Årsrapport 1998

NFR-Prosjekt 124144/230:

Hydrodynamisk og aerodynamisk simuleringsmodell for skip

1 Framdrift

I løpet av 1998 har CFD norway as utvidet staben med to ansatte, dr.ing.-student Anders Östman (deltid) og dr.ing.-student Ernst Meese (heltid, disputerer desember 1998), som begge har bidratt på prosjektet. Östmans avhandling omfatter for øvrig nettopp numerisk modellering av fri overflate strømning.

Forstudiet som inkluderte et omfattende litteratursøk, ble avsluttet i juni, og konkluderte blant annet med metodevalg for gittergenerering for den frie overflate. Programmering og testing av den valgte metode for gittergenerering ble påbegynt i juni og har etter sammenkobling med bølgeteori vist seg å gi gode resultater for to-dimensjonal strømning. Metoden kan uten problemer utvides til tre dimensjoner. Koblingen til den aerodynamiske delen ble påbegynt allerede fjerde kvartal 1997.

Sammenlikner vi årets framdrift med den godkjente framdriftsplanen (nedenfor) ser vi at alle planlagte aktiviteter fram til utgangen av 1998 er fullført, og at vi ligger litt foran planen når det gjelder kopling til bølgeteori og aerodynamisk del.

Videre vil vi gi en kortfattet oversikt over hovedresultatene for de enkelte aktiviteter. For en mer detaljert teknisk beskrivelse henviser vi til utgitte fagrapporter.

2 Forstudier / litteratursøk

Forstudiet hadde som formål å kartlegge metodikk og resultater fra allerede publiserte artikler om fri overflate beregninger, for dernest å velge hvilken metode som skulle foretrekkes implementert i eksisterende CFD programmer. To metoder skilte seg ut, den ene behandler regnenettet som stasjonært og beregner hvor stor andel vann det er i hver celle. Den andre metoden benytter et bevegelig regnenett som tilpasser seg den deformerte frie overflaten. Dette stiller strengere krav til metoden for automatisk gridgenerering, men krever kun små modifikasjoner i selve strømningsløseren. Litteratursøk viser da også at den siste metoden derfor ofte blir foretrukket hvor brytende bølger er mindre viktig.

3 Gittergenerering for fri overflate

Regnenettet må regenereres hver gang den frie overflaten forflyttes. Dette skjer automatisk i en tilleggsmodul til strømningsløseren. Metoden som benyttes er basert på transfinite interpolasjon mellom spesifiserte randkurver. Posisjonen til den frie overflaten blir bestemt gjennom koplingen til bølgeteori. Behandlingen av det dynamiske regnenettet (gitteret) er konservativ i tid, dvs. at både transiente og stasjonære problemer kan løses. Metoden for regenerering av regnenettet er svært effektiv og legger beslag på minimal regnetid, dette gjelder også for tre-dimensjonale grid.

4 Kopling til hydrodynamisk del (bølgeteori)

Koplingen til den hydrodynamiske delen er beskrevet i vedlagte fagrapport (Östman, 1998). Det var er imidlertid en rekke problemer som måtte løses, blant annet:

• Metoden konvergerte ikke dersom gravitasjonen ble introdusert som en feltkraft. Løsningen var å modifisere trykket og dermed påtrykke gravitasjonen som en grensebetingelse.
• Studier av grideffekter avslørte en stor sensitivitet til gridtetthet og benyttet metode for ekstrapolasjon av hastighetskomponenter fra celle-senter til randen beskrevet av den frie overflate. Metoden som nå benyttes er lite følsom for gridtettheten.

5 Kopling til aerodynamisk del

Teoridelen ble beskrevet i Årsrapporten for 1997. Uttesting av spredning av partikler og røykgass pågår og resultatene vil foreligge i egen fagrapport (Øye, 1998).

6 Beskrivelse av simuleringsmodell

Ingen aktivitet i perioden.

7 Anvendelse på skip

Ingen aktivitet i perioden.

8 Delrapportering

Følgende fagrapporter er utarbeidet i løpet av 1998:

Östman, A., "Mesh generation and simulation of two-dimensional free-surface flow," CFDn Report 214:1998, CFD norway as, Trondheim, 1998.

Øye, I., "Dispersion of smoke and pollutants from ship funnels," CFDn Report 215:1998, CFD norway as, Trondheim, 1998 (ferdig i desember).

9 Sluttrapport

Ingen aktivitet i perioden.

10 Videre aktiviteter

Arbeidet med å utvide modellen til 3D vil starte i januar 1999. Det er planlagt et møte med Sverre Steen, Vidar Tregde og Håvard Holm, MARINTEK, i desember for å integrere det videre arbeid med SKIPRO 2001, spesielt med hensyn på valg av skrogformer og utveksling av eksperimentelle data og beregningsresultater.