Marine Engineering

fa توسعه یک روش عددی مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای برآورد ضرایب هیدرودینامیکی مانورپذیری شناور تندروی ناجی ۷ در غیاب داده‌های تجربی Development of a CFD-Based Numerical Method for Estimating the Hydrodynamic Maneuvering Coefficients of the High-Speed Rescue Vessel Naji-7 in the Absence of Experimental Data هیدرودینامیک کشتی Ship Hydrodynamic مقاله پژوهشي Research Paper در شرایطی که داده‌های تجربی معتبر برای شناور تندروی جستجو و نجات ناجی ۷ در دسترس نیست، این پژوهش با هدف توسعه یک روش عددی مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای برآورد دقیق ضرایب هیدرودینامیکی مانورپذیری این شناور انجام شده است. نوآوری اصلی مطالعه، بهره‌گیری از تحلیل حساسیت مش‌بندی برای تعیین شبکه بهینه در عدد فرود 19/1 است. این عدد فرود به‌عنوان نماینده‌ای از سرعت عملیاتی واقعی شناور در شرایط مأموریتی انتخاب شده و تحلیل در این رژیم، تصویری واقعی از عملکرد مانوری شناور در میدان عملیات ارائه می‌دهد. در ابتدا، نقشه‌های دوبعدی شناور با استفاده از داده‌های واقعی در AutoCAD ترسیم و مدل سه‌بعدی در SolidWorks ساخته شد. سپس مدل جهت استخراج مشخصات هیدرواستاتیکی به Maxsurf منتقل و در نهایت برای انجام شبیه‌سازی‌های CFD وارد محیط STAR-CCM+ شد. تحلیل حساسیت شبکه با مش‌بندی‌های مختلف انجام و شبکه بهینه بر مبنای همگرایی نیروی مقاومت انتخاب گردید.جهت استخراج ضرایب هیدرودینامیکی، دو نوع آزمایش عددی شامل تست‌های استاتیکی و دینامیکی انجام شد. در تست‌های استاتیکی، نیروها و ممان‌ها، تریم، هیل، توزیع فشار و الگوی موج ارزیابی شدند. در تست‌های دینامیکی، نوسانات سوی و یاو در پنج فرکانس تحریک (05/0 تا 4/0 هرتز) مدل‌سازی و مقادیر نیرو و ممان در لحظات اوج سرعت و شتاب استخراج گردید. ضرایب وابسته به سرعت و شتاب نیز با استفاده از حل معکوس معادلات حرکت محاسبه شد. مقایسه با نتایج تجربی منتشرشده برای شناورهای مشابه، میانگین خطایی کمتر از ۸٪ در نیروها و کمتر از ۱۲٪ در ممان‌ها را نشان داد. کل زمان محاسباتی برای اجرای شبیه‌سازی‌ها حدود ۳۲ ساعت بر روی یک سیستم با ۸ هسته پردازشی بود. این روش می‌تواند به‌عنوان رویکردی جایگزین و قابل اعتماد برای تحلیل مانورپذیری شناورهای تندرو در شرایط فقدان داده‌های تجربی به‌کار گرفته شود و در طراحی ایمن و بهینه آن‌ها مورد استفاده قرار گیرد. In the absence of reliable experimental data for the high-speed search and rescue vessel Naji-7, this study aims to develop a numerical method based on Computational Fluid Dynamics (CFD) to accurately estimate the vessel's hydrodynamic maneuvering coefficients. The core innovation lies in employing a mesh sensitivity analysis to determine the optimal mesh configuration at a Froude number of 1.19. This Froude number was selected as it corresponds to the vessel’s typical operational speed during rescue missions, making it representative of real-world maneuvering conditions. Initially, the two-dimensional hull lines were generated using AutoCAD, and a 3D model was constructed in SolidWorks. The model was then transferred to Maxsurf to extract hydrostatic properties and subsequently imported into STAR-CCM+ for CFD simulations. The mesh sensitivity analysis was performed across various mesh densities, and the optimal mesh was chosen based on resistance force convergence.Two categories of numerical tests were conducted: static and dynamic. The static tests included evaluation of lateral forces, yaw moments, trim, heel, wetted surface, pressure distribution, and wave pattern. In the dynamic tests, sway and yaw oscillations were simulated at five excitation frequencies (ranging from 0.05 to 0.4 Hz), and the corresponding forces and moments at peak velocity and acceleration were extracted. The speed- and acceleration-dependent hydrodynamic coefficients were then obtained through inverse solution of the governing equations of motion.Comparison with published experimental data on similar vessels demonstrated acceptable accuracy of the proposed method, with a mean error of less than 8% for forces and less than 12% for moments. The total computational time for all simulations was approximately 32 CPU Time on an 8-core system. This study provides a reliable and practical alternative for maneuverability analysis of high-speed vessels in the absence of experimental data and can effectively contribute to the safe and optimized design of search and rescue craft. مانورپذیری شناور,ضرایب هیدرودینامیکی,تست های استاتیکی و دینامیکی,شناور تندرو,شبیه سازی مدل مقید Ship Maneuverability,Hydrodynamic Coefficients,Static and Dynamic Tests,High-Speed Vessel,Constrained Model Simulation 1 13 http://marine-eng.ir/browse.php?a_code=A-10-696-2&slc_lang=fa&sid=1 fatemeh zolfagharnasab فاطمه ذوالفقارنسب fzolfagharnasab@yahoo.com 10031947532846006102 10031947532846006102 Yes PhD Candidate, Department of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology دانشجوی دکتری رشته مهندسی دریا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف Mohammad Saeed Seif محمد سعید سیف seif@sharif.edu 10031947532846006103 10031947532846006103 No Professor, Center of Excellence in Hydrodynamics & Dynamics of Marine Vehicle, Sharif University of Technology استاد، قطب علمی هیدرودینامیک و دینامیک متحرک های دریایی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف