شبیه سازی آیرودینامیکی کشتی کانتینربر و محاسبه تاثیر چیدمان بار بر کاهش مصرف سوخت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد سازه کشتی، دانشکده فنی مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران.

2 - استادیار، گروه معماری کشتی، دانشکده فنی مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران.*(مسوول مکاتبات)

10.22034/jest.2018.13257

چکیده

زمینه و هدف: موقعیت کشور ایران در منطقه مناسب جغرافیایی، دارا بودن مرزهای گسترده دریایی و همچنین وجود خطوط ترانزیتی گسترده کالا موجب شده است اغلب تجارت کالا به وسیله کشتی صورت می گیرد. همواره یکی از بحث های گسترده در زمینه حمل و نقل دریایی میزان سوخت مصرفی می باشد. در این پژوهش بر آنیم تا با مدلسازی چندنمونه جانمایی کانتینر در سرعت یکسان به مدلی بهینه از جانمایی کانتینر بر روی عرشه بپردازیم.
روش بررسی: در این مقاله با استفاده از نرم افزار انسیس سی اف ایکس یک شناور پست پاناماکس کانتینربر به ظرفیت 9000 TEU با چیدمان های مختلف کانتینر روی عرشه با نسبت 4/1 مدل سازی و شبکه بندی شده، سپس جریان باد حول آن در چیدمان های مختلف کانتینر شبیه سازی شده است.
یافته‌ها: نتایج تحقیق نشان می دهد که شکل جانمایی کانتینرها بر روی عرشه بر مقاومت بادکشتی تاثیرگذار است و نتایج شبیه سازی عددی تطبیق مناسب با آزمایش های تجربی دارد. در ادامه تاثیر چیدمان کانتینر بر کاهش مصرف سوخت و آلاینده ها محاسبه شده است.
بحث و نتیجه‌گیری: توصیه می شود که برای کاهش نیروی درگ و در نتیجه کاهش مصرف سوخت و صدور آلاینده ها زیست محیطی در بارچینی کشتی های کانتینری از خالی گذاشتن و چیدمان نامتوازن کانتینرها روی عرشه پرهیز شود. همچنین، چیدمان  کانتینرها چه در عرشه جلویی و چه در عرشه عقبی به حالت خط جریان سازی شده نزدیک تر گردد.

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره بیستم،شماره سه ، پاییز 97

 

شبیه سازی آیرودینامیکی کشتی کانتینربر و محاسبه تاثیر چیدمان بار بر کاهش مصرف سوخت

 

حامد مجیدیان[1]

فرهود آذرسینا[2]*

F.Azarsina@srbiau.ac.ir

تاریخ دریافت: 26/7/95

تاریخ پذیرش:15/10/95

 

چکیده

زمینه و هدف: موقعیت کشور ایران در منطقه مناسب جغرافیایی، دارا بودن مرزهای گسترده دریایی و همچنین وجود خطوط ترانزیتی گسترده کالا موجب شده است اغلب تجارت کالا به وسیله کشتی صورت می گیرد. همواره یکی از بحث های گسترده در زمینه حمل و نقل دریایی میزان سوخت مصرفی می باشد. در این پژوهش بر آنیم تا با مدلسازی چندنمونه جانمایی کانتینر در سرعت یکسان به مدلی بهینه از جانمایی کانتینر بر روی عرشه بپردازیم.

روش بررسی: در این مقاله با استفاده از نرم افزار انسیس سی اف ایکس یک شناور پست پاناماکس کانتینربر به ظرفیت 9000 TEU با چیدمان های مختلف کانتینر روی عرشه با نسبت 4/1 مدل سازی و شبکه بندی شده، سپس جریان باد حول آن در چیدمان های مختلف کانتینر شبیه سازی شده است.

یافته‌ها: نتایج تحقیق نشان می دهد که شکل جانمایی کانتینرها بر روی عرشه بر مقاومت بادکشتی تاثیرگذار است و نتایج شبیه سازی عددی تطبیق مناسب با آزمایش های تجربی دارد. در ادامه تاثیر چیدمان کانتینر بر کاهش مصرف سوخت و آلاینده ها محاسبه شده است.

بحث و نتیجه‌گیری: توصیه می شود که برای کاهش نیروی درگ و در نتیجه کاهش مصرف سوخت و صدور آلاینده ها زیست محیطی در بارچینی کشتی های کانتینری از خالی گذاشتن و چیدمان نامتوازن کانتینرها روی عرشه پرهیز شود. همچنین، چیدمان  کانتینرها چه در عرشه جلویی و چه در عرشه عقبی به حالت خط جریان سازی شده نزدیک تر گردد.

واژه­های کلیدی: کشتی کانتینربر، دینامیک سیالات محاسباتی، نیروی درگ باد، آشفتگی جریان، مصرف سوخت.

 

J.Env. Sci. Tech., Vol 20, No.3, Autumn, 2018

 

 

 

 


Aerodynamic Simulation of a Container Ship and Evaluation of Cargo Configuration Effect on Fuel Consumption

 

Hamed Majidian[3]

Farhood Azarsina [4]*

F.Azarsina@srbiau.ac.ir

Date Received: October 17, 2016

Admission Date:January 4, 2017

 

Abstract

Background and Objective: Iran has access to open seas and plenty of sea transit around it has urged presence of merchant ships in the region. Fuel consumption has always been a matter of concern for ships. In this study, it is attempted to develop computer models for several container ship cargo configurations and discuss an optimum configuration at a constant speed front wind.

Method: The paper presents simulation results using ANSYS CFX commercial software for a Post-Panamax 9000 TEU container ship. The ship is modelled in a 1:4 scale, then using unstructured mesh the wind filed around it is solved. Drag force, drag coefficient, pressure contour and wind streamline velocity in ten different loading conditions are compared with each other. Finally, the optimized container configuration for loading on deck of the vessel is introduced.

Findings: Simulation results demonstrate the influence of container configuration on wind load distribution. Also the numerical results are verified versus wind tunnel test data. Finally, the influence of container configurations on fuel consumption and reduction of pollutant emissions was calculated.

Discussion and Conclusion: It is proposed to minimize empty spaces between the cargo containers and avoid unbalanced cargo distribution over deck in order to reduce the wind drag force and consequently reduce the fuel consumption and pollutant emissions. Also, it is suggested to make cargo distribution on the forward and aftward deck areas more streamlined.

Keywords: Container Ship, Computational Fluid Dynamics, Air Resistance, Flow Turbulence, Fuel Consumption.

