Численное моделирование взаимодействия судов, находящихся на произвольном расстоянии в различных условиях плавания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Али Рами

• Али Рами
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Али Рами

Введение

Глава 1. Обзор методов исследования гидродинамического взаимодействия морских объектов

1.1 Экспериментальные методы

1.2 Потенциальная теория

1.3 Методы, основанные на модели вязкой жидкости

1.3.1 Основные уравнения

1.3.2 Уравнение анализа свободной поверхности

1.3.3 Моделирование турбулентности

Глава 2. Математическая постановка комплексной задачи гидродинамики и динамики морского объекта и ее численная аппроксимация

2.1 Основные уравнения

2.2 Граничные условия

2.3 Начальные условия

2.4 Методы дискретизаций уравнений движения

2.5 Алгоритм решения пары скорость-давление

2.6 Пакет численного моделирования

Глава 3. Численное моделирование гидродинамических сил и моментов динамического поведения морских объектов

3.1 Ошибки дискретизации

3.2 Параметры турбулентности

3.3 Численный волновой бассейн

3.4 Численное моделирование гидродинамических сил и моментов, действующих на морские объекты в стоячей воде

2

3.5 Численное моделирование динамического поведения морских объектов на волнении

3.6 Методика проведения численного моделирования взаимодействия морских объектов, находящихся на относительно близком расстоянии на тихой воде и регулярном волнении

Глава 4. Результаты численного моделирования взаимодействующих судов, плавающих в непосредственной близости

4.1 Гидродинамическое взаимодействие двух судов, движущихся с одинаковой скоростью в непосредственной близости на тихой воде

4.2 Динамическое поведение взаимодействующих судов, плавающих в непосредственной близости на регулярных волнах и мелководье

Заключение

Список используемых источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Численное моделирование взаимодействия судов, находящихся на произвольном расстоянии в различных условиях плавания»

ВВЕДЕНИЕ

Существует множество проблем, которые мешают навигации, и связаны они с маневрами судов. Одной из таких проблем является гидродинамическое взаимодействие между судами, которое часто возникает из-за увеличения размеров судов и объемов морских перевозок по всему миру.

Может показаться предосудительным упоминать плотность движения судов в качестве одной из причин гидродинамического взимодействия. Однако, если взглянуть на опубликованные UNCTAD (United Nations Conference on Trade and Development - Конференция Организации Объединенных Наций по торговле и развитию) отчеты, можно обнаружить, что в 2018 году объемы международных морских перевозок выросли до нового исторического максимума в 11 миллиардов тонн с увеличением объемов на скромные 2.7 % (Рисунок 1).

¡995 2000 2005 2010 2015 ■ ^

Рисунок 1 - Перевозимый по всему миру груз (млрд. тонн), мировой флот по основным типам судов (млн. дедвейт-тонн)

Согласно данным, в январе 2019 года мировой флот достиг грузоподъемности в 1.98 млрд дедвейт-тонн, что на 52 млн дедвейт-тонн больше, чем было в 2018 году (рисунок 1). За последние годы тоннаж значительно увеличился во всех сегментах, кроме судов для перевозки генеральных грузов. Особенно быстрый рост зафиксирован у балкеров. В период с 2009 по 2019 год доля их общей грузоподъемности выросла с 35% до

43%, в то время как доля нефтеналивных судов и судов для перевозки генеральных грузов сократилась с 35% до 29% и с 9% до 4%, соответственно.

При этом, как видно из опубликованного иКСТЛО статистического отчета, который затрагивает только морские самоходные торговые суда валовой вместимостью 100 брутто-тонн и более, такой мировой спрос на морские перевозки естественно сопровождается увеличением количества и размеров торговых судов.

Согласно статистике мирового флота, за 2018 год, за исключением несамоходных судов, судов валовой вместимостью менее 100 тонн, прогулочных судов, вспомогательных судов ВМС, предназначенных для обслуживания в портах или на речных каналах, мировой флот самоходных морских торговых судов валовой вместимостью более чем 100 брутто-тонн достиг объема в 118 525 судов, а мировой грузовой флот - 59 687 судов.

Если сравнить данные по мировому торговому флоту за 2018 и 2014 года, то можно сделать вывод о том, что общий мировой тоннаж увеличился на 14%, общее число судов - на 6%, а средний размер судов - на 7.4%.

Рисунок 2 - Развитие мирового торгового флота

Увеличение вместимости и размеров современного судна может привести к серьезной аварии, если не учитывать при этом гидродинамические

взаимодействия. Именно из-за гидродинамического взаимодействия 24 июня 2017 года в гавани Уэйпа, Квинсленд, произошло столкновение между буксиром Arfura Sea Delta и грузовым судном Thorco Crystal. Буксир подошел к Thorco Crystal по левому борту судна, а затем произошел неожиданный сдвиг вправо по направлению к грузовому судну. Несмотря на действия капитана буксира, они столкнулись, и в результате этого столкновения в корпусе Thorco Crystal образовалась пробоина длиной 80 мм.

Управление транспортной безопасности Австралии сообщило: расположение Arfura Sea Delta по левому борту поместило его в зону низкого давления, окружающую корму Thorco Crystal, что сделало буксир уязвимым для гидродинамического взаимодействия. Внезапный сдвиг к правому борту, который произошел с Arfura Sea Delta, привел к столкновению. Вероятно, он был вызван силами гидродинамического взаимодействия, которые были созданы потоком воды вокруг корпуса Thorco Crystal.

В мае 2019 года грузовое судно Ro-Ro Seatruck Performance село на мель при переходе через пролив Гринор в Карлингфорд-Лох, Северная Ирландия, вскоре после выхода из Уорренпойнт в направлении Хейшем, Англия. Отдел по расследованию несчастных случаев на море сообщил, что возможность проседания не учитывалась при расчете зазора под килем парома или его скорости.

