Bow design for low added resistance in waves

Abstract

Med tanke på å redusere utslipp fra sjøtrafikken er jakten på et skips effektivitet avgjørende. I sjøen er bølger ansvarlig for ekstra motstand og øker energien som trengs for å bevege skipet fremover. Ekstra motstand er definert som forskjellen mellom den totale motstanden til et skip underveis i sjøen og motstanden i stille vann. Et skips baug har en betydelig innvirkning på hvordan motstanden på skipet oppfører seg i bølger, men også på skipets håndtering av sjø. Denne masteroppgaven prøver forstå effekten av forskjellige baug designparametere og deres innvirkning på økning av motstand og bevegelser bedre. Parametere som vannlinjens inngangsvinkel, utsvingt skrogvinkel, den første skulderformen og undervannsformen til baugen har blitt studert. Når det gjelder det store antallet studiecaser som er involvert her, har testene blitt utført takket være en Computational Fluid Dynamic (CFD) programvare, Shipflow Motions 7.0. CFD-modellene er validert med slepetankresultater og en konvergenstest. Det vi kan forstå av disse studiene er at bevegelsene og motstanden ikke kan kobles sammen med noen form for regel. Parameterne som er studert har en varierende grad av innvirkning på den ekstra motstanden og bevegelsene, men med en god kombinasjon er vi i stand til å redusere totalen motstand i bølger med over 9 %. Ved også å vurdere begrensningene innen skipsdesign og bruken av skipet, kunne fartøyet være i stand til å redusere kraften som trengs for å seile. Dette betyr en reduksjon av utslipp og kostnader, samt at det kreves mindre motorer. I tillegg kan komforten om bord muligens bli bedre på grunn av reduserte bevegelser.

With the aim of reducing the emissions of maritime traffic, the search for ship efficiency is crucial. In a seaway, waves are responsible for added resistance and increase a lot the power needed to move the ship forward. Added resistance is defined as the difference between the total resistance of a ship in a seaway and its resistance in calm water. The bows of the ships have a significant impact on the behaviour of the ship in waves on resistance but also on sea-keeping performances. This Master thesis try to better understand the effects of the different bow design parameters and their impact on added resistance and motions. Parameters such as the waterline entrance angle, the flare angle, the first shoulder shape and the underwater form of the bow have been studied. Regarding the large number of cases involved here, the tests have been carried out thanks to a Computational Fluid Dynamic (CFD) software, Shipflow Motions 7.0. The CFD models have been validated with towing tank results and a converence test. What we can learn from these studies is that the motions and the resistance cannot be linked by some kind of rule, the parameters studied have varying degrees of impact on the added resistance and the motions but with a good combination we are able to reduce the total resistance in waves more than 9%. By also considering the naval architecture constraints and the uses of the ship, the vessel could be able to reduce the power needed to sail. That means a reduction of emission and cost but also smaller engines required and maybe a better comfort onboard because of the reduction of motions.