 

 

 

مقدمه

 

به طور کلی مقاومت باد در شرایط آرام جوی 3 تا 5 درصد مقاومت کل شناور می باشد(1). اما در کشتی های کانتینربر که سطح بزرگی از روی عرشه در معرض باد می باشد ، مقاومت باد عدد قابل ملاحظه ای (2 تا 10%) از مقاومت کل را در برمی گیرد (2). نیروهای باد باعث افزایش مقاومت رانشی کشتی می­شوندکه مقاومت طولی بیشترین بخش تاثیرگذاری بر روی کشتی را در برمی گیرد. نیروی عرضی سبب ایجاد گشتاور عرضی می شود و متعاقبا سبب راندگی و انحراف کشتی از مسیر اصلی می شود که از دو جنبه کشتی را تحت تاثیر قرار می دهد. در ابتدا سبب می شود نوک کشتی بر روی مسیر اصلی پیش بینی شده هدایت نشود که این موضوع خود سبب ایجاد مقاومت می شود از جهت دیگر جبران راندگی کشتی از مسیر خود می باید با فرمان های متعدد سکان انجام گیرد که سبب افزایش مقاومت رانشی کشتی می گردد. نسبت نیروهای طولی به عرضی توسط آندرسون (1978) (3) و برلکوم (1981) (4) مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت.

براساس آندرسون (1978) مقاومت القایی که ناشی از تغییرات مکرر و افزایش زاویه سکان است نقش بسیار زیادی در نیروهای مقاومت کشتی ایفا می کند در حالی که براساس مطالعات برلکوم این تاثیرات می تواند در بادهای قوی تر حتی به اندازه بزرگی مقاومت طولی کشتی باشد. به صورت کلی در مبحث مقاومت رانشی کشتی نیروهای مقاومت طولی از اهمیت بیشتری برخوردارند که این موضوع توسط برلکوم و آگ نیز مورد توجه قرار گرفته است. براساس مطالعات برلکوم (1981) مقاومت موج و باد دارای اندازه مشابهی هستند. در صورتیکه براساس بیان آگ (1968)(5)  به ندرت نیروی مقاومت باد بیشتر از 15% مقاومت کل کشتی را شکل میدهد.

در سال (1997) (6) بلندرمن برای نخستین بار به بررسی تاثیرات چیدمان های مختلف کانتینر بر روی عرشه کشتی و نیروی باد پرداخت و به این نتیجه رسید که توزیع نامتقارن چیدمان عرضی کانتینرها باعث افزایش مقاومت باد می شود. او برای ارایه بهتر نتایج به مقایسه نیروی مقاومت باد بر روی عرشه کشتی کانتینربر در دو حالت مختلف پرداخت حالت اول چیدمان کانتینر بر روی عرشه کامل و چیدمان نامتوازن کانتینرها بر روی عرشه کشتی نتایج آن از قرار ذیل است.

1)      نیروی مقاومت طولی در حالت چیدمان نامتوازن بیشتر می شود

2)      نیروی عرضی در حالت چیدمان نامتوازن کمتر می شود.

3)      گشتاورطولی کشتی حالت چیدمان نامتوازن کمتر می شود.

4)      گشتاور عرضی کشتی حالت چیدمان نامتوازن کمتر می شود.

آندرسون در سال (1978) تاثیر چیدمان کانتینرها را به صورت مجزا مورد بررسی قرار داد که نتایج ذیل حاصل آمدند (3).

1)     تغییرات چیدمان کانتینرها بر روی عرشه عقبی تاثیر کمتری در نیروهای طولی می گذارد. بنابراین از این حیث اختلاف زیادی میان کشتی بدون بار و کشتی که تنها کانتینر بر روی عرشه عقبی خود حمل می کند، وجود ندارد.

2)      تغییر در چیدمان کانتینرهای عرشه جلویی برای تغییر نیروهای طولی از اهمیت بیشتری برخوردار است.

3)     چیدمان نامتوازن کانتینرها می تواند به صورت عمده ای سبب افزایش نیروی طولی شود که در صورتی این عدم توازن به صورت عمده باشند نسبت به توزیع متوازن حتی تا 100%-70% می تواند باعث افزایش نیروی طولی کشتی شود برای زمانی که باد از روبرو می وزد.

4)      خط جریان سازی چیدمان کانتینرها بر روی عرشه جلویی تاثیر کمی بر روی تغییر نیروهای طولی می گذارد.

5)     تاثیر چیدمان کانتینرها روی عرشه بر گشتاور عرضی برای باد از روبرو قابل ملاحظه می باشد. چیدمانی که کانتینرها بر روی عرشه جلویی چیده شده باشند و بر روی عرشه عقبی چیده نشده باشند مفید نیست چرا که اندازه گشتاورعرضی را بزرگ می نماید.

6)      تاثیر مساحت جنبی کشتی ها بر روی نیروی عرضی و گشتاورطولی کشتی بسیار زیاد است.

7)     چیدمانی که کانتینرها در عرشه جلویی به صورت کامل چیده شده باشند و بر روی عرشه عقبی خط جریان سازی شده باشند مطلوب ترین چیدمان در بین 19 شکل مختلف چیدمان کانتینرها می باشد.

در سال (2007) اینگرید آندرسن (7) و (8) مطالعات خود را بر روی مدل کشتی کانتینربری پست پاناماکس با ظرفیت حمل 9000 TEU  که در مقیاس  کوچک شده را در تونل باد برای بررسی اثرات تغییر چیدمان کانتینر بارگیری شده روی عرشه کشتی و روابط آن با نیروهای مقاومت طولی و عرضی در دو مدل اصلی چیدمان کانتینر خط جریان سازی شده و چیدمان نامتوازن کانتینرها روی عرشه کشتی انجام داد که هرکدام به سه ظرفیت مختلف دسته بندی شده بودند (شکل 1).

 

شکل 1-مدل چیدمان بارگیری کانتینر بر روی کشتی پاناماکس کانتینربر در مطالعه آندرسن (8)

Figure 1. Small model for cargo distribution on a container Panamax ship (8)

 

البته این مطالعات با چرخش مدل در درون تونل باد برای ایجاد تغییر زوایای وزش باد از 0 تا 50 درجه همراه بود که نتایج بدست آمده از قرار ذیل بود.

1. مدل خط جریان سازی شده: کمترین میزان نیروهای طولی برای زمانی بود که کانتینرها در عرشه عقبی و جلویی به صورت خط جریان سازی شده بارگیری شده بودند که از کاهش چشمگیری نسبت به حالتی که کانتینرها تمام ظرفیت در عرشه جلویی و عقبی بارگیری شده اند، برخوردار بود و در مقایسه این دو حالت برای زاویه وزش 50 درجه تقریباً 43% نیروی طولی متفاوت بود. برای گشتاور  عرضی چیدمان خط جریان سازی شده برای کانتینرها بر روی عرشه جلویی کاهش چشمگیری نسبت به دیگر انواع چیدمان در عرشه جلویی برای باد از روبرو داشت و چیدمان مدل ساده سازی شده کانتینرهای عرشه عقبی که به صورت خط جریان سازی شده چیدمان شده بودند بیشترین مقدار گشتاورعرضی را زمانی که باد از روبرو می وزند تجربه نمودند.

2. مدل بارگیری با تمام ظرفیت: میزان نیروی طولی به صورت گسترده ای برای باد از روبرو افزایش پیدا می کند که این میزان  برای باد با زاویه وزش 30 درجه حدود 54% است. زمانی که باد از روبرو می وزد چیدمان کامل کانتینرها در عرشه عقبی نسبت به چیدمان نامنظم آن ها میزان کمتری گشتاور عرضی تجربه می کند.