В 2009 году в Мексиканском заливе недалеко от Техаса по окончании погрузочных операций российское нефтеналивное судно «Крымск» под флагом Либерии столкнулось со вспомогательным судном AET Endeavour. В результате столкновения разлилось 18 000 галлонов (68 140 литров) топлива.

На водных путях с интенсивным судоходством те или иные

взаимодействия касаются пришвартованных судов, судов, затронутых

проходящими мимо судами, судов, проходящих или встречающих другое

судно на близком расстоянии, судов, маневрирующих на очень близком

расстоянии к другому судну из-за какого-либо вида эксплуатации. Ситуации,

связанные с гидродинамическим взаимодействием между судами, могут быть

6

разными. Это может быть дозаправка от судна к судну, переброска грузов или нефти между движущимися судами, буксировка судна, морские работы, лихтеровка, пополнение запасов морского флота на ходу - все это подразумевает маневрирование двух судов как в закрытой, так и в открытой воде.

Гидродинамические взаимодействия могут также возникать и между судном и дном или боковыми границами зоны судоходства, что часто может происходить в закрытых и мелководных водах, таких как каналы и гавани.

При рассмотрении конкретной ситуации следует понимать, что при движении судна в воде, то в носовой части создается поле положительного давления, в кормовой части - меньшее поле положительного давления, а на миделе - поле отрицательного давления. Воздействие этих полей может значительно увеличиться, если на течение воды вокруг судна влияет присутствие другого судна, а также границы узкого или неглубокого канала и внезапные локальные сужения (например, отмели) или увеличение скорости судна.

Когда речь идет о присутствии другого судна, то выясняется, что взаимодействия зависят от геометрии и соотношении длин судов, условий мелководья и закрытой воды, типа маневра (обгон, сближение на встречных курсах, пополнение запасов борт о борт и т.д.), расстояния между судами, скорости судов, волнения и других условий окружающей среды.

В случае всех ранее упомянутых ситуаций очевидно, что когда два судна работают в непосредственной близости, то они будут притягиваться друг к другу, а, следовательно, может произойти столкновение. Именно поэтому гидродинамическое взаимодействие считается основной причиной морских аварий и опасных происшествий не только в закрытой и ограниченной воде, но и в глубокой и открытой воде, где воздействие других условий окружающей среды требует надежных и точных прогнозов для разработки критериев проекта и определения безопасных областей эксплуатационных действий, происходящих в море.

С другой стороны, сценарий гидродинамического взаимодействия между судами сильно развивается, а это требует способности принятия быстрых и взвешенных решений, что в свою очередь предполагает хорошую предварительную подготовку и высокую квалификацию экипажа судна.

Осведомленность о характере гидродинамического взаимодействия между судами, знание факторов, влияющих на его физику, позволяют экипажу судна предвидеть возможность возникновения такого взаимодействия и контролировать его, когда оно возникает, и, соответственно, избежать потенциальной катастрофы.

Основной целью данной работы является разработка алгоритма численного моделирования сил гидродинамического взаимодействия, действующих на два судна, движущихся с одинаковой скоростью на тихой воде и на волнении на произвольном расстоянии друг от друга.

Численное моделирование движения объектов в двухфазной жидкости требует сначала формирования соответствующей математической модели для решения дифференциальных уравнений неразрывности и импульса с учетом эффектов турбулентности и свободной поверхности, решения дифференциальных уравнений свободного движения тел.

Для решения дифференциальных уравнений математической модели используются пакет вычислительной гидродинамики (CFD - Computational Fluid Dynamics) - OpenFOAM, с помощью которого можно прогнозировать силы гидродинамического взаимодействия, момент и поведение свободной поверхности для взаимодействующих судов.

В настоящей работе исследуется влияние продольного и бокового расстояния на силы гидродинамического взаимодействия и динамическое поведение пары судов при различных условиях плавания. Это необходимо для того, чтобы реализовать обобщенный метод прогнозирования сил взаимодействия и движений судна, а также для нахождения подходящего положения для ситуации непосредственной близости двух морских объектов.

Задуманная методология для начала будет исследована и проверена на объектах простой математической формы с использованием преимуществ геометрической простоты и отсутствия поступательной скорости. Впоследствии она будет расширена на реалистично движущиеся корабли в глубокой спокойной воде, а для неподвижных судов, плавающих на волнах на мелководье, будут рассчитаны силы гидродинамического взаимодействия и определен характер их движения.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ существующих подходов к изучению характера гидродинамического взаимодействия морских объектов, движущихся вблизи других сооружений.

2. Разработать математическую модель комплексной задачи гидродинамики и динамики взаимодействия морских объектов как в спокойной воде, так и на регулярном волнении.

3. Исследовать сеточную сходимость для случая движения двух судов на тихой воде и в условиях волнения.

4. Исследовать временную дискретизацию на качество моделирования волнения.

5. Провести расчет сил гидродинамического взаимодействия пары судов, движущихся параллельно с одинаковой скоростью в безветренную погоду и на большой глубине.

6. Провести расчет движения одного плавающего судна на мелководье на встречных регулярных волнах.

7. Провести расчет движения пары судов, плавающих на мелководье на встречном волнении и волнении лагом.

8. Исследовать влияние продольного и бокового расстояния между судами как на силы гидродинамического взаимодействия, так и на динамическое поведение судов.

9. Исследовать влияние глубины воды на основные виды качки взаимодействующих судов, плавающих на произвольном расстоянии на регулярных волнах и мелководье.

10. Верифицировать предложенную методику с помощью известных экспериментальных измерений и потенциальной теории.

11. Разработать практические рекомендации по численному моделированию взаимодействия судов, находящихся на произвольном расстоянии на регулярном волнении.

