This paper introduces a study on ship performance in waves to consider the effects of added resistance in the early stage of hull-form design. A ship experiences a loss of speed in actual seaways, hence this study proposes the overall procedure of a new design concept that takes into account the hydrodynamic performance of ship in waves. In the procedure, the added resistance is predicted using numerical methods: slender-body theory and Maruo's far-field formulation, since these methods are efficient in initial design stage, and an empirical formula is adopted for short waves. As computational models, KVLCC2 hull and Supramax bulk carrier are considered, and the results of added resistance and weather factor for test models are discussed. The computational results of vertical motion response and added resistance of KVLCC2 hull are compared with the experimental data. In addition, the sensitivity analysis of added resistance and weather factor for KVLCC2 hull to the variations of ship dimensions are conducted, and the change of the added resistance and propulsion factors after hull form variations are discussed.
Nguyen, Van Minh;Nguyen, Thi Thanh Diep;Yoon, Hyeon Kyu
한국항해항만학회지
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제44권2호
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pp.98-109
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2020
In recent years, there have been concerted efforts toward predicting ship maneuvering in shallow water since the majority of ship's accidents near harbors commonly occur in shallow and restricted waters. Enhancement of ship maneuverability at the design stage is crucial in ensuring that a ship navigates safely. However, though challenging, establishing the mathematical model of ship maneuvering motion is recognized as crucial toward accurately predicting the assessment of maneuverability. This paper focused on a study on sensitivity analysis of the hydrodynamic coefficients on the maneuverability prediction of KVLCC2 in shallow waters. Hydrodynamic coefficients at different water depths were estimated from the experimental results conducted in the square tank at Changwon National University (CWNU). The simulation of standard maneuvering of KVLLC2 in shallow waters was compared with the results of the Free Running Model Test (FRMT) in shallow waters from other institutes. Additionally the sensitivity analysis of all hydrodynamic coefficients was conducted by deviating each hydrodynamic derivative from the experimental results. The standard maneuvering parameters including turning tests and zig-zag maneuvers were conducted at different water depths and their effects on the standard maneuvering parameters were assessed to understand the importance of different derivatives in ship maneuvering in shallow waters.
Literature survey was conducted on the 2013 Interim Guidelines for determining the minimum propulsion power to maintain the manoeuvrability of ships in adverse conditions. The International Maritime Organization (IMO) Marine Environment Protection Committee (MEPC) documents related with the Guidelines were reviewed. Compatibility of the present Guidelines can be checked by two different levels: (Level 1) minimum power lines assessment and (Level 2) simplified assessment. The IHS (Information Handling Services) sea-web data on the bulk carriers and the tankers, which were built after 2000, were used to examine the Level 1 assessment. KVLCC2 was used to examine the Level 2 assessment. Regarding the Level 2 assessment, effects of the adverse weather conditions, the added resistance due to waves, the wake fractions and the thrust deduction factors were discussed.
For the more accurate prediction on manoeuvring performance of a ship at initial design phase, bare hull manoeuvring coefficients were estimated by RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) based virtual captive model tests. Hydrodynamic forces and moment acting on the hull during static drift and harmonic oscillatory motions were computed with a commercial RANS code STAR-CCM+. Automatic and consistent mesh generation could be implemented by using macro functions of the code and user dependency could be greatly reduced. Computed forces and moments on KCS and KVLCC 1&2 were compared with the corresponding measurements from PMM(Planar Motion Mechanism) tests. Quite good agreement can be observed between the CFD and EFD results. Manoeuvring coefficients and IMO standard manoeuvres estimated from the computed data also showed reasonable agreement with those from the experimental data. Based on these results, we could confirm that the developed virtual captive manoeuvring model test process could be applied to evaluate manoeuvrability of a ship at the initial hull design phase.