آندرسن (2013) مدلسازی تجربی در تونل باد را با افزایش تعداد چیدمانه ای مختلف گسترش داد او تعداد چیدمان ها را از 6 عدد به 16 حالت گسترش داد و در این حالت به بررسی نیروهای طولی و گشتاورهای عرضی پرداخت و از حالت چیدمان کامل بعنوان حالت مرجع مقایسه ای استفاده نمود که نتایج پیشین او با جزئیات بسیار بیشتری تائید نمود (8).

خیرالحسن (2012) به بررسی حل عددی چیدمان مختلف کانتینرها روی عرشه کشتی کانتینربر و ارتباط آن با نیروهای طولی و همچنین بررسی کانتورهای سرعت و فشار در دوحالت پرداخت. مضاف بر آنکه دوحالت چیدمان را در زوایای مختلف صفر و نود درجه بررسی نمود. درنهایت به تاثیر تغییر نیروها در مقاومت باد و نتایج آن برای کاهش مقاومت کل و بهبود مصرف سوخت شناور پرداخته است (9).

خیرالحسن شرایط محیطی حل را باتوجه به شرایط طبیعی کشتی در دریا درنظر گرفته است به عبارتی محدوده دامنه حل و شرایط مرزی طوری انتخاب شده که شرایط حل برای شناور در محیط طبیعی صدق کند. شناورموردمطالعه خیرالحسن دارای ظرفیت حمل 2800   TEUمی باشد و طول سراسری آن 221.65 متر است. مضاف بر آنکه شرایط حل پایا درنظرگرفته شده و تعداد کل شبکه در حدود 3 میلیون مش لحاظ شده است و شرایط آشفتگی نیز k-ε در نظرگرفته شده است. در مطالعه خیرالحسن برای نخستین بار بود که از دینامیک سیالات محاسباتی برای محاسبه میزان نیروهای طولی کشتی کانتینربر استفاده شده بود و علیرغم نتایج بدست آمده مطالعه فوق از فقدان  مقایسه  نتایج حل عددی با نتایج آزمایشگاهی رنج میبرد. به عبارتی اعتبارسنجی مطالعه عددی تنها محدود به فرمول های عددی بوده و مبنای مقایسه عملی وجود ندارد.

بررسی عملکرد آیرودینامیکی یک شناور کانتینربری پاناماکس با چیدمان های مختلف بارگیری کانتینر بر روی عرشه به روش دینامیک سیالات عددی، مقایسه آن با نتایج آزمایشهای تجربی ودرک رفتار نیروی باد تحت این تغییرات چیدمان، مهمترین هدف این تحقیق می باشد. همچنین بررسی نرم افزاری این هدف در روشن شدن نقاط مبهم مدلسازی و حل مساله مانند نوع مدل اغتشاش جریان برای بررسی بهتر نیروی باد نیز از اهداف فرعی این تحقیق بشمار می آید. بررسی کانتورهای سرعت و فشار در نقاط بحرانی نیز (پرفشار) که ناشی از جانمایی شناور می باشند نیز مورد تحقیق قرار خواهد گرفت.

2- دینامیک سیالات محاسباتی

دراین مطالعه از دینامیک سیالات محاسباتی برای حل عددی معادلات پایستاری جرم، مومنتم و انرژی حول شناور استفاده شده است. دراین روش با تقسیم ناحیه مورد نظر برای تحلیل به المان های کوچک تر و اعمال شرایط مرزی برای گره های مرزی با اعمال تقریب هایی یک دستگاه معادلات خطی بدست می آید که با حل این دستگاه معادلات جبری، میدان سرعت و فشار در ناحیه موردنظر بدست می آید. به همین منظور از نرم افزار انسیس سی اف ایکس استفاده شده است که یکی از قدرتمندترین نرم افزارهای تحلیل جریان سیال شناخته شده است. روش عددی حل در این نرم افزار و این مطالعه روش حجم محدود می باشد. از خصوصیات انحصاری این نرم افزار استفاده از یک محیط برای تمام مراحل حل مساله، شامل تولید هندسه و مش، تعریفی فیزیک مدل، حل مساله و پس پردازش می باشد. نوع مش های قابل تولید و دریافت توسط این گروه نرم افزاری شامل شبکه هایی با المان مثلثی و چهاروجهی برای هندسه های دوبعدی و همچنین چهاروجهی، شش وجهی، هرمی یا گوه ای برای هندسه های سه بعدی می باشدکه در مطالعه حال حاضر از مش سه بعدی استفاده شده است. همچنین نرم افزار به کاربر اجازه بهبود شبکه به معنای ریز یا درشت کردن شبکه در مرزها و مکان های لازم هندسه را می­دهد. این بهینه سازی باعث می شود که نتایج در ناحیه هایی که داری جریان های گردابی مانند لایه های مرزی می باشند، دقیق تر شود.

2-1- فرضیه ها

در این مطالعه بدلیل پیچیدگی و سنگین بودن محاسبات فرضیه های ساده کننده ای بشرح زیر انجام گرفته است :

1. قسمت بالای آبخورکشتی برای بررسی اثر باد مورد تحقیق قرار گرفته است.

2. در این پژوهش جریان سیال سه بعدی می باشد و برای تعیین اثر آشفتگی، از مدل پیشنهادی در مقالات (k-w,SST) استفاده شده است.

3. مدل کشتی متقارن می باشد بنابراین شرط تقارن درنظر گرفته شده و نیمی از مدل بررسی می گردد.

4. کشتی ثابت فرض می شود و بدون هیل و تریم درنظرگرفته شده است.

5. مدلسازی مقیاسی از شناور که به ابعاد واقعی نزدیکی دارد جهت صرفه جویی در حجم بسیار بالای محاسبات.

6. فیزیک جریان باد ماهیت گذرا دارد که با توجه به محدوده نیروی های مورد بررسی، به صورت پایا در نظر گرفته شده است.

2-2- روش تحلیل

بزرگ بودن ابعاد فضای حل مساله خصوصاً در مسائلی مانند شبیه سازی شرایط تونل باد که مرزهای جانبی تاثیر زیادی روی شرایط حل مساله می گذارند از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از طرفی بیش از حد بزرگ گرفتن فضای حل مساله، تعداد سلول های محاسباتی و در نتیجه زمان حل را به شدت افزایش می دهد بنابراین بدست آوردن فضای بهینه حل نیازمند تجربه و سعی و خطا می باشد. در تحقیق حال حاضر فضای بهینه حل باتوجه به مدل آزمایشگاهی در (جدول 1 ) مشخص شده است. از جهتی برای جلوگیری از بوجود آمدن خطاهای محاسباتی نرم افزاری این ابعاد بطور کلی به نسبت 1 به 4 کوچک گردیده اند تا فضای نسبی مناسب برای حل مساله حاصل گردد.

