Performance in Waves”, Vol. 153, pp: 1-22, 2011.

[11] Fu, T.C., O’Shea, T.T., Judge, C.Q., Dommermuth, D., Brucker, K., Wyatt, D.C., ”A Detailed Assessment of Numerical Flow Analysis (NFA) to Predict the Hydrodynamics of a Deep-V Planing Hull”, 29th Symposium on Naval Hydrodynamics Gothenburg, Sweden, pp: 26-31 August 2012.

[12] Taj Golah Veysi, S., Bakhtiari, M., Ghassemi, H., Ghiasi, M., ”Toward Numerical Modeling of the Stepped and non Stepped Planing Hull”, Journal of Brazilian Society of Mechanical Scjience and Engineering, Vol. 37, Issue. 6, pp: 1635-1645, 2014.

[13] Lotfi, P., Ashrafizadeh, M., Kowsari Esfahani, R., ”Numerical Investigation of a Stepped Planing Hull in Calm Water”, Ocean Engineering, Vol. 94, pp: 103–110, 2015.

[14] Dashtimanesh, A., Tavakoli, S., and P. Sahoo., “Development of a simple mathematical model for calculation of trim and resistance of two stepped planing hulls with transverse step”, International Conference on Ships and Offshore Structures, 2016.

[15] Sheingart, Z., ”Hydrodynamics of High Speed Planing Hulls with Partially Ventilated Bottom and Hydrofoils”, Massachusetts Institute of Technology, February 2014.

[16] Launder, B.E., Spalding, D.B., "The Numerical Computation of Turbulent Flows", Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 3, No. 2, pp: 269–289, March 1974.

[17] Versteeg, H.K., Malalasekera, W., “An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method, Pearson Education, 2007.

[18]  Hirt, C.W., Nichols, B.D., “Volume of Fluid (VOF) Method for the Dynamics of Free Boundaries”, Journal of Computational Physics, Vol. 39, pp: 201-225, 2002.

[19] Goldstein, H., Charles, P., Safko, J., “Classical Mechanics”, Boston, MA, Addison Wesley and Company, 2002.