An, Nam Hyun;Ryu, Sang Hoon;Chun, Ho Hwan;Lee, Inwon
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권1호
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pp.151-161
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2014
In this study, an experimental investigation has been made of the applicability of outer-layer vertical blades to real ship model. After first devised by Hutchins and Choi (2003), the outer-layer vertical blades demonstrated its effectiveness in reducing total drag of flat plate (Park et al., 2011) with maximum drag reduction of 9.6%. With a view to assessing the effect in the flow around a ship, the arrays of outer-layer vertical blades have been installed onto the side bottom and flat bottom of a 300k KVLCC model. A series of towing tank test has been carried out to investigate resistance (CTM) reduction efficiency and improvement of stern wake distribution with varying geometric parameters of the blades array. The installation of vertical blades led to the CTM reduction of 2.15~2.76% near the service speed. The nominal wake fraction was affected marginally by the blades array and the axial velocity distribution tended to be more uniform by the blades array.
International Maritime Organization (IMO) regulates an emission of greenhouse gases by creating an Energy Efficiency Design Index (EEDI) to reduce environmental pollution. In propulsion system field, studies are under way on Energy Saving Device (ESD), which can improve propulsion efficiency with the propeller, to reduce the EEDI. Among the studies, the study of Pre-Swirl Stator (PSS) has been actively conducted from long time ago. Recently the variable pith angle type pre-swirl stator has been studied to improve the propulsion efficiency in non-uniform flow fields of the Stern. However, for traditional design methods, no specific design method has been established on the blade or location of radius. In this study, proper design method is proposed for each blade or location for radius according to hydrodynamic pitch angle.
Since the introduction of the mandatory energy efficiency design index (EEDI), several studies have been conducted on the maneuverability of waves owing to the decrease in engine power. However, most studies have used the mean wave force during a single cycle to evaluate maneuverability and investigated the turning performance. In this study, we calculated the external force in accordance with the angle of incidence of the wave width and wavelengths encountered by KVLCC2 (KRISO very large crude-oil carrier) operating at low speeds in regular waves using computational fluid dynamics (CFD). We compare the model test results with those published in other papers. Based on the external force calculated using CFD, an external force that varies according to the phase of the wave that meets the hull was derived, and based on the derived external force and MMG control simulation, a maneuvering simulation model was constructed. Using this method, a weather vaning simulation was performed in regular waves to evaluate the course-keeping ability of KVLCC2 in waves. The results confirmed that there was a difference in the operating trajectory according to the wavelength and phase of the waves encountered.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.270-282
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2020
Analysis: of the propulsion performance considering ship motion in waves is an important factor for the efficient operation of a ship. The interaction between the propeller and the free surface due to the ship motion in waves has a significant influence on the propulsion performance. However, most recent studies regarding the hydrodynamic performance of ships in waves focus on the added resistance, and experimental and numerical data on the propulsion performance considering the ship motion in waves are very rare. In this study, a numerical investigation of the nominal wake in regular head waves is performed for a KVLCC2 model ship for the fully-loaded condition. Phase-averaged wake fields for one period are compared with experimental data measured using Stereo PIV, showing good agreement. The effect of the ship motion on the characteristics of the wake field and the axial velocity in the propeller plane are investigated while varying the wave length.
Yu, Jin-Won;Lee, Cheol-Min;Seo, Jin-Hyeok;Chun, Ho Hwan;Choi, Jung-Eun;Lee, Inwon
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제13권1호
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pp.24-34
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2021
This paper predicts the speed-power-rpm relationship in regular head waves using various indirect methods: load variation, direct powering, resistance and thrust identity, torque and revolution, thrust and revolution, and Taylor expansion methods. The subject ship is KVLCC2. The wave conditions are the regular head waves of λ/LPP = 0.6 and 1.0 with three wave steepness ratios at three ship speeds of 13.5, 14.5 and 15.5 knots (design speed). In the case of λ/LPP = 0.6 at design speed, two more wave steepness ratios have been taken into consideration. The indirect methods have been evaluated through comparing the speed-power-rpm relationships with those obtained from the resistance and self-propulsion tests in calm water and in waves. The load variation method has been applied to predict propulsive performances in waves, and to derive overload factors (ITTC, 2018). The overload factors have been applied to obtain propulsive efficiency and propeller revolution. The thrust and revolution method (ITTC, 2014) has been modified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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