Un enfoque basado en CFD para corregir la masa del barco y el centro longitudinal de gravedad con el fin de mejorar la simulación de resistencia
Autores: Wu, Ping-Chen
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un enfoque basado en CFD para corregir la masa del barco y el centro longitudinal de gravedad con el fin de mejorar la simulación de resistencia
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Procedimiento de corrección
Masa del barco
Centro de gravedad
Entorno de simulación
VOF
Modelos de turbulencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 22
Citaciones: Sin citaciones
En este estudio, se propone un procedimiento de corrección para la masa del barco y su ubicación longitudinal del centro de gravedad adecuado para un entorno de simulación en OpenFOAM v6.0. El concepto se implementa asegurando el equilibrio estático y un momento de cabeceo aproximadamente cero en el barco antes de la simulación. El campo de flujo viscoso alrededor del barco en aguas tranquilas se simula utilizando los modelos de turbulencia VOF (Volumen de Fluido) de superficie libre de dos fases y SST (Transporte de Esfuerzos de Corte). Utilizando una malla estática, el error de resistencia de las mallas medianas y finas es del 4%, en promedio, frente al valor experimental. A medida que se predicen el hundimiento y la inclinación utilizando la malla dinámica, la resistencia creciente del barco causa errores mayores, excepto para el buque portacontenedores. A través de la corrección propuesta, los movimientos verticales del barco mejoran significativamente, y el error de resistencia disminuye para la simulación dinámica. Para el buque portacontenedores, el error de resistencia y movimiento logrado es inferior al 1%. Los errores de hundimiento e inclinación mejoran enormemente para el petrolero y el granelero, y los errores de resistencia se reducen ligeramente, en menos del 3%. Finalmente, se analiza detalladamente el campo de flujo, así como el patrón de formación de ondas del barco y la distribución de la velocidad de estela nominal, y se comparan con los datos de medición disponibles. Las características de los fenómenos de flujo se modelan con éxito. El valor de resistencia para cada forma de casco satisface el requisito de Verificación y Validación, y se estiman los valores de incertidumbre.
Descripción
En este estudio, se propone un procedimiento de corrección para la masa del barco y su ubicación longitudinal del centro de gravedad adecuado para un entorno de simulación en OpenFOAM v6.0. El concepto se implementa asegurando el equilibrio estático y un momento de cabeceo aproximadamente cero en el barco antes de la simulación. El campo de flujo viscoso alrededor del barco en aguas tranquilas se simula utilizando los modelos de turbulencia VOF (Volumen de Fluido) de superficie libre de dos fases y SST (Transporte de Esfuerzos de Corte). Utilizando una malla estática, el error de resistencia de las mallas medianas y finas es del 4%, en promedio, frente al valor experimental. A medida que se predicen el hundimiento y la inclinación utilizando la malla dinámica, la resistencia creciente del barco causa errores mayores, excepto para el buque portacontenedores. A través de la corrección propuesta, los movimientos verticales del barco mejoran significativamente, y el error de resistencia disminuye para la simulación dinámica. Para el buque portacontenedores, el error de resistencia y movimiento logrado es inferior al 1%. Los errores de hundimiento e inclinación mejoran enormemente para el petrolero y el granelero, y los errores de resistencia se reducen ligeramente, en menos del 3%. Finalmente, se analiza detalladamente el campo de flujo, así como el patrón de formación de ondas del barco y la distribución de la velocidad de estela nominal, y se comparan con los datos de medición disponibles. Las características de los fenómenos de flujo se modelan con éxito. El valor de resistencia para cada forma de casco satisface el requisito de Verificación y Validación, y se estiman los valores de incertidumbre.