■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
船尾流場をより正しく表現できるように乱流モデルを修正しては試計算を繰り返し行い、模型試験の結果等と比較してその妥当性を評価検討した。また自由表面波の計測を行い、計算結果と比較すると共にその表現方法を工夫し、船舶の自航状態を考慮した船尾粘性流場の計算を実施した。さらに、プロペラの特性やbody forceを取り入れる方法を検討し、その試計算と結果の評価とを行った。
[2] 自由表面流れの計算法の改良・開発
主に船首部から生じる波崩れ現象を調査し、これから発生する自由表面波・砕波を計算する方法の開発及びその改良を行った。これらを乱流モデルに組み入れて試計算を行い、実験値との比較検討を行い問題点を検討した。
[3] 船体形状表現法の研究
粘性流場計算の精度に対しては、計算に用いる格子の形状、細かさ及びそれらの分布状態が大きく関係するため、格子の生成方法としてマルチブロック法及び非構造格子生成法等の検討を行い、その長所と自由表面波の場合の問題点を明らかにした。また局所格子生成法と2次元格子生成法の開発も行い、これらを複合させた場合を検討した。
(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
乱流モデルの調査、改良に基づき、実用的に使用できると認められた2種類の計算スキームを決定し、計算条件を変化させた膨大なパラメータスタディを各機関で分担して行った。この過程で見出された問題点をさらに改良し、それぞれの結果を評価した結果、両計算スキームの長所、欠点等が明らかになりつつある。
[2] 関連利用技術の調査・改良
粘性流場計算においては、船体近傍の複雑な流れの様子を分かりやすく表現する必要があり、このためにアニメーション技術等の可視化技術を利用することが有効である。この方面の技術動向を調査し、本研究に有効な技法を整理した。
(3) 模型試験
[1] 計測法・解析法の評価・改良
これまでに得られた計測結果と流場データベースの調査に基づき乱流流場の表示方法を検討し、また実験データの精度を検討して熱線流速計のプローブや制御システムを改良整備した。
[2] 模型試験による詳細データの取得
模型船を用いた風洞試験により、船尾粘性流場の乱流状態に関する膨大な詳細データが得られた。これらのデータを(2)項における計算との比較データに使用すると共に、実験で得られた流場の現象を理解するための検討を行った。
[3] 船尾流場推定法の評価
計測データと計算結果とを比較検討し、流場推定法を向上させるための問題点や改良方法を抽出・整理し、来年度の研究のまとめの方向を定めることができた。
■事業の成果
VLCCなどの大型肥大船の船体周囲の流れは極めて複雑であり、決して滑らかな流れではなく、これが摩擦抵抗に大きく影響している。特に船尾付近の流場の挙動は船体の抵抗性能やプロペラの推進性能に与える影響が大きく、この流場の推定法を高度化することは推進性能向上の観点から極めて重要なこととされている。
本研究では、最近発達しつつある新しい数学モデルの応用、計算機の発達により可能となった大型の計算法の利用、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構造を明らかにして、船体設計に役立つような実用的な推定法を構築しようとするものである。
本年度の研究により、複雑な流場を表現できる乱流モデルのあり方がほぼ明らかとなり、それに基づく計算法も概ね確立された。これらの結果はすでに詳細な実験で得られている複雑な流場や、本研究で求められた精度よい流場をかなり正確に表現できるようになり、これらを積分して求められる船体抵抗の値は実験値とほぼ同程度の精度に近づいた。しかし、一方においては、船体から生じる自由表面波などを含めた計算や、プロペラで生じる流場の変化等はまだ十分に計算できるとは言えず、船体周囲のある特殊な部位では計算が不可能となる例も見出されている。
これらの問題は来年度にかけて解明され、3年間の研究によりほぼ初期の目的が達成されるとの見込みが得られた。
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