Volupe logo

Blog berichten Volupe

Marine Vooruitgang - Simcenter Amesim

In dit blogbericht bekijken we enkele van de maritieme mogelijkheden van Simcenter Amesim en bekijken we een vergelijking die is gemaakt tussen simulatie van de scheepsweerstand op ware schaal met behulp van CFD en voorspellingen op basis van de scheepsweerstandsmodellen van Simcenter Amesim.

Als de rompweerstand van een schip is bepaald, kan het benodigde vermogen worden berekend om een schip langs een zeeroute voort te stuwen. Aan de hand van het vereiste vermogen kunnen verschillende soorten voortstuwingssystemen worden onderzocht om het totale (of onmiddellijke) brandstofverbruik, de milieueffecten en de investeringskosten van een schip te beoordelen. De inzichten die uit een dergelijk onderzoek worden verkregen, kunnen op hun beurt worden toegepast bij de aanpassing van een ouder scheepsontwerp of bij de bouw van een geheel nieuw systeem. Zoals de bovenstaande afbeelding laat zien, kunnen verschillende types stroomaggregaten, energieopslagsystemen en elektromotoren worden aangesloten, gedimensioneerd, geoptimaliseerd en uiteindelijk langs elke zeeroute worden geëvalueerd.

Het werken met een simulatie-instrument op deze manier biedt verschillende voordelen. Meerdere scenario's en routes kunnen worden vergeleken met verschillende aandrijfsystemen om afwegingen tussen concepten en ontwerpen te bestuderen. De regelstrategieën van componenten en systemen kunnen worden onderzocht en ontworpen om aan de strengere emissie-eisen te voldoen, bijvoorbeeld door een piekspaarstrategie toe te passen waarbij een grotere accu wordt gebruikt om de prestaties van de verbrandingsmotor optimaler te maken.

Met de modellen van Simcenter Amesim voor het berekenen van de weerstand van de romp is het mogelijk een goed inzicht te krijgen in de weerstand van een rompontwerp op basis van methoden die in de literatuur voor soortgelijke ontwerpen zijn gevonden. De berekende weerstand kan ook worden gemanipuleerd om het effect te bestuderen van verminderde weerstand op het voortstuwingssysteem als gevolg van een slanker rompontwerp. Voor de scheepsbouw is het gebruikelijk CFD-analyses of schaalmodelproeven te gebruiken om de weerstand van een specifieke romp te bepalen. Dit biedt een voordeel ten opzichte van het werken met weerstandsmodellen, aangezien de beoogde rompgeometrie direct kan worden gebruikt en waarschijnlijk een weerstandsgedrag zal opleveren dat nauw aansluit bij het ontwerp. De resultaten van een dergelijke analyse kunnen natuurlijk worden gebruikt in Simcenter Amesim om de voorspellingen verder te verbeteren.

Hoe werkt het?

Het submodel scheepsweerstand kan worden gebruikt voor het berekenen van de translatieweerstandskrachten van de navigatie en de translatiedynamica van het schip tijdens het varen op de grote zeeroutes en houdt rekening met de massa van het schip en de navigatieweerstand als gevolg van de wrijving met het water.

Indien verschillende zee-omstandigheden moeten worden bestudeerd, kan het scheepsweerstandsmodel worden gecombineerd met een model met variabele zee-omstandigheden. Dit model houdt rekening met extra weerstand veroorzaakt door wind, golven en verschillen ten gevolge van de variaties in dichtheid en viscositeit van het water ten opzichte van de referentie-omstandigheden.

Er zijn vier manieren om de navigatieweerstand te berekenen:

  Experimentele gegevens - ITTC 78 [1]: modellering op basis van de ITTC 78-procedure. De methode is gebaseerd op de extrapolatie van proeven op modelschaal en vereist de beschikbaarheid van experimentele gegevens.

Statistisch Barrass [2]: modellering gebaseerd op de methode die wordt gepresenteerd in "Ship Design and performance for masters and mates" door Dr. C.B. Barrass

Totale weerstand = f(v) - de totale navigatieweerstandsfunctie van de scheepssnelheid wordt afgelezen in een 1D-tabel

Holtrop en Mennen methode [3]: modellering gebaseerd op de paper "An approximate power prediction method" van J.Holtrop en G.G.J. Mennen. De methode is gebaseerd op de regressie-analyse van een groot aantal modelproeven en proefvaartgegevens en vereist gedetailleerde informatie over de geometrie van het schip.

