View Project

Norwegian AI Directory

Improving Performance in Real Sea


Description:

Når et skip beveger seg forover i bølger vil det oppleve en økning i motstand på grunn av bølgene. Tradisjonelt stille vann er antatt for optimalisering av skipsdesign. Likevel representerer det ikke realistiske betingelser opplevd på sjøen. Den internasjonale maritime organisasjon (IMO) har etablert en energi effektivitets indeks (EEDI) som det viktigste virkemidlet for å redusere utslipp av drivhusgasser fra maritim sektor. For tiden er EEDI beregnet for stille vann. Avhengig av skipstype og størrelse har man satt begrensninger på tillatt utslipp av CO2. Siden disse kravene er satt for stille vann, har man lagt føringer for hvordan de målte verdiene i bølger kan regnes om til stille vann. Når fartøyet så seiler i reelle sjøtilstander med effekt fra vind og bølger er de reelle utslippene av drivhusgasser større enn estimert fra EEDI prosedyren. Derfor vil et skip som er designet med hensyn på den etablerte EEDI prosedyren ikke nødvendigvis ha det laveste oppnåelige energiforbruket gjennom dets levetid. Videre kan dette lede til redusert hastighet under seilas som kan bidra til å øke brennstofforbruket og også bidra til redusert sikkerhet i ekstreme værsituasjoner. For å kunne imøtekomme IMO 2050 kravet til reduksjon av drivhusgasser på en realistisk måte trengs mer nøyaktige beregningsverktøy for å analysere skip i realistiske sjøtilstander og da spesielt med hensyn til tilleggsmotstand i bølger. Det overordnede målet med prosjektet er å introdusere mer avanserte numeriske verktøy for å studere skips oppførsel i bølger i realistiske sjøtilstander. Prosjektet vil utviklere numerisk verktøy med høy nøyaktighet og kople dette med effektiv bølgemodellering for å evaluere tilleggsmotstandsproblemet i realistiske sjøtilstander på en mer detaljert måte. I SINTEF Ocean, har det numeriske verktøyet for beregning av sjøgangs-egenskaper til skip med foroverhastighet, hvor en tar hensyn til tredimensjonale effekter, blitt utviklet videre ved at effekt av endelig vanndyp er inkludert. Dette numeriske verktøyet er ment for bruk av industrien i en tidlig designfase, og hvor effektiv beregningsytelse er en viktig faktor. Ved NTNU har ph.d.-studenten og postdoktoren startet sin forskning. Fokus det første året har vært å bruke høyoppløselige hydrodynamiske modeller av skip i bølger. Som et første trinn ble den nye algoritmen for å definere veggbetingelser tilpasset til å brukes på modeller av flytende strukturer. Denne randbetingelsen ble deretter validert i et benchmark-eksempel. Resultatene er presentert på en konferanse. Den nye tilnærmingen gjør det mulig å beregne store skipsbevegelser ved å bruke Computational Fluid Dynamics (CFD)-løsere uten komplekse ?overset-mesh?-strategier. Et viktig trekk ved sjøgangs-problemet med foroverhastighet er det kompliserte bølgemønsteret som dannes av skipets bevegelser og bølgerefleksjon i innkommende bølger. Beregningen av krefter på skipet krever at det resulterende trykket beregnes med tilstrekkelig nøyaktighet på skrogoverflaten. Tradisjonelt blir dette sjøgangs-problemet løst ved en såkalt panelmetode hvor bare den midlere våte overflaten på skroget er inkludert i den matematiske beskrivelsen. En grunnleggende matematisk komponent i denne metoden er den såkalte Greens funksjonen. Uten foroverhastighet finnes det effektive formuleringer for denne, og flere effektive koder brukes innen offshoreindustrien. Med foroverhastighet er Greens-funksjonen imidlertid mye mer kompleks og vanskelig å beregne, og dette hemmer praktisk bruk. For utvikling av en robust bransjestandard sjøgangs-kode er en forenklet formulering der frioverflatebetingelsen forenkles gunstig. Denne tilnærmingen er valgt for den nåværende utviklingen, da den muliggjør effektive beregninger ved bruk av tilgjengelige formuleringer for null-hastighets Green-funksjonen.


Project leader: Martin Friedwart Gutsch

Started: 2020

Ends: 2024

Category: Teknisk-industrielle institutter

Sector: Instituttsektor

Budget: 11999993

Institution: SINTEF OCEAN AS

Address: NA