نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی معماری کشتی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 استادیار دانشکده‌ مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

3 دانشیار دانشکده‌ مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

در این پژوهش، رفتار دینامیکی شناور نفتکش KVLCC2 با استفاده از روش عددی و در سرعت‌های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. نیروهای وارد بر شناور و همچنین حرکات آن در سیال بر مبنای روش دینامیک سیالات محاسباتی و به‌کارگیری کد متن‌باز اوپِن‌فوم و حلگرهای اینترفوم و اینتردایم‌فوم و شبیه‌سازی سطح آزاد در جریان دوفازی به دقت تعیین شده‌اند. دامنه‌ی حرکات جابجائی عمودی و غلتش طولی شناور در موج منظم از روبرو و در سرعت‌های مختلف به‌دست آمده است. موج منظم با استفاده از تکنیک سرعت ورودی و بر اساس موج استوکس مرتبه‌ی دوم تولید شده است. به منظور بررسی صحت نتایج عددی به‌دست آمده از تحلیل حاضر، مقادیر مربوط به جابجائی عمودی، غلتش طولی و ضریب مقاومت کل با نتایج معتبر ارائه شده توسط سایر محققین مقایسه شده است. علاوه بر آن، کانتورهای سطح آزاد و متغیرهای مهم جریان استخراج شده است. همچنین دامنه‌ی تغییرات جابجائی عمودی و غلتش طولی به دامنه‌ و شیب موجِ بی‌بُعد نیز ارائه شده و با نتایج آزمایشگاهی معتبر مقایسه گردیده است. این بررسی‌ها در سرعت‌های متفاوت انجام شده و نتایج حل عددی از دقت قابل قبولی نسبت به داده‌های آزمایشگاهی برخوردار است. با مقایسه‌ی متوسط نیروی وارد بر شناور در امواج با مقدار نیرو در آب آرام، مقدار مقاومت افزوده در سرعت‌های مختلف نیز تعیین گردیده است. سهم مقاومت افزوده از مقاومت کل، با افزایش عدد فرود کاهش می‌یابد. با توجه به فرم بدنه‌ی شناور نفتکش مورد نظر، مقاومت آب آرام با افزایش سرعت از رشد بیشتری برخوردار شده است. چنین تحلیلی با استفاده از تکنیک ساخت موج و شبیه‌سازی رفتار شناور در شرایط منطبق بر واقعیت می‌تواند پاسخ‌های دقیق‌تری را در مقایسه با روش‌های پتانسیل ارائه نموده و در طیف وسیع‌تری از سازه‌های شناور مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the added resistance of KVLCC2 at different speeds using a numerical method based on the 2 DOF analysis in a regular waves

نویسندگان [English]

  • Ashkan Maboodi 1
  • Mahdi Yousefifard 2
  • Mohammad Hasan Ghasemi 3

1 Babol Noshirvani university of technology- Department of Mechanical Engineering

2 Babol Noshirvani university of technology-department of mechanical engineering

3 Assistant Professor, Department of mechanical engineering, Babol Noshirvani university of technology

چکیده [English]

In this paper, the dynamic responses of the KVLCC2 tanker at differents speeds have been evaluated using a numerical method. Ship movements and the forces acting on it have been determined accurately based on computational fluid dynamics method using OpenFoam open source code. Free surface of the two phase flow has been simulated using interFoam and interDyMFoam solvers. The amplitude of ship's heave and pitch motions have been determined in the regular head waves at various speeds. The regular second order stokes wave is generated using the input speed technique. In order to verify the accuracy of the numerical results obtained from the present study, the values of the heave motion, rolling angle, thrust coefficient, as well as added resistance compared with the validated experimental results presented by other researchers. In addition, free surface contours and important flow parameters have been extracted. Also, heave and pitch RAO changes are presented and compared with valid experimental results. These simulations are carried out at different speeds and current numerical results have acceptable accuracy compared with experimental data. By comparing the average force applied to the hull in the waves with the amount of calm water resistance, the amount of added resistance is determined at different speeds. The ratio of the added resistance to the total resistance decreases with increasing the Froude number. Due to the hull form of the tanker, the calm water resistance has a higher growth rate relative to added resistance. Such an analysis, using virtual wave making techniques and simulating dynamic behavior Conforms to reality, can provide more accurate results than potential methods and can be used in a wider range of marine applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • KVLCC2 tanker
  • added resistance
  • heave
  • pitch
  • total resistance coefficient

[1]    Van, S.H., Kim, W.J., Yim, D.H., Kim, G.T., Lee, C.J., and Eom, J.Y., ‘‘Flow Measurement Around a 300K VLCC Model”, Proceedings of the Annual Spring Meeting, SNAK, Ulsan, pp.185-188, 1998.