De volledige vergelijking tussen CFD-simulatie van rompmodellen op ware grootte en de hierboven geschetste aanpak van Simcenter Amesim kan in zijn geheel worden gevonden door te zoeken naar het demonstratiemodel getiteld "Vergelijking van navigatieweerstand en voortstuwing" in de helpsectie van Simcenter Amesim. In dit bericht stellen wij ons tevreden met het bekijken van de bevindingen van het benchmark rompmodel KVLCC2. Het rompmodel werd oorspronkelijk ontwikkeld voor onderzoek en met name gebruikt voor het valideren van CFD simulations. Het model bestaat niet op ware grootte.

Bij de vergelijking wordt alleen gebruik gemaakt van de methoden ITTC 78 en Holtrop & Mennen, en de beschrijving van de vergelijking hieronder is dezelfde als in het demonstratiemodel.

KRISO Zeer Grote Ruwe Vervoerder 2

Dit schip is een benchmark-rompmodel van een Very Large Crude Carrier, ontwikkeld door het Maritime and Ocean Engineering Research Institute (MOERI). Een illustratie van de romp en de belangrijkste kenmerken ervan wordt hieronder gegeven.

De geometrische parameters en het CAD-model van de romp en de schroef werden verzameld tijdens de SIMMAN 2008 workshop [4]. Het CAD-model werd gebruikt om nauwkeurige waarden te verkrijgen voor de gegevens die nodig waren voor een berekening van Holtrop en Mennen, waaronder de coëfficiënt van het wateroppervlak, het oppervlak van de onderwaterkap en de oppervlakken van de aanhangsels. De waarde van de vormfactor werd rechtstreeks overgenomen uit de literatuur [5]. De zogfractiecoëfficiënt, het rotatie-rendement en de stuwkracht-aftrekcoëfficiënt werden berekend met de Holtrop-methode.

Voor de validatie van het model werden experimentele gegevens voor ITTC 78 verzameld uit [6] en ter vergelijking werden CFD-resultaten op ware grootte gebruikt. De CFD simulations bestond uit vier verschillende waarden van scheeps snelheid. Onderstaande figuur toont de simulatieresultaten en vergelijkt deze met de referentiewaarden.

De volgende tabellen bevatten de vergelijking van de door Amesim verkregen waarden met die van de CFD op ware grootte simulations, voor elke snelheid die in de referentiebron is geanalyseerd.

Bij vergelijking van Holtrop & Mennen en ITTC 78 met de CFD-bevindingen is een verschil van minder dan 2 [%] te zien voor de totale weerstand berekend met ITTC 78, en minder dan 1 [%] met de benadering van Holtrop en Mennen. Voor snelheden boven 10 [knopen] geven zowel Holtrop en Mennen als ITTC 78 een consistent weerstandsgedrag en bij lagere snelheden beginnen ze van elkaar af te wijken. Het geleverde vermogen, berekend met een submodel van de scheepsschroef, vertoont verschillen van minder dan 8 [%] in vergelijking met de CFD-referentie.

De vergelijking toont aan dat redelijke voorspellingen kunnen worden bereikt met slechts een beperkte hoeveelheid onderliggende geometrische informatie en goede schattingen voor parameters zoals de vormcoëfficiënten van de romp, waarvoor de weerstandsberekening gevoelig is.

Hopelijk vond u dit bericht de moeite waard om door te nemen. Als u vragen of opmerkingen heeft over dit onderwerp, of over simulatie in het algemeen, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen door een e-mail te sturen naar support@volupe.com

Referenties:

[1] International Towing Tank Conference, "Recommended Procedures and Guidelines", 2014.

[2] Dr. C.B.Barrass, "Ship design and performance for masters and mates", 2004.

[3] J. Holtrop en G.G.J. Mennen, "Een benaderende vermogensvoorspellingsmethode", 1982.

[4] SIMMAN 2008. Workshop over verificatie en validatie van simulatiemethoden voor scheepsmanoeuvres. Geraadpleegd op 20 april 2021 [http://www.simman2008.dk/].

[5] Lee et al. Vergelijkende studie van voorspellingsmethoden van vermogenstoename en voortstuwingsprestaties in regelmatige korte golven van KVLCC2 met behulp van CFD. 2019.

[6] Lee et al. Power Increase and Propulsive Characteristics in Regular Head Waves of KVLCC2 Model Tests. 2020.

Auteur

Fabian Hasselby, M.sc.
+46733661021

Meer blogberichten

nl_BEDutch