Utjecaj prizmatičkog koeficijenta i uzdužnog položaja težišta volumena istisnine na ukupni otpor putničkog broda

master's thesis

• Title (english): Impact of the prismatic coefficient and the longitudinal position of the center of buoyancy on the total resistance of the passenger ship
• Author: Kornelija Borčić
• Mentor: Nastia Degiuli (mentor)
• Mentor: Ivana Martić (komentor)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2024-07-16, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Shipbuilding; Hydromechanics of Floating and Maritime Structures

Abstract

U radu je provedeno numeričko istraživanje utjecaja uzdužnog položaja težišta volumena istisnine te prizmatičkog koeficijenta na ukupni otpor putničkog broda primjenom programskog paketa STAR – CCM+ za računalnu dinamiku fluida. Modifikacija forme broda provedena je pomoću programskog paketa CAESES. Nestacionarno strujanje viskoznog fluida modelirano je Reynoldsovim osrednjenim Navier – Stokesovim (RANS) jednadžbama koje su diskretizirane metodom konačnih volumena. Primijenjen je k-ω SST model turbulencije, a položaj slobodne površine određen je metodom udjela fluida u volumenu. Granične vrijednosti pomaka uzdužnog položaja težišta volumena istisnine definirane su od strane tvrtke Flow Ship Design d.o.o., a granične vrijednosti prizmatičkog koeficijenta određene su prema Lackenbyjevoj metodi za geometrijsku modifikaciju forme broda. Proveden je postupak verifikacije rezultata te je proračunata ukupna numerička nesigurnost ukupnog otpora, urona i kuta trima početne forme putničkog broda. Provedena je detaljna analiza strujanja oko trupa broda što uključuje određivanje slike valova, položaja slobodne površine, raspodjelu hidrodinamičkog tlaka i tangencijalnih naprezanja duž trupa broda. Konačno, dana je usporedba dobivenih vrijednosti ukupnog otpora, urona i kuta trima za sve modificirane forme broda. Zaključeno je da je pomakom uzdužnog položaja težišta volumena istisnine za 0,4 % Lpp moguće postići smanjenje ukupnog otpora za 2,11 % u odnosu na ukupni otpor početne forme putničkog broda. Također, povećanjem prizmatičkog koeficijenta za 5 %, uz zadržavanje konstantnog gaza i uzdužnog položaja težišta volumena istisnine, a što je rezultiralo povećanjem volumena istisnine za 4,96 %, moguće je postići smanjenje ukupnog otpora za
1,43 %. S ciljem određivanja krivulje otpora provedene su numeričke simulacije pokusa otpora za najpovoljniju formu sa stajališta ukupnog otpora za dvije dodatne brzine. Rezultati provedenog istraživanja pokazuju kako je i jednostavnom modifikacijom forme broda moguće postići smanjenje ukupnog otpora broda bez primjene složenih optimizacijskih algoritama.

Abstract (english)

In this paper, a numerical investigation of the impact of the longitudinal position of the center of buoyancy and the prismatic coefficient on the total resistance of the passenger ship is carried out using the software package STAR - CCM+ for computational fluid dynamics. Hull form modification is performed with the software package CAESES. The unsteady flow of a viscous fluid is modeled by the Reynolds averaged Navier–Stokes (RANS) equations, which are discretized by the finite volume method. The k-ω SST turbulence model is applied, and the position of the free surface is determined by the volume of fluid method. The limitations of the longitudinal position of the center of buoyancy are defined by the company Flow Ship Design d.o.o., and the limitations of the prismatic coefficient are determined according to Lackenby method for the hull form modification. The verification study is carried out and the total numerical uncertainty of the total resistance, sinkage, and trim angle of the initial hull form of the passenger ship is calculated. A detailed analysis of the flow around the ship hull is carried out, which includes the determination of the wave pattern, free surface position, hydrodynamic pressure distribution, and tangential stresses distribution along the ship hull. Finally, a comparison of the obtained values of total resistance, sinkage, and trim angle for all modified hull forms is given. It was concluded that by shifting the longitudinal position of the center of buoyancy by 0.4 % Lpp, it is possible to achieve a reduction in the total resistance of 2.11 % compared to the total resistance of the initial hull form. In addition, by increasing the prismatic coefficient by 5 %, while maintaining a constant draft and the longitudinal position of the center of buoyancy, resulting in an increase in the displacement volume by 4.96 %, it is possible to achieve a reduction in the total resistance of 1.43 %. To determine the resistance curve, numerical simulations of the resistance test are carried out for two additional speeds for the most favorable hull form from the total resistance point of view. The results of the conducted research pointed out that even by simple modifications of the hull form, it is possible to achieve a reduction in the total resistance of the ship without the need to apply complex optimization algorithms.

• Keywords: putnički brod; uzdužni položaj težišta volumena istisnine; prizmatički koeficijent; računalna dinamika fluida; modifikacija forme broda; ukupni otpor
• Keywords (english): passenger ship; longitudinal center of buoyancy; prismatic coefficient; Computational Fluid Dynamics; hull form modification; total resistance
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:263913
• Project: Number: IP-2020-02-8568; Title: Održiva plovidba smanjenom brzinom za nisko-ugljično brodarstvo; Title: Sustainable slow steaming for low carbon shipping; Acronym: STARSHIP; Leader: Nastia Degiuli; Jurisdiction: Croatia; Funder: Hrvatska zaklada za znanost; Funding stream: Research Projects
• Study programme: Title: Naval Architecture; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka brodogradnje (magistar/magistra inženjer/inženjerka brodogradnje)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2024-07-11 10:24:13