Расчет буксировочного сопротивления танкера категории Arc4

О проекте

  • Расчет буксировочного сопротивления танкера категории Arc 4
  • АО «ЦНИИМФ»
  • Судостроение
  • 2016 год

Расчет буксировочного сопротивления танкера категории Arc 4

Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт морского флота (ЦНИИМФ), созданный в 1929 году, является головной научной организацией Российской Федерации в области морского транспорта, занимающейся практически всеми проблемами отрасли: проектированием судов, развитием технологий перевозки и перегрузки, технико-экономическими исследованиями в области морского флота, и др.

По заказу АО «ЦНИИМФ» компания «МЦД» выполнила расчет буксировочного сопротивления судна на основе численного моделирования гидродинамики обтекания судна в среде пакета Ansys Fluent.

Расчеты проводились при следующих условиях: высота ватер линии – 5,06 м; скорость хода – 15 узлов (7,72 м/с).

Для достижения поставленной цели необходимо было выполнить следующие задачи:

Подготовить твердотельную геометрическую модель судна; устранить ошибки геометрии; построить расчетную область течения;
Построить вычислительную сетку;
Выполнить постановку задачи; определить настроqrb разностной схемы и решателя, а также модели расчета свободной поверхности, обеспечивающих устойчивую сходимость задачи и получение корректных результатов.
Проанализировать и обработать результаты расчета. Выполнить визуализацию свободной поверхности, гидродинамических особенностей течения, определить локальные и интегральные характеристики судна (силы буксировочного сопротивления).

Геометрическая модель ½ корпуса судна была предоставлена заказчиком в виде листового тела в формате iges. Анализ исходной геометрии показал наличие зазоров между поверхностями.

Наличие зазоров в исходной геометрической модели
Рисунок 1. Наличие зазоров в исходной геометрической модели

Устранение зазоров было реализовано такими средствами Ansys DesignModeler, как: Repair Seam и Repair Hole.

Подготовленная геометрическая модель половины корпуса судна далее была преобразована в расчетную область течения.

Расчетная область течения разделена на два объема для построения гибридной вычислительной сетки: неструктурированной полиэдральной вокруг корпуса судна и гексаэдральной сетки в остальной области.

Подготовленная таким образом геометрическая модель далее была передана в модуль для генерации вычислительной сетки.

Построение вычислительной сетки осуществлялось средствами модуля Ansys Meshing. В области вокруг судна была построена гибридная тетраэдральная сетка с пристеночным слоем.

Поскольку предельные значения координаты y+ (на подводной части корпуса судна) несколько превышали общерекомендованные значения при использовании модели турбулентности с пристеночной функцией, были проведены дополнительные исследования о влиянии снижения y+ на получаемую силу сопротивления. Результаты показали, что снижение средних значений y+ крайне слабо влияет на распределение касательных напряжений и на значение силы вязкого трения, что свидетельствовало о корректности дальнейшего использования сгенерированной вычислительной сетки в расчетах с учетом свободной поверхности, где вычисляется обе составляющие силы буксировочного сопротивления: вклад силы вязкого трения и волнового сопротивления (силы давления).

Расчет проводился в стационарной постановке (Steady) методом установления (псевдонестационарная постановка Pseudo Transient) с подключением модели многофазности с расчетом границ свободной поверхности VOF в неявной постановке (Implicit) и подмоделью (Open Chanel Flow). Для моделирования турбулентности была подключена модель SST. Использовалась схема решателя Presure – Based Coupled с опцией Coupled with Volume Fraction. Для расчета свободной поверхности использовалась схема высокой точности BGM.

Обработка и анализ результатов численного моделирования проводились в модуле Ansys CFD-Post, позволяющем визуализировать свободную поверхность.

a)
б)

Рисунок 2. Картина распределения высоты свободной поверхности: а) общий вид; б) вблизи кормы

Интегрирование по поверхности судна касательных напряжений и поля давления позволило определить силу буксировочного сопротивления – как сумму сил вязкого трения и волнового сопротивления.

Таким образом, специалистами «МЦД» было проведено численное моделирование гидродинамики обтекания судна в среде программного комплекса Ansys Fluent, определено значение его буксировочного сопротивления и его составляющие: сила вязкого трения и сила волнового сопротивления.

Получено распределение границы свободной поверхности по высоте корпуса судна, также проведена ее пространственная визуализация.

Корректность полученных результатов в части моделирования турбулентного пограничного слоя (сил вязкого трения) подтверждена на основе сеточной сходимости (независимости решения от измельчения сетки), проведенной в рамках дополнительных исследований.

Результаты расчета в части моделирования волнового сопротивления судна также подтвердили свою корректность, поскольку в расчетах положения границ свободной поверхности использовалась модель высокой точности (BGM) и достигнута сходимость задачи.

Есть подобная задача? Звони!

Позвоните нам

+7 (495) 644-06-08

Напишите нам

info@digitaltwin.ru

Часы работы

Пн-Пт 9:00 – 18:00

Другие проекты

Отправить сообщение

    Свяжитесь с нами

    Позвоните нам

    +7 (495) 644-06-08

    Напишите нам

    info@digitaltwin.ru

    Часы работы

    Пн-Пт 9:00 – 18:00