A comparison of methods for predicting the wave added resistance of slow steaming ships

Abstract

H πρόσθετη αντίσταση κυματισμού είναι μία κρίσιμη παράμετρος που πρέπει να ληφθεί σημαντικά υπ' όψιν στην διαδικασία σχεδίασης για την σψστή οικονομική εκμετάλλευση του πλοίου. Σε καιρούς που συνηθίζονται οι χαμηλές ταχύτητες πλεύσης, τα υπάρχοντα πλοία εξαναγκάζονται να λειτουργούν σε διαφορετικά σημεία λειτουργίας από αυτά για τα οποία είχαν σχεδιαστεί και τα καινούργια πλοία πρέπει να βελτιστοποιηθούν για να λειτουργούν υπο αυτές τις συνθήκες λειτουργίας. Αυτό επηρεάζει επίσης και τα θεωρητικά εργαλεία τα οποία κατέχουμε για τον υπολογισμό της πρόσθετης αντίστασης κυματισμού. Επίσης, οι θεωρητικές μέθοδοι πρέπει να ελέγχονται όταν ο αριθμός Froude και η συμβατική σχεδίαση πλοίου μεταβάλλονται. Σε αυτήν την διπλωματική εργασία, θεωρίες δυναμικού (λωρίδων και και panel) εφαρμόσθηκαν σε δύο δεξαμενόπλοια, ένα σύγχρονο που σχεδιάστηκε υπό τα πλαίσια του ευρωπαικού προγράμματος Ulysses, για το οποία πειραματικά αποτελέσματα σε μοντέλο ήταν διαθέσιμα, και καθώς και σε ένα άλλο συμβατικό. Για τα δύο πλοία έγιναν συγκρίσεις για την πρόσθετη αντίσταση κυματισμού χρησιμοποιώντας διαφορετικές υπολογιστικές μεθόδους. ((Salvesen (1978), Gerritsma & Beukelman (1972), Faltinsen et al. (1980), WaMIT, by Newman & Lee (2009), TIMIT, by Korsmeyer, Bingham, & Newman (1999))

Added resistance in waves is a crucial parameter that should be taken into account in the ship design process for the right economic exploitation. In times of slow steaming the existing (older) ships are forced to operate at different service points from those that were designed and new ships should be optimized to operate under these conditions. This affects also the tools for predicting the wave added resistance. Also, the theoretical methods should be tested when the Froude number and the conventional ship design are changing. In this thesis, potential theory (strip and panel) methods will be applied to two tanker ships, one modern (without bulbous bow), which is designed under the framework of Ulysses EU project, for which experimental results from model tests are available, and another conventional one. For these two ships comparisons concerning the predictions of wave added resistance are made using different numerical methods. In particular, strip theory based methods (Salvesen (1978), Gerritsma & Beukelman (1972) and Faltinsen et al. (1980) and panel based methods (using commercial programs WaMIT, by Newman & Lee (2009), and TIMIT, by Korsmeyer, Bingham, & Newman (1999), are applied to two modern Panamax tankerships ( Torm Lilly and Hull 2020) to estimate the wave added resistance of the seagoing vessels, in slow steaming conditions. The results are compared against measured data and indicating that an appropriate combination of Salvesen- Faltinsen method provides good predictions in the most cases of ship speeds and headings examined. Panel methods are found to perform better in some cases but there is a need of improvement in high speeds and oblique seas. Noting that the present results should be considered with uncertainty at least 10 %, it is found that in real sea conditions (North-Atlantic data) the wave added resistance in 10 kn is between 20-30% of total ship's resistance, but if the slow steaming policy drives ships to run slower this percentage will rise, and the accurate prediction of wave added resistance becomes more crucial. In this direction, the new design of a Panamax tanker, hull 2020, without bublous bow, has shown that it could be a potential optimized alternative, depending on the various parameters and the cargo capacity.