■事業の内容
(1) 大型肥大船船尾流場推定法の高度化研究
[1] 粘性流場計算法の改良・開発
現在主に使用されている幾つかの乱流モデルについて、その特性や利用可能な範囲、使用上の問題点等を検討した。このため、乱流に対する考え方の発展やそのモデル化の歴史的経緯を含めて調査検討を行い、本研究の条件と特に関係が深い3次元境界層の計算法の改良と開発を行い、SR 196 C船型の流場計測の結果と比較してモデルの有効性等を調査した。
[2] 自由表面流れの計算法の改良・開発
粘性流場の計算においては、海面に発生する自由表面の流れや砕け波の扱いが大きな問題となる。このため、2種類の計算コードについて自由表面を考慮した改良・開発を行い、砕波現象を特に強調した船型を用いて流場計測の実験を行い、その現象を説明できるように計算法を検討した。また、複合格子を用いた計算スキームにより計算を実施して実験結果との比較検討を行い、その効果と解像度や計算時間の関連性等を確認した。
[3] 船体形状表現法の研究
流場の推定計算のためには、複雑な船尾形状の計算に適した方法で船体形状を表現する方法が重要となる。このため、複数の種類の格子を重ねるマルチブロック法のプログラム化について検討を行い、この格子生成法の適用性を検討するため、船尾舵部への流入流場について検討を加えた。
(2) 大型肥大船船尾流場の実用的計算法研究
[1] 船尾流場推定法の適応性検討
現在の時点で利用可能と想定される2種類の流場推定法(NICE法、WISDAM法)を取り上げ、格子設定等の条件をパラメトリックに変化させたシリーズ計算を実施して最適条件を見出した。また、スーパーコンピュータによる特大計算と比較的小規模のEWS計算との比較を行い、その精度を検討した。さらにSR 196の各種船型の流場計測結果との比較の下に、船型・船速の変化等に適合するようなプログラムの改良を行い、渦や圧力の状態等を適切、表現できるような方法を検討した。以上の検討の結果、両計算法の特質が明らかにされると共に、下記(3)項の実験のために検討すべき必要事項を整理できた。
[2] 関連利用技術の調査・改良
船尾流場の実用的な計算のために必要な計算の前処理、後処理等について関連した利用技術の調査を行い、特に計算結果を判り易く表示できる画像処理技術の動向や先端技術分野の文献を調査した。
(3) 模型試験
[1] 計測法・解析法の調査
本模型試験は水面下船体を対称に接続した鏡像模型を風洞に取付け、乱流の変動成分を熱線風速計で計測する特殊な実験である。このため、風洞を使用した乱流計測法とその解析法について詳細な検討を行うと共に、可視化技術、壁面の摩擦応力の画像計測法等の調査を行った。
また、模型寸法と風洞寸法との関係を検討し、風洞内流れの影響に関する詳細な計算を実施して模型寸法を決定した。
[2] 模型船による詳細データの取得
3次元熱線流速計システムを整備し、先ず予備実験として滑らかな円管内の流場計測を実施し、既知のデータとの比較検討を行って、精度や解析技術を検討した。
次に、SR 196 A船型の船体鏡像模型を用いた実験を行い、各種の乱流成分の計測と解析を行い、前記計算に使用する乱流モデルの評価用データを取得できた。
■事業の成果
VLCCなどの大型肥大船の船体周囲の流場、とりわけ船尾流場の挙動は船体の抵抗性能やプロペラ近傍の流れに与える影響が大きく、その推定法の高度化は推進性能向上の観点から極めて重要な要素となっている。しかし、肥大船では粘性の影響が著しく、船尾縦渦の発生など複雑な現象が絡むため、現在、使用されている流場推定法は必ずしも十分なものではない。
本研究では、最近発達しつつある新しい数学モデルや計算法及び高度な計測技術を駆使した模型試験等により、流場推定の技術の高度化を図ると共に、大型肥大船の船尾付近の流場の構造を明らかにし、これらをとりまとめて実用的な推定法を構築しようとするものである。想定される研究期間における技術の発展の範囲では、実船にまで推定法を適用するのには困難が予想されるため、一応模型船のレベルでの推定法構築を目標とする。
初年度の船尾流場推定法を高度化するための研究の成果では、船尾の複雑な現象を説明出来る要素的な技術について、利用可能と思われる乱流モデルの考え方、自由表面に生じる波(特に砕波)の扱い方とモデル化の困難さ、船体形状の適切な精度のよい表現方法等に関し多くの知見が得られた。まだ断片的な知識が集められたという範囲にあるが、流場の複雑な現象に対する理解が急速に進み、今後の理論の構成と緻密化に対する明るい展望が得られた。
一方、船尾流場の実用的な計算法の研究では、NICE法と名付けた計算法が広範囲に利用でき、かつ極めて有効な推定法であることが確認され、またWISDAM法は、使用に当って慎重な配慮を要するが、極めて推定精度が高いことが予想され、それぞれの実用化に向けての大きな指針が得られた。
さらに、高度な技術と複雑な解析を必要とする風洞試験においては、精度のよい所定のデータが確実に収集できることが確認され、今後の研究の進展に対して有力な解析技術となることが明らかとなった。
これにより、現在の船型改良、ならびに新しい船型開発設計に寄与するものと思料される。
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