Årsrapport 1999

NFR-Prosjekt 124144/230:

Hydrodynamisk og aerodynamisk simuleringsmodell for skip
 
 
 
 

1 Framdrift

Sammenlikner vi framdriften så langt med den godkjente framdriftsplanen (nedenfor) ser vi at alle planlagte aktiviteter fram til utgangen av 1999 er fullført.

Nedenfor gir vi et sammendrag av årets aktivitet og oppnådde resultater, med referanser til utgitte rapporter.
 
 
 
 
 
 
 
 

Oppnådde resultater

Ved utgangen av fjoråret var modellen for gittergenerering samt kobling til hydrodynamikken uttestet og validert for to-dimensjonal strømning. Årets arbeid har gått ut på å videreutvikle denne modellen for tre-dimensjonal strømning, samt å validere modellen for et parabolsk skrog (Wigley), som vist på figur 1. For dette skroget finnes det en mengde eksperimentelle data for forskjellige hastigheter.

Figur 1. Wigley skrog som brukes for validering mot eksperimentelle data.

De numeriske simuleringene starter med horisontal vannflate uten bølger. Vannet settes i bevegelse relativt til skroget og på grunn av trykkfeltet som oppstår omkring skroget vil bølgemønsteret dannes, der det lokalt er overtrykk vil vannet stige og vise versa. Et praktisk (og numerisk) problem er å forflytte gridpunktene langs skrogoverflaten etterhvert som den frie overflaten heves eller senkes. I dette spesielle tilfellet er skroget definert ved hjelp av parabolske matematiske funksjoner, slik at ved en konstant x-verdi (spant) vil vi kunne beregne en ny y-verdi (i bredden) ved en vertikal forflytning.

For generelle geometrier blir dette straks mer komplisert. Man kan tenke seg at skroget er definert ved bi-kubiske spline flater eller NURBS-flater, og at man kan iterere seg fram til en ny verdi. Vi har derfor gjort en forenkling ved å kreve at grid-linjene er ved konstante x-verdier (som spant), slik at en vertikal forflytning (Dz) gir en eksplisitt og entydig y-verdi. For ordens skyld kan det nevnes at metoden også vil være i stand til å behandle ikke-konstante snitt gjennom koordinattransformasjoner og dermed ikke representerer noen reell begrensning.

Figur 2. Beregnet bølgemønster omkring Wigley skroget visualisert gjennom vertikal hastighetskomponent.

I figur 2 ser vi den beregnede frie overflaten omkring Wigley skroget. Bølgemønsteret er tydeliggjort ved å plotte den vertikale hastighetskomponenten. Komplette resultater vil foreligge i en egen fagrapport som vil være ferdig innen årets utgang, se punktet nedenfor.
 
 

Rapportering

Følgende fagrapporter er utarbeidet i løpet av 1999:

Östman, A., «Development of a CFD method for mesh generation and simulation of three-dimensional free-surface flow and its application to the Wigley hull,» CFDn Report 234:1999, CFD norway as, Trondheim, 1999.

Rapportene blir fortløpende publisert på våre nettsider: https://www.cfdnorway.no
 
 
 
 

Videre aktiviteter

Arbeidet med å anvende modellen på virkelige skipsskrog er allerede kommet i gang. På figur 3 ser vi skroget M2193B fra MARINTEK, som det er utført slepetester på i Skipsmodelltanken, jfr. dr-ing student Vidar Tregdes arbeid innen SKIPRO.

Figur 3. Geometrisk definisjon av skrog M2193B fra MARINTEK.

Geometrien var levert som koordinater langs spant, og for å sikre er hydrodynamisk glatt overflate i de numeriske beregningene har vi utviklet en metode for overføre disse dataene inn i vårt gridgenereringsverktøy. Vi har benyttet et CAD program (Rhino3D) som overfører geometrien til NURBS-flater (generelle splines) og som importeres i gridgenereringsverktøyet. Dernest projiserer vi det numeriske nettet (men den ønskede fordeling av knutepunkter) ned på NURBS-flaten. Resultatet er vist i figur 4.

Figur 4. Skroget kappet ved vannlinjen med superponert CFD regnenett.

Beregningene for dette skroget vil starte i desember. Siden enkeltmodulene nå er ferdig utviklet, dvs. nettgenerering, geometrikonvertering, hydrodynamisk og aerodynamisk del, starter vi nå arbeidet med å sette enkeltmodulene sammen til en komplett simuleringsmodell.