A numerical investigation into the heave, sway and roll motions of typical ship like hull sections using RANS numerical methods
Date
2011-12
Authors
Henning, H. L.
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: The hydrodynamic characteristics of three typical ship-like hull sections, in
different motions, are numerically investigated using FLUENT, 2009. These
simple shapes, namely a v-bottom (triangle) hull, a at-bottom (square) hull
and a round-bottom (semi-circle) hull, are investigated in uncoupled heave,
sway and roll. The problem is described in two dimensions. A combination of
numerical methods and models, found in literature, are used to conduct this
investigation. Hull characterisation is achieved through the use of hull mass
and damping coe cients. These numerically determined coe cients are compared
to experimental work conducted by Vugts (1968). A good correlation
between the numerical and experimental results exists for the heave and sway
cases. By normalising the coe cients, different hulls are comparable to one
another. The numerical models used are validated and veri ed. Roll motion
remains largely unsolved for very large angles of roll (in excess of 11°). Different
uid ow phenomena occurring around the hull sections have varying
degrees of in uence on the motions of a hull. It is found that not one of the
turbulence models investigated can be employed to globally solve each type
of hull-motion case. Also, forced oscillations in computational simulations require
considerably more computational time than free-decay oscillating hull
simulations.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die hidrodinamiese karakteristieke van verskillende skeepsrompvorms, in verskeie bewegingswieë, is numeries ondersoek met behulp van FLUENT, 2009. Drie eenvoudige vorms ('n v-bodem (driehoek), plat-bodem (reghoek) en rondebodem (semi-sirkel) romp) is onderskeidelik ondersoek in opwieg, dwarswieg en rol. Die probleem is twee-dimensioneel. Daar is gebruik gemaak van 'n kombinasie van numeriese metodes en modelle, uit die literatuur, om die ondersoek uit te voer. Die rompe is gekarakteriseer met behulp van massa- en dempingskoëffi siënte. Hierdie numeries bepaalde koë ffisiënte is vergelyk met die eksperimentele werk van Vugts (1968). Daar bestaan 'n goeie korrelasie tussen die numeriese en eksperimentele resultate vir die opwieg en dwarswieg gevalle. Die koë ffisiënte is genormaliseer om die verskeie rompvorms te vergelyk. Die numeriese modelle is geverifi eer en valideer. Rolbewegings is onopgelos vir groot rolhoeke (groter as 11°). Die mate waartoe die romp se beweging beïnvloed word deur die verskillende vloei verskynsels wat om die rompe ontstaan, verskil. Daar is bevind dat geen van die turbulensie modelle gebruik kan word om alle skeepsbeweging-gevalle op te los nie. Gedwonge-ossilasie numeriese simulasies benodig meer berekeningstyd as vrye-verval ossilasie gevalle.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die hidrodinamiese karakteristieke van verskillende skeepsrompvorms, in verskeie bewegingswieë, is numeries ondersoek met behulp van FLUENT, 2009. Drie eenvoudige vorms ('n v-bodem (driehoek), plat-bodem (reghoek) en rondebodem (semi-sirkel) romp) is onderskeidelik ondersoek in opwieg, dwarswieg en rol. Die probleem is twee-dimensioneel. Daar is gebruik gemaak van 'n kombinasie van numeriese metodes en modelle, uit die literatuur, om die ondersoek uit te voer. Die rompe is gekarakteriseer met behulp van massa- en dempingskoëffi siënte. Hierdie numeries bepaalde koë ffisiënte is vergelyk met die eksperimentele werk van Vugts (1968). Daar bestaan 'n goeie korrelasie tussen die numeriese en eksperimentele resultate vir die opwieg en dwarswieg gevalle. Die koë ffisiënte is genormaliseer om die verskeie rompvorms te vergelyk. Die numeriese modelle is geverifi eer en valideer. Rolbewegings is onopgelos vir groot rolhoeke (groter as 11°). Die mate waartoe die romp se beweging beïnvloed word deur die verskillende vloei verskynsels wat om die rompe ontstaan, verskil. Daar is bevind dat geen van die turbulensie modelle gebruik kan word om alle skeepsbeweging-gevalle op te los nie. Gedwonge-ossilasie numeriese simulasies benodig meer berekeningstyd as vrye-verval ossilasie gevalle.
Description
Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2011.
Keywords
Hulls (Naval architecture), Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) methods, Hydrodynamics, Dissertations -- Mechanical engineering, Theses -- Mechanical engineering, Ships -- Hydrodynamics