جدول1- مشخصات فضای حل عددی

Table 1. Computational domain features

مشخصات فضای حل در مدل آزمایشگاهی (8)

دامنه

مدل آزمایشگاهی

شناور

طول

260 سانتی متر

طول

75 سانتی متر

عرض

100 سانتی متر

عرض

10 سانتی متر

ارتفاع

70 سانتی متر

ارتفاع

11 سانتی متر

مشخصات فضای حل در شبیه سازی حل عددی مطالعه حاضر

دامنه

مقیاس شده

شناور

طول

440 متر

طول

85 متر

عرض

40 متر

عرض

5/11 متر

ارتفاع

50 متر

ارتفاع

8/7 متر

همچنین برای کاهش حجم محاسبات و با توجه به عدم تاثیر بیش از حد بزرگ تر شدن فضای حل در پاسخ های نهایی ارتفاع و عرض دامنه مدل عددی کوچک تر اختیار گردیده است لذا باتوجه به این امر و صرفه جویی در سخت افزار و زمان محاسباتی، ابعاد دامنه فضای حل طبق (جدول 1) اختیار گردیده است. از جهتی دیگر از آنجاکه در آزمون مدل آزمایشگاهی محدودیت هایی برای شکل گیری لایه های مرزی بر روی مدل نسبت به جایگیری مدل در تونل باد برقرار است و این محدودیت ها در نرم افزار حاکم نیست، بعد طولی دامنه به اندازه کافی بزرگ درنظر گرفته شده است.

2-3- مدلسازی شناور کانتینربر پست پاناماکس و سیستم مختصات

برای بررسی نیروی باد بر روی شناور کانتینربر با توجه به چیدمان بارهای روی عرشه قسمت های بدنه کشتی بالای آبخور، روسازه، عرشه عقبی وجلویی وکانتینرهای بارگیری شده روی عرشه درمدلسازی درنظرگرفته شده است (سایز کانتینرهای استفاده شده 40 فوت می باشد) (10). همان طور که در (شکل 2) نشان داده شده مرکز مختصات دکارتی راستگرد استفاده شده به صورت ثابت در محل تقاطع خط مرکزی شناورو عرشه و LPP/6 درنظر گرفته شده است. راستای محورها مطابق با ITTC 1993 درنظر گرفته شده است. همچنین نیروی درگ در راستای محور x درنظر گرفته شده است.

همچنین لازم به ذکر است که برای مش بندی فضای حل مسئله باتوجه به پیچیدگی هندسه شناور از مش بدون ساختاراستفاده شده است که دقت نتایج تحلیل را افزایش میدهد. تراکم مش بندی در قسمت های مختلف با توجه به  فضای حل تنظیم گردیده است (شکل 3 را ببینید). بدین منظور بر روی سطح شناور که از اهمیت بالایی در حل معادلات برخورداراست، سایز المان ها به 1/0 متر رسیده است مضاف بر آن که تراکم مش بندی در لایه های مرزی چندین برابر شده (5 برابر) و میزان مش در نقاط احتمالی مورد فشار بسیار افزایش یافته و برای کاهش حجم محاسبات هرچقدر از بدنه شناور به سمت دیواره های دامنه نزدیک می شویم، حجم مش کاهش یافته به 5/0 متر رسیده است (شکل 4 را ببینید). میزان مجموع تعداد سلول های مش در فضای حل بیشتر از 7 میلیون المان در بیشتر از 2 میلیون گره می باشد که از لحاظ کمیت و کیفیت مش بندی پاسخ های حل را قابل اعتناتر می نماید.

 

شکل 2-نمونه مدلسازی شده شناور در نرم افزارسی اف ایکس و محورهای مختصات

Figure. 2. Computer model of the container ship in ANSYS CFX and the coordinate system

 

 

شکل 3-  نحوه توزیع شبکه بندی شناور و دامنه حل

Figure. 3. Meshing and mesh regions

 

شکل 4- افزایش تراکم شبکه بندی در سطح شناور و کانتینرها

Figure 4. Mesh refinement over the ship surface

 

2-4- شرایط مرزی

هدف از تعریف شرایط مرزی در دینامیک سیالات عددی، مقید ساختن فرم گسسته معادلات برای حل آن در یک چار چوب خاص و نیز تعریف ویژگی جریان در مرزهای دامنه محاسباتی می باشد. به همین منظور شرایط مرزی مسئله بدین صورت در نظر گرفته شده است که پروفیل سرعت به عنوان شرط مرزی ورودی می باشد (شکل 5). برای نزدیک تر نمودن شرایط به شرایط طبیعی، سرعت85/12متربرثانیه که برابر 25 گره دریایی (معادل Force 6 بیفورت می باشد)، در نظر گرفته شده است. البته برای مدل شبیه سازی شده تونل باد 45 متربرثانیه معادل با رینولدز 2،200،000 درنظرگرفته شده است که نتایج برای مقایسه بی بعد گردیده اند. برای قسمت خروجی دامنه شرط مرزی خروجی فشار استاتیکی درنظرگرفته شده است که از این شرط برای تعیین میانگین فشار استاتیک و سایر متغیرهای اسکالر جریان در مرز خروجی استفاده شده است. استفاده از این شرط مرزی بجای شرط مرزی جریان خروجی، اغلب موجب بهتر شدن نرخ همگرایی در زمانی که جریان برگشتی در طول مراحل تکرار اتفاق می افتد، می گردد. به علت تقارن شکل شناور و کاهش حجم محاسبات از شرط مرزی تقارن برای شناور و کل دامنه حل نسبت به صفحه xz استفاده شده است. از شرط مرزی دیواره در مرزهایی که سیال توسط یک جامد محصور می گردد، استفاده شده است. در این تحقیق بدلیل آنکه بررسی دو فازی مدنظر نبوده، سطح دریا همانند شرایط تونل باد جامد درنظر گرفته می شود با این تفاوت که درشرایط واقعی درهنگام وزش باد سطح دریا هم دارای سرعت می شود، لذا سطح دریا دارای تنش برشی با سرعت باد درنظرگرفته شده است. البته با توجه به آنکه محل برخورد سیال با سطح در نزدیکی شناور از  اهمیت بیشتری برخوردار است تراکم شبکه در آن منطقه رشد بیشتری دارد. از طرفی دیواره دور جامد بدون تنش درنظرگرفته شده است چرا که از مرکز جریان فاصله زیادی دارد و حل معادلات در آن تقریبا بی تاثیر است. درنظر گرفتن فاکتور y+ در دیواره ها با کاهش حجم محاسبات شکل جریان را تقویت نموده است. برای دیواره جانبی فضای حل از این شرط مرزی استفاده شده است چرا که می توان صفحه تقارن را به صورت یک دیواره بدون تنش برشی نیز فرض نمود. لازم به ذکر است فضای حل مساله به اندازه ای بزرگ درنظر گرفته شده است تا تاثیرات شرایط مرزی جانبی روی شناور را به حداقل ممکن برساند.