[2]    Ozdemir, Y.H.,  Barlas, B., ‘‘Numerical Study of Ship Motions and Added Resistance in Regular Incident Waves of KVLCC2 Model”, International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, Vol.9, No.2,  pp.149-159, 2017.

[3]    Guoa, B.J., Steena, S. and Deng, G.B., “Seakeeping Prediction of KVLCC2 in Head Waves with RANS” , Applied Ocean Research, Vol.35, pp.56– 67, 2012.

[4]    Yu, J.W., Lee, C.M., Choi, J.E. and Lee, I., “Effect of Ship Motions on Added Resistance in Regular Head Waves of KVLCC2”, Ocean Engineering, Vol.14, pp.375–387, 2017.

[5]    Kim, Y.C., Kim, K.S., Kim, J. , Kim, Y., Park, I.R. and Jang, Y.H., “Analysis of Added Resistance and Seakeeping Responses in Head Sea Conditions for Low-speed Full Ships using URANS Approach”, Ocean Engineering, Vol.9, No.6, pp.641-654, 2017.

[6]    Park, D.M., Lee, J. and Kim, Y., “Uncertainty Analysis for Added Resistance Experiment of KVLCC2 Ship”, Ocean Engineering, Vol.95, pp.143–156, 2015.

[7]    Park, D.M, Kim, Y., Seo, M.G. and Lee, J., “Study on Added Resistance of a Tanker in Head Waves at Different Drafts” ,Ocean Engineering, Vol.111, pp.569–581, 2016.

[8]    Pereiraa, F.S., Eça, L., and Vaz, G., “Verification and Validation Exercises for the Flow Around the KVLCC2 Tanker at Model and Full-Scale Reynolds Numbers”, Ocean Engineering, Vol.129, pp.133–148, 2017.

[9]    RoyChoudhury, S., Dash, A.K., Nagarajan, V. and Sha, O.P., “CFD Simulations of Steady Drift and Yaw Motions in Deep and Shallow Water”, Ocean Engineering, Vol.142, pp.161-184, 2017.

[10] Sadat-Hosseini, H., Wu, P.C., Carrica, P.M., Kim, H., Toda, Y. and Stern, F., “CFD Verification and Validation of Added Resistance and Motions of KVLCC2 with Fixed and Free Surge in Short and Long Head Waves”, Ocean Engineering, Vol.59, pp.240–273, 2013.

[11] Seo, M.G., Yang, K.K., Park, D.M. and Kim, Y., “Numerical Analysis of Added Resistance on Ships in Short Waves”, Ocean Engineering, Vol.87, pp.97–110, 2014.

[12] Toxopeus, S.L., “Viscous-Flow Calculations for KVLCC2 in Deep and Shallow Water”, International Conference on Computational Methods in Marine Engineering (MARINE), 2011.

[13] Xing, T., Shao, J., and Stern, F., “BKW- RS-DES of Unsteady Vortical Flow for KVLCC2 at Large Drift Angles”, the 9th International Conference on Numerical Ship Hydrodynamics, Ann Arbor, Michiga, 2007.

[14] Xing, T., Bhushan, S. and Stern, F., “Vortical and Turbulent Structures for KVLCC2 at Drift Angle 0, 12, and 30 Degrees”, Ocean Engineering, Vol.55, pp.23–43, 2012.

[15] Hoekstra, M., Eça, L., Windt, J. and Raven, H., “Viscous Flow Calculations for KVLCC2 and KCS Models using the PARNASSOS Code", Gothenburg CFD Workshop, 2000.

[16] Panahi, R., Jahanbakhsh, E. and Seif, M.S., “Towards Simulation of 3D Nonlinear High-Speed Vessels Motion”, Ocean Engineering, Vol.36, pp.256–265, 2009.

[17] Jasak, H., “Error Analysis and Estimation for the Finite Volume Method with Applications to Fluid Flows”, Imperial College, London, UK (Ph.D.thesis), 1996.

[18] Rusche, H., “Computational Fluid Dynamics of Dispersed Two-phase Flows at High Phase Fractions”, Imperial College, London, UK (Ph.D.thesis), 2002.

[19] Berberović, E.,van Hinsberg, N., Jakirlić, S., Roisman, I. and Tropea, C., “Drop Impact Onto a Liquid Layer of Finite Thickness: Dynamics of the Cavity Evolution”, Physical Review E, Vol.79, No.3, 2009.

[20] Menter, F.R., “Review of the Shear-Stress Transport Turbulence Model Experience From an Industrial Perspective”, International Journal of Computational Fluid Dynamics,  Vol.23, No.4, pp.305–316, 2009.