Numerical investigation on the effect of bilge keels in ship roll damping

Spyrou, Ioannis Taro; Σπύρου, Ιωάννης Τάρο

dc.contributor.author	Spyrou, Ioannis Taro	en
dc.contributor.author	Σπύρου, Ιωάννης Τάρο	el
dc.date.accessioned	2020-11-23T12:05:59Z
dc.date.available	2020-11-23T12:05:59Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52011
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19709
dc.rights	Default License
dc.subject	CFD roll damping roll motion	en
dc.subject	Bilge keels	en
dc.subject	Roll damping	en
dc.title	Numerical investigation on the effect of bilge keels in ship roll damping	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ship Stability	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-10-13
heal.abstract	Στη σύγχρονη μηχανική, υπήρχε πάντα η ανάγκη για έγκυρη προβλεψιμότητα των δυναμικών αποκρίσεων, για διάφορα δυναμικά συστήματα. Το να αποκτήσουμε τη δυνατότητα να εκτιμήσουμε τις αποκρίσεις τέτοιων συστημάτων είναι κρίσιμο για ποικίλους λόγους. Πιο συγκεκριμένα στη Ναυπηγική προκειμένου ένα πλοίο να είναι επαρκώς ασφαλές για το πλήρωμα και το φορτίο θα πρέπει κάποιος να γνωρίζει πόσο έντονες κινήσεις ενδέχεται να προκληθούν για τα διάφορα designs που μπορούν να εφαρμοστούν. Για το λόγο αυτό, γεννάται η ανάγκη να κατανοήσουμε πως και πόσο γρήγορα ένα πλοίο αποβάλλει ενέργεια καθώς εκτελεί διατοιχισμό, που είναι και το είδος της κίνησης που θα μας απασχολήσει. Το μέγεθος που αντιπροσωπεύει αυτή την απώλεια ενέργειας ονομάζεται απόσβεση διατοιχισμού. Προκειμένου να εμβαθύνουμε στους μηχανισμούς που διέπουν την απόσβεση διατοιχισμού, θα πρέπει να κατανοήσουμε την κίνηση του ρευστού γύρω από την γάστρα ενός πλοίου. Αυτή η κίνηση, για ένα συνεκτικό ρευστό διέπεται από τις εξισώσεις Navier Stokes. Ο αριθμητικός επιλύτης μας, MaPFlow, είναι κατασκευασμένος για να προσεγγίζει αυτές τις εξισώσεις αριθμητικά. Βασίζεται στην αδόμητη κεντροκυψελική θεώρηση και επιλύει το μη ευσταθές RANS σύστημα εξισώσεων (URANS). Ο MaPFlow θεωρεί το ρευστό ψευδοσυμπιεστό προκειμένου να παράξει τη σύζευξη πίεσης και ταχύτητας η οποία δεν υφίσταται αν θεωρήσουμε το ρευστό ασυμπίεστο. Οι προσομοιώσεις έγιναν επιτρέποντας στο μοντέλο 1 βαθμό ελευθερίας. Η ελεύθερη επιφάνεια μοντελοποιήθηκε με τη μέθοδο Volume of Fluid (VoF) και η δευτεροτάξια εξίσωση της κίνησης διατοιχισμού προσεγγίστηκε από τη μέθοδο Newmark-beta. Σκοπός της παρούσης εργασίας είναι ο καθορισμός των συντελεστών απόσβεσης διατοιχισμού για τις διάφορες προσομοιώσεις ελεύθερου διατοιχισμού και η εκτέλεση προσομοιώσεων εξαναγκασμένου, από αρμονικό κύμα, διατοιχισμού. Το κίνητρο ήταν κατά κύριο λόγο, το να αποκτηθεί μια πιο ευκρινής εικόνα του πως και κατά πόσο επιδρούν τα παρατροπίδια (bilge keels) στους μηχανισμούς της απόσβεσης διατοιχισμού καθώς και στη φυσική ιδιοπερίοδο ενός πλοιο. Για το λόγο αυτό προσομοιώσεις ελεύθερου διατοιχισμού εκτελέστηκαν και οι συντελεστές απόσβεσής τους συγκρίθηκαν, ενώ στις περιπτώσεις του εξαναγκασμένου διατοιχισμού συγκρίθηκαν οι αποκρίσεις.	el
heal.abstract	In engineering, there has always been a demand for accurate predictability of the dynamic responses of numerous dynamic systems. Being able to estimate the response of such systems is major in several aspects. More precisely, in Marine Engineering, in order to make a ship sufficiently safe for the crew and the cargo, you got to know how extreme the motion of the ship is going to be for the various ship designs that can be applied . To be able to predict the roll motion of a ship, which is the rotational oscillation around the longtitudinal axis, we need to know how and how fast the mechanical energy of the system is expelled. In ship stability, the quantity that represents the loss of energy of a rolling system is the Roll Damping. To look deeper into Roll Damping’s mechanisms, we need to understand the behavior of the fluid’s motion around the ship’s hull. This motion, for a viscous flow, is modeled by the Navier-Stokes equations. Our numerical solver , MaPFLow, is constructed to treat these equations numerically. It is an unstructured cell-centered finite volume solver, that solves the unsteady Reynolds Averaged Navier–Stokes (URANS) equations. MaPFlow considers the fluid “artificially compressible” in order to produce the coupling between pressure and velocity in the Navier-Stokes equations (Mass and Momentum Conservation). The simulations were performed allowing one degree of freedom to the barge (simulation’s model). The free-surface is modeled using the Volume of Fluid (VoF) method and the second order differential equation which describes the motion of the rolling body is approximated by the 2nd order Newmark-beta method. Purpose of the present study is the determination of the roll damping coefficients of several 1-DoF free roll decay tests and the performance of multiple, wave excited, forced roll simulations using CFD. The motivations for this work were, to have a better understanding of how the bilge keels affect the natural period of a ship, the pressure and the vorticity field around it and how the generating vortices (caused by the rolling) are connected to the damping’s mechanisms. For that reason, free roll decay tests with and without bilge keels were performed and their simulation’s results were compared. In order to have an outlook of how the bilge keels affect the wave excited rolling system, regular waves were generated providing the hydrodynamic moment the barge needs to prepare forced roll tests also with and without bilge keels. In these tests no damping coefficients were extracted, although the dynamic responses were obtained and compared .	en
heal.advisorName	Papadakis, George	en
heal.committeeMemberName	Γρηγορόπουλος, Γρηγόρης	el
heal.committeeMemberName	Μπελιμπασάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδάκης, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών.Τομέας Ναυτικής και Θαλάσσιας Υδροδυναμικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	71 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false