2-5- همگرایی

برای رسیدن به محدوده مناسب همگرائی، با توجه به امکانات سخت افزاری و قابلیت نرم افزار تعداد حل حداقل 10 مرتبه و حداکثر 50 مرتبه در نظرگرفته شده است با عطف به اینکه زمانی حل معادلات متوقف می شود که اختلاف باقی مانده های عددی به 0001/0 برسد که این میزان ارایه شده به نرم افزار، محدوده همگرائی حل معادلات را لحاظ می کند (شکل 6 را ببینید).

 

شکل 5- تصویر برقراری شرایط مرزی در حوزه دامنه حل نرم افزار

Figure 5. Boundary conditions

 

 

شکل 6- همگرایی درگ و ضریب درگ

Figure 6. Convergence of drag coefficient

 

2-6- بی بعد سازی نتایج حل

برای استقلال نتایج از سایز کشتی و سرعت باد نتایج بدست آمده بی بعد گردیده اند. جواب ها به وسیله فرمول زیر که از ثابت طولی استفاده می نماید نرمال شده اندکه در آن   چگالی هوا  سرعت باد و طول بین دو عمود می باشد. همچنین شکل بی بعدسازی کمک می نماید تا نتایج برای شناوری باسایز وسرعت جریان متفاوت قابل استفاده باشد.

(1)

 

                                                                       

3- انواع چیدمان های مورد مطالعه

تعداد 10 چیدمان مختلف مورد بررسی قرارگرفته اند که جزئیات چیدمان ها و ظرفیت بارگیری آن ها به تفصیل در بخش ضمیمه آورده شده است. به صورت کلی حالات مورد بررسی در چند گروه قرار میگیرند.گروه اول شامل مدل های چیدمان منظم می باشد. گروه دوم مدل های خط جریان سازی شده را در بر می گیرد و نهایتا در گروه سوم مدل های چیدمان نامنظم قرارگرفته اند. البته به صورت کلی عواملی می تواند موجب تاثیر در نوع بارگیری کانتینرها روی عرشه درهنگام بارگیری شوند از قبیل  (12):

  • کانتینرهای مختص به کالاهای خطرناک باید جداسازی شوند.
  • کانتینرهای حامل مواد فاسد شدنی باید به منبع تغذیه اتصال پیدا نمایند.
  • کانتینرها براساس نوبت رسیدن به بندر تخلیه، بارگیری شوند. البته امروزه با توجه به تقسیم بندی حجم حمل کشتی های کانتینربر به ابعاد متفاوت حمل،کشتی های با ابعاد بزرگ بیشتر میان دوبندر رفت و آمد دارند.
  • کانتینرها باید طوری روی عرشه جلویی چیده شوند که حداقل دوبرابر طول کشتی از پل فرماندهی محدوده دیدبانی ایجاد نمایند.

برای زاویه حمله صفر درجه که به منزله باد روبرو از کشتی یا مقاومت هوا درمقابل حرکت کشتی می باشد کانتورهای جریان هوا و سرعت جریان عبوری از روی مدل ها با چیدمان های متفاوت بررسی شده است. مسئله ای که دراین قسمت از ارزش مطالعاتی بسیاری برخورداراست نحوه جدایش جریان و شکل­گیری گردابه ها حول شناور کانتینربردرچیدمان های مختلف دراین مطالعه به صورت انحصاری مورد بررسی قرار گرفته است.

 

4- نتایج تحلیل آیرودینامیک شناور کانتینربر، کانتورهای فشار استاتیکی و خطوط جریان سرعت

در ادامه، بدلیل محدودیت صفحات این مقاله، به صورت موردی حالات 1، 4 و 7 بارگذاری بر اساس شماره بندی جدول 2 که در انتهای مقاله ارایه شده تشریح می گردند.

4-1- بارگیری کامل کانتینرها

دراین حالت عرشه با حداکثر ظرفیت ممکن بارگیری شده است. در شکل (7) مشاهده می شود که کانتورهای فشار در قسمت جلوی شناور در برخورد اولیه با کانتینرها بیشترین مقدار را تجربه می نماید. به خصوص این میزان در گوشه های بیرونی آخرین ردیف کانتینر حداکثری است. از آنجاکه مقطع عرضی به صورت مستقیم با باد برخورد می نماید، بیشترین فشار دراین مناطق تجربه می شود که انتظار میرود سرعت جریان در این قسمت ها حداقلی باشد. اما این بدان معنی نیست که از نیروی باد کاسته شده و مجدداً شاهد چنین افزایش فشاری در طول شناور نباشیم. کمترین فشار بر بالای کانتینرها اتفاق می افتد که شاهد افزایش سرعت باد دراین مناطق هستیم (شکل 8 را ببینید). مشاهده می شود که در قسمت پاشنه کشتی سرعت جریان کاهش یافته و گردابه بزرگی شکل گرفته است. علاوه براین موضوع شکل همگن کانتینرها از شکل گیری گردابه جریان در طول چیدمان روی عرشه جلوگیری می نماید که این موضوع برای کاهش درگ مطلوب است.

 

شکل 7- کانتورهای فشار در حالت چیدمان کامل

Figure 7. Pressure contours in a full load state

 

 

شکل 8-تصویر خطوط جریان از روی شناور

Figure 8. Flow streamlines around the vessel

 

4-2- خط جریان سازی شده ی کامل درکل عرشه

در این حالت با توجه به افزایش تدریجی ارتفاع کانتینرها می­بینیم که افزایش فشار برخورد باد با کانتینرها درطول عرشه توزیع شده است و این مقدار نسبت به دیگر حالات حداقلی می­باشد (شکل9). در مقابل کاهش فشار بر روی کانتینرها نیز درطول عرشه توزیع شده است که نشان میدهد سرعت باد بر روی کانتینرها به تدریج افزایش یافته است (شکل 10). کاهش تدریجی ارتفاع کانتینرها در عرشه عقبی نیز از تشکیل گردابه ها جلوگیری نموده است که این حالت باعث بهینه تر شدن شکل آیرودینامیک شناور می شود. اغتشاش جریان و تشکیل گردابه ها دراین حالت حداقلی می باشد. به خاطر کاهش تدریجی ارتفاع کانتینرها به سمت جلوی شناور اولین کاهش سرعت جریان در ردیف های میانی کانتینرهای روی عرشه جلویی اتفاق می افتد. این موضوع برای کاهش اغتشاش جریان و کاهش درگ بسیار موثر است. از طرفی افزایش ارتفاع ردیف کانتینر ها درعرشه عقبی، شکل گیری گردابه های بزرگ را حداقلی می نماید. کاهش سرعت در دنباله جریان نیز حداقلی است. این حالت مطلوب ترین چیدمان آیرودینامیکی می باشد.

 

شکل 9-کانتورهای فشار در حالت خط جریان سازی چیدمان در عرشه جلویی و عقبی

Figure 9. Pressure contours for a streamlined cargo at the fore and aft deck

 

شکل 10- تصویر خطوط جریان از روی شناور

Figure 10. Flow Streamlines for the cargo case of Figure 9

4-3- چیدمان نامنظم با حداکثرارتفاع هفت کانتینر

در این مدل چیدمان، تغییر متعدد و نامنظم ارتفاع کانتینرها درردیف های مختلف در طول کشتی سبب افزایش سطح مقطع تحت تاثیر باد در طول کشتی می گردد که متعاقبا باعث افزایش نواحی پرفشار در جلوی کانتینرها و به خصوص گوشه­های ردیف بالایی که بیشتر در معرض جریان باد حول شناور قرار دارند می گردد (شکل 11). افزایش تعداد گردابه ها درنواحی تغییر ارتفاع اتفاق می افتد (شکل 12). مضافا روی کانتینرها در ردیف های مرتفع تر نواحی پرفشار را تجربه می­کنند که کاهش سرعت را در پی دارد. از آن جایی که شکل چیدمان کانتینرها ناهمگن است سبب کاهش و افزایش مداوم سرعت باد در بین ردیف ها و تشکیل گردابه ها می گردد که در جهت افزایش نیروی درگ موثراست. این حالات برای تمامی چیدمان های نامنظم صادق است و توزیع مناطق پروکم فشار از الگوئی مشابه پیروی می کند.

 

 

شکل 11- چیدمان نامنظم با حدکثر ارتفاع 7 کانتینر

Figure 11. Irregular cargo configuration with a maximum height of seven containers

 

شکل12- تصویر خطوط جریان از روی شناور

Figure 12. Flow Streamlines for the cargo case of Figure 11

 

4-4- چیدمان هرمی با کسر یک کانتینر کمتر در هرطرف از ردیف بیرونی

همان طور که در شکل 13 مشاهده می شود کاهش یک کانتینر از ردیف بیرونی کانتینرها تاثیر قابل ملاحظه ای در تغییر کانتورهای فشار ندارد اما از آنجاکه سطح مقطع در معرض باد در طول شناور در ردیف بیرونی که جزء مناطق با فشار محسوب می شود، کاهش نسبی یافته است در کاهش درگ تاثیرگذار بوده است. بیشترین فشار در منطقه جلوی کشتی در محل دماغه کشتی و پیرامون آن قابل مشاهده است. بزرگی سطح مقطع جلوی کشتی باعث آشفتگی شدیدی در جریان می گردد که درنمودارهای حل عددی این قسمت با افزایش یکباره قابل ملاحظه درگ مشخص است (شکل 14).

4-5- جمع بندی نتایج چیدمان ها

نتایج حل عددی بدست آمده می تواند بیانگر آن باشد که کدام مدل چیدمان میتواند مدل بهینه باشد و در کاهش مقاومت نهایی کشتی تاثیر مفیدتری به جای گذارد. ازجهت دیگر نتایج بدست آمده نوعی رفتار در نتایج تغییر چیدمان کانتینرها را پیش بینی می نماید. برای مثال خالی گذاشتن ردیف ها چه تاثیراتی در مقاومت باد کشتی دارد که در نهایت می توان براساس آن توصیه هایی برای بارچینی عملی بهینه بدست آورد. در بخش بعد نتایج با آزمایش تونل باد مقایسه گردیده است تا دقت حل عددی بیشتر مشخص گردد.

 

 

شکل 13-چیدمان هرمی ظرفیت بارگیری 98.2%

Figure 13. Pyramid cargo loading 98.2% capacity

 

شکل 14- تصویر خطوط جریان از روی شناور

Figure 14. Flow Streamlines for the cargo case of Figure 13

 

5- نتایج نیروی درگ ایرودینامیک

برای حل عددی از سیستم کامپیوتری با پردازش گر 4 هسته ای core i7 با ظرفیت حافظه 8 گیگا بایت استفاده شده است. مدت زمان هر مرتبه عملکرد سیستم در مرحله شبکه بندی 45 دقیقه و برای پردازش 120 دقیقه بوده است.

5-1- صحت سنجی نتایج

شناور مورد بررسی این تحقیق همان شناوریست که در آزمایش تونل باد مورد استفاده قرار گرفته است. به همین منظور پس از حل عددی نتایج بی بعد شده اند و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده اند. دراین شبیه سازی از اصلاحیه ضریب بلوک تونل صرف نظر شده است (11). نتایج بدست آمده در حل عددی تنها برای حالت وزش باد از روبرو برای شناور کانتینربر مورد بررسی قرارگرفته است تا نسبت پاسخ های بدست آمده از نرم افزار و تحلیل آزمایشگاهی را در یک موقعیت منحصربفرد مشخص نماید. درحالت بارگیری کامل مشاهده می شود که مقدار درگ بدست آمده از حل عددی نرم افزار برابربا 2/5266 نیوتن است که پس از بی بعد سازی برابر با 0084/0 می گردد. در حالی که مقدار درگ بدست آمده از آزمایش تونل باد پس از بی بعدسازی برابر با 01/0 می باشد که نشانگر قابل اتکا بودن نسبی نتایج حل عددی می باشد. از جهت دیگر پس از حل حالات مختلف چیدمان مقدار درگ های بدست آمده پس از بی بعدسازی با نتایج آزمون تونل باد تقریبا با همین نسبت برقرار است و از جهت مقایسه حالات چیدمان هم خوانی و مطابقت مناسبی دارد که در نمودار شکل 15 نمایش داده شده است.

برای ایجاد دقت بیشتر در صحت سنجی نتایج حل عددی، مقادیر ضرایب درگ بدست آمده با محدوده نرمال ضریب درگ کشتی های کانتینربر که می باید در محدوده 55/0 تا 8/0 باشد مقایسه گردیده است (2). این مقادیر برای نصف مدل بدست آمده است به همین خاطر دوبرابر گردیده است و در شکل 16 نمایش داده شده است. این مقایسه نتایج را از درجه اهمیت کاملا تضمین می کند زیرا از منبعی دیگر برای مقایسه نتایج حل عددی استفاده می شود و صحت نتایج اعتبار ویژه ای می یابد. به صورت کلی مقایسه نتایج حل عددی با آزمون تونل باد در سرعت های مختلف کمتر از20 % اختلاف دارد که نشانگر قابل اتکا بودن نسبی نتایج حل عددی می باشد.

 

5-2- تغییرات نیروی درگ با سرعت باد

در جدول 3 با ورودی متغیر سرعت باد در حالت چیدمان بارگیری کامل، مقادیر نیروی درگ پس از بی بعد سازی و مقادیر ضرایب درگ به عنوان خروجی حل مشخص شده اند. سرعتهای متفاوت با توجه به مقیاس بیفورت مشخص شده اند به همین منظور محدوده فورس های 4، 5، 6، 7 و 8 بیفورت در حل عددی به عنوان ورودی استفاده شده اند. مقدار چگالی هوا 185/1 کیلوگرم بر مترمکعب و مقدار طول بین دو عمود 80 متر در نظر گرفته شده است. نتایج با استفاده از رابطه (1) بی بعد گردیده اند و در نمودار شکل (17) نمایش داده شده اند.

 

جدول 3- نتایج حل عددی برای سرعت های مختلف باد

Table 2. Numerical result for drag coefficient at different wind speeds

فورس بیفورت

سرعت باد (متربرثانیه)

مقدار نیروی درگ پیش از بی بعد سازی (نیوتن)

ضریب درگ

4

5/6

9/1356

642/0

5

5/9

8/2883

639/0

6

85/12

2/5266

638/0

7

15

4/7147

635/0

8

19

8/11469

635/0

 

 

شکل17- نمودار نیروی درگ براساس سرعت های مختلف

Figure 17. Drag force versus wind speed

 

6- تحلیل تاثیر چیدمان بهینه درکاهش مصرف سوخت و آلاینده های محیطی

همان طور که مشاهده شد با تغییر شکل چیدمان کانتینرهای روی عرشه میزان مقاومت باد و درنتیجه میزان مقاومت کل تغییر می کند. اختلاف نیروی درگ چیدمان نامنظم نسبت به چیدمان هرمی به عنوان یک مدل از چیدمان های بهینه 20% می باشد که برابر 1376.8 نیوتن می باشد. برای آنکه بتوان تاثیر این کاهش مقاومت در توان کشتی را بدست آورد در ابتدا باید مقاومت هیدرودینامیکی را بدست آورد که برای این منظور با استفاده از مقادیر پیش فرض با توجه به ابعاد ارایه شده در جدول 1 و با روش مقاومت هالتروپ و استفاده از نرم افزار MAXSURF™ (13)، مقدار مقاومت هیدرودینامیکی شناور فوق در سرعت 25 مایل دریایی برابر 78143.830 نیوتن بدست آمد.

 

 

 


شکل 15- نمودار ضرایب درگ حاصل از حل عددی در مقایسه با داده های آزمایش تونل باد مرجع (8)

Figure 15. Numerical result for air resistance coefficient vs wind tunnel test data

 

 

شکل 16- نمودار ضرایب درگ حاصل از حل عددی

Figure 16. Numerical result for drag coefficient

 

باتوجه به مقدار مقاومت هیدرودینامیکی بدست آمده مقدار توان موثر PE  از رابطه زیر برابر است با(1)

R×V = (78143.830+103.64) × 25 × 0.5144 = 1006.262 Kw                                              (2)

که ضریب 514/0 برای تبدیل سرعت کشتی از گره دریایی به متر بر ثانیه استفاده شده است. کاهش این مقدار برای حالت چیدمان هرمی برابر است با

1376.8 × 25 × 0.5114=17.602 Kw

که تقریباً 8/1 درصد توان کل را در برمی گیرد. برای یک مسیر کانتینری معمولی بین بندرعباس و بندر چنای[5] هند 2351 مایل دریایی (14) مقدار سوخت مورد نیاز از قرار ذیل خواهد بود (9):

Fuel required for 1000 miles = S × PB × D / V (kg)                                                                       (3)

در رابطه (3) داریم:

S =مصرف سوخت

D =  فاصله به مایل دریایی

V = سرعت کشتی به مایل دریایی

PB =توان موتور

Fuel Consumption = 230 kg/Mwh

= (230 × 2351 × 1006.262) / 25 = 217.646 Metric tones.

حال میزان کاهش مصرف سوخت در حالت چیدمان هرمی نسبت به حالت چیدمان نامنظم برابر خواهد بود با:

230 × 17.602 × 2351 / 25 = 3.807 Metric tones.

که برای حالت چیدمان هرمی مقدار کاهش مصرف سوخت در طول مسیر ذکر شده برابر 8/1 درصد در مصرف سوخت خواهد بود و در نتیجه میزان کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن به محیط برابر خواهد بود با

(4)

317 × 3.807 × 1 / 0.136 kg = 8.873 Mt

                                                           

مقدار انتشار 873/8 تن برای شناور ابعاد شده و نهایتاً 5/35 تن برای شناور با ابعاد واقعی درکل مسیر می باشد. همان طور که مشخص است کاهش مقاومت باد بطور موثری در کاهش مصرف سوخت و انتشار گازهای گرم کننده جو تاثیر دارد. باتوجه به آنکه دوره تعمیرات اساسی موتورهای اصلی اینگونه شناورها 20000 ساعت می باشد می توان گفت با بهینه سازی چیدمان کانتینرهای روی عرشه می توان از انتشار حجم بسیار بالایی از گاز CO2به اتمسفرجلوگیری نمود. 

در نمودار شکل 18 نسبت حالات چیدمان در مسافت ذکر شده به میزان انتشار گاز CO2بررسی شده است که مشخصاَ تاثیر بهینه سازی چیدمان کانتینرهای روی عرشه در جلوگیری از انتشار گاز CO2را نشان میدهد.

شکل 18-  نمودار ترتیبی کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن نسبت به حالت چیدمان نامنظم

Figure 18. Reduced Carbon Diaxide emissions for different loading scenarios

 

نتیجه گیری

مدل یک شناور کانتینربر پست پاناماکس در نرم افزار سی اف ایکس برای مقایسه نیرو های طولی با نتایج آزمایشگاهی مدلسازی و به عنوان متغیری از تغییرات چیدمان کانتینرهای روی عرشه شبیه سازی گردید. به طورکلی نتایج تغییرات چیدمان کانتینر بر روی شناور پست پاناماکس درجهت بهینه سازی چیدمان تحت وزش باد از روبرو را می توان در موارد زیر جمع بندی نمود.

هرگونه تغییر درچیدمان کانتینرها بر روی عرشه کشتی بر نیروی درگ تاثیر مستقیم دارد و بیش از آنکه نیروی درگ وابسته به شکل مقطع عرضی شناور باشد وابسته به سطح طولی از شناور است که باد به آن برخورد دارد.

با مقایسه اختلاف نیروی درگ حالت ساده سازی شده کامل با بارگیری کامل عرشه  5/9% با حالت های عرشه خالی 18.2% و حالات نامنظم که بالای 24% می باشند میتوان نتیجه گرفت که  هر کدام از ردیف های خالی باعث آشفتگی جریان و افزایش نیروی درگ می شوند که حتی الامکان می باید از خالی گذاشتن هر کدام از آن ها در هنگام بارگیری و دریانوردی جلوگیری نمود. نتیجتا چیدمان نا منظم کانتینرها در طول کشتی میزان درگ را افزایش میدهد.

  از مقایسه اختلاف نیروی درگ درحالت ساده سازی شده کامل و  با حالت بارگیری کامل در عرشه عقب و ساده سازی شده در عرشه جلو  2.6%  وهمچنین مقایسه اختلاف نیروی درگ درچیدمان نامنظم با بارگیری کامل درعرشه عقب و چیدمان نامنظم با حداکثر ارتفاع 5 کانتینر 5%، مشخص میشود که تغییر چیدمان کانتینرها بر روی عرشه عقبی سبب افزایش نیروی درگ گردیده است. با توجه به نتایج شکل چیدمان کانتینرها بر روی عرشه جلویی از اهمیت بسیار بیشتری برخوردار است اما این موضوع به معنی بی اهمیت بودن شکل چیدمان کانتینرها بر روی عرشه عقبی نیست.

چیدمان ساده سازی شده عرشه عقب وجلو (حالت چهارم)، از لحاظ نیروی درگ بهینه ترین حالت است.

از بین ده حالت بررسی شده اختلاف نیروی درگ در حالت ساده سازی شده کامل نسبت به بارگیری کامل کل عرشه که به عنوان حالت مرجع درنظرگرفته شد، 10% است. همچنین اختلاف نیروی درگ چیدمان ساده سازی شده کامل به عنوان بهینه ترین حالت با حالت بارگیری کامل در عرشه عقب و ساده سازی شده در عرشه جلو 2.6% می باشد که کمترین اختلاف را از میان کل مدل های چیدمان با حالت بهینه دارد. همچنین این اختلاف با حالت چیدمان هرمی 5% می باشد که به نظر میرسد به صورت کلی این سه چیدمان مطلوبترین حالت های چیدمانی برای کاهش درگ باشند. از طرفی اختلاف نیروی درگ چیدمان ساده سازی شده کامل با حالت نامنظم با حداکثر ارتفاع 5 کانتینری 24% و با حالت نامنظم با حداکثر ارتفاع 7 کانتینر 19% می باشد که نشان میدهد این حالتها نامطلوب ترین نوع چیدمان درجهت کاهش نیروی درگ می باشد.

اختلاف حالت چیدمان حالت ساده سازی شده کامل با یک درمیانی 14.6% و با حالت های چیدمان نامنظم حدود 24% است که این موضوع نشان میدهد برای بارگیری شناور کانتینربر حتی المکان باید کانتینرها در ردیف ها با تعداد مساوی درارتفاع، بارگیری شوند تا آنکه به صورت نامنظم بارگیری شوند.این موضوع باعث کاهش چشمگیر درگ خواهد شد.

نهایتاً بهتراست تا جای ممکن شناورها در شکل کلی بشکل همگن بارگیری شوند تا مقاومت باد کاهش یابد.

توصیه می شود که برای کاهش نیروی درگ و در نتیجه کاهش مصرف سوخت و صدور آلاینده ها زیست محیطی در بارچینی کشتی های کانتینری تا جای ممکن از خالی گذاشتن و چیدمان نامتوازن کانتینرها روی عرشه جلوگیری شود. همچنین برای کاهش نیروی درگ در دریانوردی ،تا جای ممکن چیدمان  کانتینرها چه در عرشه جلویی و چه در عرشه عقبی به حالت خط جریان سازی شده نزدیک تر گردد.

تشکر و قدردانی

نویسندگان این مقاله از آقای علیرضا آقاجانی در ارتباط با آموزش نرم افزار انسیس سی اف ایکس و همچنین از کمک های خانم فاطمه السادات میرفصیح در نگارش متن این تحقیق مراتب سپاسگزاری خود را اعلام می کنند.

Reference

  1. Moonesun, M. Principles of Naval Architecture, Kanoon Pajouhesh Publishing, Esfahan, 2009 (In Persian).
  2. MINSAAS, K., AND STEEN, S. 2008 Ship resistance, Proceedings, Lecture notes, Naval Hydrodynamics, Marine Technology, Norwegian University of Science and Technology, Norway, March 2008.
  3. ANDERSSON, G.O. 1978. "Investigation of the drive losses by wind and waves at a rapid screwing container ship." Federal Ministry for Research and Technology, Ocean Engineering.
  4. BERLEKOM, W. B. van. “Wind Forces on Modern Ship Forms -Effects on Performance.” Swedish Maritime Research Centre, 1981.
  5. AAGE, C"Wind power in Ships." Department of Ship and Marine Technology, Technical University of Denmark, 1968.
  6. BLENDERMANN, W. Measurement of wind load on two container vessels in the real state of charge in the wind tunnel. Institute of Naval University of Hamburg. 1997
  7. Ingrid Marie Vincent Andersen, Wind Force on Container Ship DTU Publication (2012).
  8. Ingrid Marie Vincent Andersen, Wind-Tunnel Investigation of Wind Loads on a Post-Panamax Container Ship as a Function of the Container Configuration on Deck.
  9. Khairul Hassan, Maurice F.White & Cosmin Ciortan (2012) Effect of Container Stack Arrangement on the Power Optimization of a Container Ship.
  10. "Container sizes". Shipsbusiness.com. Retrieved 1 February 2013.
  11. Numerical Simulation of the Blockage Effect in Wind-Tunnels.Marek Maciejewski.Wojciech Osmolski.Poland.
  12. Safety of Life at Sea Convention (2012). SOLAS. IMO. London Maritime Arbiters Association.
  13. MAXSURF Resistance: Wake and Power Prediction. http://www.maxsurf.net/resistance.html. Last visited in October 2016.
  14. Www.sea-seek.com. last visited in October 2016.


 

 

 

 

 


 

 

 


 


 



1-  کارشناس ارشد سازه کشتی، دانشکده فنی مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران.

2- استادیار، گروه معماری کشتی، دانشکده فنی مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران.*(مسوول مکاتبات)

1- M.Sc. in Ship Structure, Department of Naval Architecture, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.

2- Assistant Professor, Department of Naval Architecture, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran. * (Corresponding Author)

[5]- Chennai

  1. Moonesun, M. Principles of Naval Architecture, Kanoon Pajouhesh Publishing, Esfahan, 2009 (In Persian).
  2. MINSAAS, K., AND STEEN, S. 2008 Ship resistance, Proceedings, Lecture notes, Naval Hydrodynamics, Marine Technology, Norwegian University of Science and Technology, Norway, March 2008.
  3. ANDERSSON, G.O. 1978. "Investigation of the drive losses by wind and waves at a rapid screwing container ship." Federal Ministry for Research and Technology, Ocean Engineering.
  4. BERLEKOM, W. B. van. “Wind Forces on Modern Ship Forms -Effects on Performance.” Swedish Maritime Research Centre, 1981.
  5. AAGE, C"Wind power in Ships." Department of Ship and Marine Technology, Technical University of Denmark, 1968.
  6. BLENDERMANN, W. Measurement of wind load on two container vessels in the real state of charge in the wind tunnel. Institute of Naval University of Hamburg. 1997
  7. Ingrid Marie Vincent Andersen, Wind Force on Container Ship DTU Publication (2012).
  8. Ingrid Marie Vincent Andersen, Wind-Tunnel Investigation of Wind Loads on a Post-Panamax Container Ship as a Function of the Container Configuration on Deck.
  9. Khairul Hassan, Maurice F.White & Cosmin Ciortan (2012) Effect of Container Stack Arrangement on the Power Optimization of a Container Ship.
  10. "Container sizes". Shipsbusiness.com. Retrieved 1 February 2013.
  11. Numerical Simulation of the Blockage Effect in Wind-Tunnels.Marek Maciejewski.Wojciech Osmolski.Poland.
  12. Safety of Life at Sea Convention (2012). SOLAS. IMO. London Maritime Arbiters Association.
  13. MAXSURF Resistance: Wake and Power Prediction. http://www.maxsurf.net/resistance.html. Last visited in October 2016.
  14. Www.sea-seek.com. last visited in October 2016.