Методы исследования:

В представленной работе использован метод моделирования турбулентных течений вязкой несжимаемой весомой жидкости, основанный на осреднённых по Рейнольдсу уравнениях неразрывности и Навье-Стокса; граница раздела фаз воздух-вода описывается с помощью метода контрольного объема жидкости; динамика твёрдого тела описывается уравнениями Эйлера.

Научная новизна:

1. Предложена методика численного моделирования гидродинамического взаимодействия морских объектов при движении на тихой воде, основанная на математической модели вязкой жидкости.

2. Предложена методика численного моделирования совместной качки морских объектов, основанная на математической модели вязкой жидкости.

3. На основе модели вязкой жидкости получены частотные характеристики качки морских объектов без скорости хода, находящихся на произвольном расстоянии друг от друга на регулярном волнении.

4. Определено оптимальное относительное продольное положение двух близко идущих на тихой воде судов.

5. Определено оптимальное относительное продольное положение двух близко плывущих судов на регулярном волнении.

6. Разработана специальная программа для создания расчётной сетки, которая значительно сокращает время подготовки проекта для проведения численного моделирования.

7. Разработан программный комплекс для обработки данных численного эксперимента.

Практическая ценность работы:

1. Возможность использования верифицированной математической модели вязкой жидкости для расчётов качки морских объектов, находящихся на относительно малом расстоянии друг от друга без использования эмпирических формул учёта вязкостного демпфирования, реализованной в пакете OpenFOAM.

2. Возможность использования математической модели вязкой жидкости для расчётов основных видов качки морских объектов, находящихся на относительно малом расстоянии друг от друга при больших числах Фруда.

3. Возможность использования математической модели вязкой жидкости для расчётов основных видов качки морских объектов со сложными обводами, находящихся на относительно малом расстоянии друг от друга, для которых применение гипотезы плоских сечений невозможно.

4. Возможность использования разработанного программного обеспечения для определения необходимого размера ячеек в вязком подслое по значениям вязкости и скорости исследуемого потока.

5. Возможность использования разработанного программного обеспечения для создания и оптимизации расчётной области в соответствии с рекомендациями ITTC (International Towing Tank Conference - Международная конференция опытовых бассейнов), что

значительно сокращает время подготовки проекта при проведении численного моделирования. 6. Возможность использования разработанного программного обеспечения для обработки данных численного эксперимента.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика численного моделирования динамики взаимодействиях двух морских объектов на тихой воде, основанная на математической модели вязкой жидкости.

2. Методика математического моделирования динамики взаимодействия морских объектов на регулярном волнении.

3. Оптимальное относительное продольное положение двух близко идущих на тихой воде судов.

4. Оптимальное относительное продольное положение двух близко плывущих судов на регулярном волнении.

5. Разработанный автором программный комплекс для создания и оптимизации расчётной области в соответствии с рекомендациями ГГГС.

6. Разработанный автором программный комплекс обработки данных численного моделирования.

Внедрение результатов:

Разработанные методики и программное обеспечение используются в учебном процессе при подготовке современных специалистов - морских инженеров, бакалавров и магистров по морской технике и технологиям, а также при выполнении научно-исследовательских работ сотрудниками кафедры гидроаэромехники и морской акустики.

Апробация работы:

1. Али, Р. Численное моделирование взаимодействия судов, находящихся

на относительно близком расстоянии на тихой воде и регулярном

12

волнении. Рождественские встречи: современные проблемы гидродинамики, Санкт-Петербург, Россия, 27 декабря 2021,

2. Али, Р. Влияние относительного продольного расстояния на гидродинамическое взаимодействие судов при погрузочных работах / Р. Али, Н. В. Тряскин // Неделя науки Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. - 2021. - Т. 1. -№ 1.

3. Ali, R. Numerical study of effect of the turbulence initial conditions on transition flow over 2D airfoil / R. Ali, N. V. Tryaskin // Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS. - 2019. - Vol. 31. - No 6. - P. 203-214. - DOI 10.15514/ISPRAS-2019-31 (6)-13.

Публикации:

1. Али Р., Тряскин Н. В. Изучение влияния соотношения длин двух параллельно движущихся судов на их гидродинамические характеристики // Морские интеллектуальные технологии. - 2021. - № 4-2(54). - С. 61-66. - DOI 10.37220/MIT.2021.54.4.068.

2. Али Р., Тряскин Н. В. Изучение влияния относительного взаимного расположения двух движущихся параллельно судов на их гидродинамические характеристики // Морские интеллектуальные технологии. - 2020. - № 4-3(50). - С. 59-65. - DOI 10.37220/MIT.2020.50.4.042.

3. Али Р., Тряскин Н. В. Влияние параметров турбулентности на характеристики переходного режима течения при обтекании профиля NACA 0012 // Морские интеллектуальные технологии. - 2019. - № 3-2(45). - С. 39-44.

4. Али Р., Тряскин Н. В. Numerical study of effect of the turbulence initial conditions on transition flow over 2D airfoil // Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS. - 2019. - Vol. 31. - No 6. - P. 203-214. -DOI 10.15514/ISPRAS-2019-31(6)-13.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 151 страницах, включает 60 рисунков и 11 таблиц. Работа состоит из введения, 4-х глав и заключения; список литературы включает 114 позиции.

ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ

Проведено большое количество исследований с целью изучения проблемы гидродинамического взаимодействия между судами в закрытой воде. Большинство из них проводились для мелководья с постоянной конечной глубиной. Лишь немногие исследования касались сложных водных границ, в частности каналов, рек и выступающих или затопленных берегов.

По используемому методу эти исследования можно разделить на экспериментальные, потенциальные и вязкие подходы.

1.1 Экспериментальные методы

Согласно общей практике, все экспериментальные исследования проводятся только для определенных условий, причиной тому является сложность вопроса, значимую роль здесь играет большое количество параметров. Потребовалось довольно много времени для того, чтобы выявить все эти факторы влияния и их воздействие. Кроме того, не все параметры являются независимыми, и для установления четкого представления о том, как все эти факторы влияют друг на друга, требуется немало времени, по меньшей мере из-за очень трудоемких тестовых программ. Ньютон (1960) [1] был первым, кто исследовал силы взаимодействия двух моделей судов при маневрах обгона на большой глубине. Модели, которые использовал Ньютон, представляют интерес при лихтеровке, а маневр обгона очень отличается от лихтеровки. Мюллер (1967) исследовал встречу и обгон двух судов в узком канале. После наглядного представления результатов Данд (1978) и Куджима (1981) исследовали физические причины сил взаимодействия [2-5]. После Данд продолжил свои исследования. Он сосредоточился на испытаниях на обгон и лобовом столкновении двух столкновение двух моделей судов с параллельным курсом. Он провел всестороннее тестирование и сообщил результаты испытаний. Силы были измерены на STBL (Ship To Be Lightered -

судно, которое должно быть разгружено), и была представлена математическая модель для прогнозирования сил. Данд заявил, что, как правило, силы пропорциональны:

1. квадрату скорости;

2. обратной величине расстояния;

3. приблизительному значению обратного квадратного корня из отношения глубины под килем и осадки судна.

Brix (1979) [6] начал исследование данной темы, а затем опубликовал Техническое руководство по маневрированию (Brix, 1993) [7]. Он разработал приближенный эмпирический метод оценки максимальных значений продольных и поперечных сил при обгоне. Его метод подходил только для маневров обгона, когда не учитываются глубина воды и предельное соотношение длин судна.

Многие исследователи изучали гидродинамическое взаимодействие

между судами на мелководье, Лафорс и др. (1996) [8] представили

экспериментальные результаты систематических испытаний замкнутых

моделей на трех моделях разной длины на открытом мелководье и в

ограниченном пространстве. Обсуждалось влияние длины корабля, глубины

воды и берегов канала на гидродинамические силы. Вантор (2001) [9] провел

обширную и автоматизированную программу испытаний, касающуюся сил

взаимодействия между судами при обгоне, проходе и столкновении. Во время

экспериментальных испытаний использовались четыре модели и включались

различные параметрические конфигурации, включая поперечное и боковое

расстояния, скорость, осадку и глубину воды (и глубину под килем). В статье

была опубликована модель, основанная на обширных экспериментальных

данных, которая предлагает формулировку для величины и направления

экстремальных значений сил взаимодействия. Была измерена временная

характеристика сил взаимодействия при продольно-горизонтальной и

поперечно-горизонтально качке, а также момент рыскания для различных

боковых расстояний и значений скорости. В результате для целей

16

моделирования была получена временная характеристика этих сил для каждой конкретной комбинации судов. На основе большого объема данных был предложен простой приближенный эмпирический метод оценки максимальных значений сил взаимодействия. Эксперименты в закрытом пространстве бок-о-бок проводятся на мелководье в спокойной воде для изучения работы лихтеров в различных условиях, включая глубину воды и расстояния между ними (Латари и др., 2009; 2011; 2012; 2017) [10-13]. Были использованы две модели судов: модель VLCC и танкер класса «Афрамакс», обе в масштабе 1/75, рассмотрены были как статические, так и динамические испытания. Особое внимание уделялось силам и моментам, которые появлялись на служебном судне за счет близости разгружаемого судна. Построена математическая модель лихтеровки как служебного судна, так и разгружаемого судна.

Особенно интересными случаями взаимодействия двух судов, имеющими большое практическое значение, являются ситуации возникновения сил взаимодействия на пришвартованном судне при проходе другого судна. Такие ситуации очень часто происходят в гаванях по всему миру. Эти силы определяют необходимую прочность швартовных тумб. Их практическое значение очевидно. Ремери (1974) [14] опубликовали свои выводы, касающиеся этой темы, Кулевчелиев и др. (2003) [15] провели серию модельных экспериментов по гидродинамическому воздействию движущегося судна на неподвижное судно в ограниченном по ширине канале. Было обнаружено, что волновые воздействия могут быть значительными при высоких скоростях судна. Пинкстер и Руйтер (2004) [16] проверили влияние проходящих мимо судов на пришвартованные суда на ограниченной глубине.

На большой глубине изучение гидродинамического взаимодействия

судов включало в себя несколько случаев, маневры обгона и встречи, обгона

пришвартованных судов, а также лихтеровку. Marintek (2004) [17],

норвежский исследовательский центр, стал первым учреждением, которое

сосредоточилось на случае лихтеровки. Таким образом, судно STBL (Ship to

17

be lightered - судно, которое должно быть разгружено) держалось за счет буксировочного кронштейна, а судно SS (Service ship - Служебное судно) могло спокойно двигаться, при этом управляясь с пульта дистанционного управления. Такая схема тестирования не смогла предоставить подробные и достоверные результаты. Возможно было только качественное совпадение полученных данных. Opheim (2005) опубликовал дополнительные результаты испытаний [18,19]. Что можно выделить из экспериментов Opheim, так это различия в результатах одного и того же теста, который повторялся несколько раз в рамках одной и той же экспериментальной работы. Эти, казалось бы, необъяснимые различия в результатах, пожалуй, можно отнести к схеме тестирования. Он подсоединил обе модели напрямую к каретке, а вибрации каретки влияли на получаемые данные, что и сделало результаты не очень надежными.

Несмотря на то, что все вышеупомянутые публикации касались взаимодействия между судами, их практическая ценность довольна мала в случае лихтеровки, поскольку боковые расстояния не те, которые положены при лихтеровке, скорости каждый раз немного отличаются вместо того, чтобы быть одинаковыми. Кроме того, изменение скорости было бессистемным, а отличное от единицы отношение длин также является весьма важным фактором при сценарии лихтеровки, что является еще одним фактором, которого не придерживались. Требовалось больше качественных и подробных результатов испытаний, и это побудило Декера (2006) [20] продолжить эту работу. Он разработал новую схему тестирования и план проведения экспериментов, чтобы устранить проблемы, возникшие ранее. Боковые расстояния между судами были равны размеру судового кранца, использовались модели судов различной длины, движущиеся с постоянной одинаковой скоростью.

Основной целью испытаний, которые проводил Декер, помимо

получения ценного опыта экспериментальных испытаний взаимодействия

между судами, было получение коэффициентов сил для сил взаимодействия,

18

действующих между двумя обычными судами при лихтеровке. Для этого были повторно протестированы несколько комбинаций скорости, поперечного и бокового относительного положения и сопоставлены с результатами Opheim (2005) и Vantorre (2001). Для того, чтобы правильно смоделировать операцию лихтеровки, были выбраны минимальные боковые расстояния равные, размеру судовых кранцев. Одной из второстепенных целей исследования Декера было изучение надежности экспериментов, проведенных Opheim (2005); именно поэтому он использовал точно такие же модели и проводил эксперименты для тех же скоростей и положений, что и Opheim. С другой стороны, для того, чтобы проверить, применима ли ранее построенная Vantorre (2001) модель на мелководье к реальным ситуациям при лихтеровке, он провел целостное сравнение с результатами, полученными Vantorre, и пришел к выводу, что можно использовать результаты экспериментов с моделями на разных скоростях на мелководье для того, чтобы описать силы, действующие на модели с одинаковыми скоростями на большой глубине, с допустимой погрешностью.

Yu D, Wang L, Yeung RW (2019) [21] исследовали гидродинамические взаимодействия между двумя судами при маневре обгона в открытой воде на умеренной скорости (0.2 < Fn < 0.3). Они проводили эксперименты на испытательной установке Ричмондской полевой станции, Калифорнийского университета в Беркли. Для исследования влияния коэффициента разности скоростей у = (Fn2/Fn2) на взаимодействие между корпусами судов во время маневров обгона использовались две идентичные модели Series 60 в масштабе 1/80, значения у менялись в диапазоне от 0 до 1, поэтому охватывались также и обгоны пришвартованных судов. Однако их исследование не включало влияние бокового расстояния, которое было зафиксировано на уровне 0,45 м, кроме того, корпуса обеих моделей допускали килевую качку и свободную бортовую качку, а периодическое погружение корабля без изменения крена и дифферента в процессе обгона в эксперименте не измерялось.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Али Рами, 2023 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

[1]. Newton R.N., Some notes on interaction effects between ships close aboard in deep water, First Symposium on Naval Maneuverability, Washington DC, (1960)1-24.

[2]. Dand I.W., Some measurements of interaction between ship models passing on parallel courses, National Maritime Institute, Report R 108 (1981).

[3]. Dand I.W., On modular manoeuvring models, Proc. Int'l Conf. on ship manoeuvrability, prediction and achievement, RINA, London, April/May (1987).

[4]. Dand I.W., Small ships in shallow water, Occasional publication No. 4, The Royal Institute of Naval Architects.

[5]. Dand I.W., Squat, Interaction, Manoeuvring, The Nautical Institute, Humberside Branch Seminar, September 13th (1995).

[6]. Brix J., MTI-Stellungnahme zum Thema "Aus-dem-Ruder-laufen" von Schiffen. Sog- und Gierbeeinflussungen bei Passiervorgangen, Hansa, 116(18S) (1979), 1383-1388.

[7]. Brix J., Manoeuvring Technical Manual, Seehafen Verlag GmbH, Hamburg (1993).

[8]. LAFORCE E., CLAEYSSENS P., VANTORRE M. Influence of the Ship's Length on the Maneuverability in a Canal. Proceedings of the 11th International Harbour Congress, Antwerpen, Belgium, pp 523-534. (1996)

[9]. Vantorre M., Laforce E., Verzhbitskaya E., Model tests based formulations of ship-ship interaction forces for simulation purposes, IMSF 28th Annual General Meeting, Genova (2001).

[10]. LATAIRE, E., VANTORRE, M., DELEFORTRIE G., Captive Model Testing for Ship to Ship Operations", International Conference on Marine Simulation and Ship Manoeuverability (MARSIM 2009), Panama city, Panama, August 17-20 2009.

[11]. Lataire, Evert et al. "Ship to ship interaction forces during lightering operations." (2011).

[12]. Lataire, E., Vantorre, M., Delefortrie, G., and Candries, M. (2012) Mathematical modelling of forces acting on ships during lightering operations. Ocean Engineering, 55, 101-115.

[13]. Vantorre, M., Eloot, K., Delefortrie, G., Lataire, E., Candries, M., & Verwilligen, J. (2017). Maneuvering in shallow and confined water. The encyclopedia of Marine offshore engineering (pp. 1-17).

[14]. Remery G.F.M., Mooring forces induced by passing ships. Offshore Technology Conference, Dallas, Paper No. 2066 (1974).

[15]. Kyulevcheliev S., Georgiev S., Ivanov I., Hydrodynamic interaction between moving and stationary ship in a shallow canal, Third International Conference on Port Development and Coastal Environment, Varna, Bulgaria (3-5 June 2003).

[16]. Pinkster, J.A., Ruijter, M.N., 2004. The influence of passing ships on ships moored in restricted waters. In: Proceedings of the Offshore Technology Conference (OTC 04), Huston, Texas, USA.

[17]. Marintek, Experimental Investigation of Ship-Ship Interaction Effects, Report MT A04-128 609665.50 - Internal, June. (2004).

[18]. Opheim Olav Kjetl, Prediction & Simulation of Lightering Operations, PreProject Thesis, NTNU (2005).

[19]. Opheim, O. K. (2005). Experimental investigation of ship to ship interaction in lightering operations. Journal of Ship Research, (21), 157-164.

[20]. DE-DECKER, D. B. (2006). Ship-ship interaction during lightering operations (Doctoral dissertation, MSc. thesis, NTNU, Trondheim Norway).

[21]. Yu D, Wang L, Yeung RW. 2019 Experimental and numerical study of ship-to-ship interactions in overtaking manoeuvres. Proc. R. Soc. A 475: 20180748.

[22]. Ron^ss M., Wave induced motions of two ships advancing on parallel courses, Dr.Ing. Thesis, Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet 2002(64), MTA-rapport 2002(155).

[23]. Van'tVeer, A.P., Van Engelenburg R., 2006. Multivessel Tests TAKR 300 (Bob Hope) & T-AK 3008 (2 nd Lt. John P. Bobo). Computer Sciences Corporation/Advanced Marine Center, Report No. 19037-3-SMB.

[24]. Mousaviraad, S.M., Sadat-Hosseini, H., Stern, F., 2016a. Ship-ship interactions in calm water and waves. Part 1: analysis of the experimental data. Ocean. Eng. 111, 615-626.

[25]. Mousaviraad, S.M., Sadat-Hosseini, H., Carrica, P.M., Stern, F., 2016b. Ship-Ship interactions in calm water and waves. Part 2: URANS validation in replenishment and overtaking conditions. Ocean. Eng. 111, 627-638.

[26]. Fonseca N and Guedes Soares C. Experimental investigation of the nonlinear effects on the vertical motions and loads of a containership in regular waves. J Ship Res 2004; 48: 118-147.

[27]. Huang, Qianwen, et al. "Numerical Calculation and Experimental Research on the Ship Dynamics of the Fluid-Structure Interaction." Advances in Mechanical Engineering, July 2018, doi:10.1177/1687814018782347.

[28]. Бородай И.К., Мореншильдт В.А., Виленский Г.В. Прикладные задачи динамики судов на волнении. Л. Судостроение, 1989.

[29]. Бородай И.К., Нецветаев Ю.А. Качка судов на морском волнении. Л., Судостроение, 1969.

[30]. Бородай И.К., Нецветаев Ю.А. Мореходность судов. Л., Судостроение, 1982.

[31]. Van Dyke, M. D. 1959 Second-order theory-axisymmetric flow. Tech. Rep. NASA R-47.

[32]. Newman, JN. (1965). "The force and moment on a slender body of revolution moving near a wall", David Taylor Model Basin, Rep. 2127, Hydromechanics Laboratory, Washington D.C.,USA.

[33]. Newman, J. N. & Wu, T. Y. 1973 A generalized slender-body theory for fishlike form. J. Fluid Mech. 57, 673-697.

[34]. Ogilvie TF (1974) Slender-ship theory. Workshop on slender-body theory, part 1: free surface effects, Tech. rep., University of Michigan, Department of Naval Architecture and Marine Engineering, p 13

[35]. Ogilvie TF (1977) Singular perturbation problems in ship hydrodynamics. Adv Appl Mech 17:92-187

[36]. Skejic, R. and Faltinsen, OM (2008). "A unified seakeeping and maneuvering analysis of ships in regular waves", J. of Marine Science and Technology.

[37]. Skejic, R (2008). "Maneuvering and Seakeeping of a Single Ship and of Two Ships in Interaction", Doctoral thesis, Department of Marine Technology, Faculty of Engineering Science and Technology, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway.

[38]. Faltinsen, O. M., Newman, J. N. & Vinje, T. 1995 Nonlinear-wave loads on a slender vertical cylinder. J. Fluid Mech. 289, 179-198.

[39]. Sellier, A. 1997 A general and formal slender-body theory in the non-lifting case. Proc. R. Soc. Lond. A 453, 1733-1751.

[40]. Fontaine, E., Faltinsen, O. M. & Cointe, R. 2000 New insight into the generation of ship bow waves. J. Fluid Mech. 421, 15-38.

[41]. Chen, X. N., Sharma, S. D. & Stuntz, N. 2003 Zero wave resistance for ships moving in shallow channels at supercritical speeds. Part 2. Improved theory and model experiment. J. Fluid Mech. 478, 111-124.

[42]. Collatz G (1963) Potential theoretische Unter suchnung der hydrodynamicschen Wechselwirkung zweier Schiffskorper. Jahr-buch Schiffsbautechnischen Gesellschaft 57:281-329.

[43]. Newman, J. N. & Tuck, E. O., 'Hydrodynamic interaction between ships', In Proc. of the 10th Symp. on Naval Hyd., Cambridge, Mass., USA, pp. 35-70, 1974.

[44]. Abkowitz, M. A., Ashe. G. M. & Fortson, R. M., 'Interaction effects of ships operating in proximity in deep and shallow water', In Proc. of the 8th Symp. o n Naval Hyd., Rome, Italy, pp. 671-691, 1970.

[45]. Dand, I. W., 'Some aspects of maneuvering in collision situations in shallow water', In Proc. of the 10th Symp. on Naval Hyd., Cambridge, Mass., USA, pp. 261-275, 1974.

[46]. Wang S (1974) Forces and moment on a moored vessel. In: Tenth symposium on naval hydrodynamics, Cambridge MA. Office of Naval Research, Washington, pp 62-69

[47]. Yeung RW (1978) On the interactions of slender ships in shallow water. J Fluid Mech 85:143-159

[48]. Yeung, R. W. & Tan, W. T. 1980 Hydrodynamic interactions of ships with fixed obstacles. J. Ship Res. 24 (1), 50-59.

[49]. Cohen, S. B. & Beck, R. F. 1983 Experimental and theoretical hydrodynamic forces on a mathematical model in confined water. J. Ship Res. 27, 75-89.

[50]. Kijima, K. & Yasukava, H., 'Manouvrability of ships in narrow waterway', J. Soc. Naval Arch. of Japan, (23), pp. 25-37, 1985.

[51]. Tuck, E. O. 1978 Hydrodynamic problems of ships in restricted water. Annu. Rev. Fluid Mech. 10, 33-44.

[52]. Wang, Q. X. (1992). Analysis of slender bodies of revolution with curved-ground effect and waving-water effect. Fluid dynamics research, 9(5-6), 235254.

[53]. Yeung, R. W. & Hwang, W. Y. 1977 Nearfield hydrodynamics and interactions of ships in shallow water. J. Hydronautics 11 (4), 128-135.

[54]. Wang, Q. X. (2007). An analytical solution for two slender bodies of revolution translating in very close proximity. Journal of Fluid Mechanics, 582, 223-251.

[55]. Nathman JK, Matarrese M (2004) Hybrid grid (structured and unstructured) calculations with a potentialbased panel method. In: AIAA Paper 2004-4836

[56]. Kadri, U., Weihs, D. Higher order hydrodynamic interaction between two slender bodies in potential flow. J Mar Sci Technol 20, 249-256 (2014).

[57]. FANG, M. C. AND KIM, C. H. 1986 Hydrodynamically coupled motions of two ships advancing in oblique waves, Journal of Ship Research, 30, 3, 159-171.

[58]. VARYANI, K. S., M C G REGOR, R., AND W OLD, P. 1998 Interactive forces and moments between several ships meeting in con&ned waters, Control Engineering Practice, 6, 635-642.

[59]. VARYANI, K. S., M C G REGOR, R., AND W OLD, P. 2002 Identification of trends in extremes of sway-yaw interference for several ships meeting in restricted waters, Ship Technology Research, 49, 174-191.

[60]. P. Du, A. Ouahsine, P. Sergent, Influences of the separation distance, ship speed and channel dimension on ship maneuverability in a confined waterway, C. R. Mecanique 346 (5) (2018) 390-401.

[61]. Chen, G.R., Fang, M.C., 2001. Hydrodynamic interactions between two ships advancing in waves. Ocean Eng. 28, 1053-1078.

[62]. Pinkster, J.A. 'THE INFLUENCE OF A FREE SURFACE ON PASSING SHIP EFFECTS'. 1 Jan. 2004: 313 - 338. Print.

[63]. Xiang, Xu and Odd M. Faltinsen. "Maneuvering of two interacting ships in calm water." Marine Systems & Ocean Technology 6 (2010): 65-73.

[64]. Yao, J., & Zou, Z. (2010). Calculation of ship squat in restricted waterways by using a 3D panel method. Journal of Hydrodynamics, 22(S1), 472-477.

[65]. Yuan, Z.M., et al., Ship-to-Ship Interaction during Overtaking Operation in Shallow Water. Journal of Ship Research, 2015. 59(3): p. 172-187.

[66]. Yuan, Z-M and Incecik, A (2016) Investigation of ship-bank, ship-bottom and ship-ship interactions by using potential flow method. In: 4th International Conference on Ship Manoeuvring in Shallow and Confined Water, 2016-05-23 -2016-05-25, Hamburg, Germany.

[67]. Chen H-C., Lin W-M., Liut D.A., Hwang W-Y., An advanced viscous flow compuatation method for ship-ship dynamic interactions in shallow and restricted waterway, MARSIM'03, Kanazawa, Japan, August 25-28(2003).

[68]. Ostman A., CFD beregning av lekrtingsman0ver, CFDn Report 286(2003), Oktober.

[69]. Zou, L., Larsson, L. Computational fluid dynamics (CFD) prediction of bank effects including verification and validation. J Mar Sci Technol 18, 310-323 (2013). https://doi.org/10.1007/s00773-012-0209-7

[70]. Lataire E, Vantorre M, Eloot K (2009) Systematic model tests on ship-bank interaction effects. In: International conference on ship maneuvering in shallow and confined water: bank effects (2009), Antwerp, Belgium

[71]. WANG, H.-Z., AND ZOU, Z.-J. 2014 Numerical study on hydrodynamic interaction between a berthed ship and a ship passing through a lock, Ocean Engineering, 88, 0, 409-425

[72]. Lee, S. (2015). A numerical study on ship-ship interaction in shallow and restricted waterway, International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 7(5), 920-938

[73]. Nikushchenko D. V., Zubova A. A. Hydrodynamic interaction forces and moments prediction methodology for the ship behavior prediction during the overtaking maneuver // SNAME 5th World Maritime Technology Conference, WMTC 2015: 5, Providence, RI, 04-06 ноября 2015 года. - Providence, RI, 2015. - DOI 10.5957/WMTC-2015-287.

[74]. Никущенко Д. В., Зубова А. А. Моделирование гидродинамического взаимодействия при проходе стоящего судна в условиях встречного

течения и с учетом волнообразования // Морские интеллектуальные технологии. - 2015. - № 3-2(29). - С. 68-74.

[75]. Никущенко Д. В., Зубова А. А., Егорова А. Г. Моделирование гидродинамического взаимодействия судов в процессе обгонного движения с применением технологии скользящих и деформируемых расчетных сеток // Модели и методы аэродинамики: Материалы Тринадцатой Международной школы-семинара, Евпатория, 04-13 июня 2013 года. - Евпатория: Московский центр непрерывного математического образования, 2013. - С. 101-102.

[76]. Никущенко Д. В., Зубова А. А., Егорова А. Г. Некоторые результаты численного моделирования гидродинамического взаимодействия двух судов // Модели и методы аэродинамики: Материалы Двенадцатой Международной школы-семинара, Евпатория, 04-13 июня 2012 года. -Евпатория: Московский центр непрерывного математического образования, 2012. - С. 203-204.

[77]. V. Nandhini & S. Nallayarasu (2019) CFD simulation of the passing vessel effects on moored vessel, Ships and Offshore Structures, 15:2, 184-199.

[78]. Lu Zou, Zao-jian Zou & Yi Liu (2019) CFD-based predictions of hydrodynamic forces in ship-tug boat interactions, Ships and Offshore Structures, 14:sup1, 300-310.

[79]. S. Osher and J. A. Sethian, "Fronts propagating with curvature-dependent speed: Algorithms based on hamilton-jacobi formulations," Journal of Computational Physics, vol. 79, no. 1, pp. 12-49, 1988.

[80]. M. Sussman, P. Smereka, and S. Osher, "A level set approach for computing solutions to incompressible two-phase flow," Journal of Computational physics, vol. 114, no. 1, pp. 146-159,1994.

[81]. D.A. Cassidy, J.R. Edwards and M. Tian. An investigation of interface-sharpening schemes for multi-phase mixture flows. Journal of Computational Physics Vol. 228(16), 5628-5649, 2009.

[82]. Y.Y. Tsui, S.W. Lin, T.T. Cheng and T.C. Wu. Flux-blending schemes for interface capture in two-fluid flows. International Journal of Heat and Mass Transfer Vol. 52(23-24), 5547-5556, 2009.

[83]. M. Worner. Numerical modelling of multiphase flows in microfluidics and micro process engineering: A review of methods and applications. Microfluidics and nanofluidic Vol. 12, 841-886, 2012.

[84]. H. G. Weller, "A new approach to vof-based interface capturing methods for incompressible and compressible flows," Tech. Rep. TR/HGW/04, 2008.

[85]. Richardson, L. F., Weather Prediction by Numerical Process, Cambridge Univ. Press, New York, 1922

[86]. Kolmogorov, A. N. (1941). The local structure of turbulence in incompressible viscous fluid for very large Reynolds numbers. Cr Acad. Sci. URSS, 30, 301305.

[87]. Journal of Fluid Mechanics , Volume 41 , Issue 2 , 13 April 1970 , pp. 363 -386 DOI: https://doi.org/10.1017/S0022112070000642

[88]. Alfonsi, G. (December 7, 2011). "On Direct Numerical Simulation of Turbulent Flows." ASME. Appl. Mech. Rev. March 2011; 64(2): 020802. https://doi.org/10.1115/1.4005282

[89]. Fox, R. O. (2012). "Large-eddy-simulation tools for multiphase flows". Annual Review of Fluid Mechanics. 44 (1): 47- 6. doi: 10.1146/annurev-fluid-120710-101118.

[90]. Spalart, P.R. (August 1997). Comments on the feasibility of LES for wing and on a hybrid RANS/LES approach. 1st ASOSR CONFERENCE on DNS/LES. Arlington, TX.

[91]. Strelets, Michael. (2001). Detached Eddy Simulation of Massively Separated Flows. 10.2514/6.2001-879.

[92]. Versteeg, H.; Malalasekera, W. (2007), An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method (2nd ed.), Pearson Education Limited, ISBN 0131274988

[93]. Wilcox, D. C. (2008), Formulation of the k-® Turbulence Model Revisited, 46, AIAA Journal, pp. 28232838, Bibcode:2008AIAAJ..46.2823W, doi:10.2514/1.36541

[94]. Wilcox, D. C. (1998), Turbulence Modeling for CFD (2nd ed.), DCW Industries, ISBN 0963605100

[95]. Menter, F. R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 1994, Vol. 32, No. 8, pp. 1598-1605.

[96]. Wilcox, C. W. Reassessment of the Scale-Determining Equation for Advanced Turbulence Models. AIAA Journal, 1988, Vol. 26, No. 11, pp. 1299-1310.

[97]. Wilcox, C. W. Formulation of the k — w Turbulence Model Revisited. AIAA Journal, 2008, Vol. 46, No. 11, pp. 2823-2838.

[98]. Menter, F. R., Kuntz, M., Langtry, R. Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model. In Hanjalic, K., Nagano, Y., Tummers, M, (eds.) Turbulence, Heat and Mass Transfer 4, Begell House Inc. 2003, pp. 625-632.

[99]. Zhang, Zhi-rong. Verification and validation for RANS simulation of KCS container ship without/with propeller. Journal of Hydrodynamics, Ser. B, 2010, Vol. 22, No. 5, pp. 932-939.

[100]. Brackbill, J. U., Douglas B. Kothe, and Charles Zemach. "A continuum method for modeling surface tension." Journal of computational physics 100.2 (1992): 335-354.

[101]. Heyns, Johan A., and Oliver F. Oxtoby. "Modelling surface tension dominated multiphase flows using the VOF approach." 6th European Conference on Computational Fluid Dynamics. 2014.

[102]. Chakraverty, S., Mahato, N.R., Karunakar, P. and Rao, T.D. (2019). Finite Difference Method. In Advanced Numerical and Semi-Analytical Methods for Differential Equations (eds S. Chakraverty, N.R. Mahato, P. Karunakar and T.D. Rao). https://doi.org/10.1002/9781119423461.ch5

[103]. Olek C Zienkiewicz; Robert L Taylor; J.Z. Zhu (31 August 2013). The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals. ButterworthHeinemann. ISBN 978-0-08-095135-5.

[104]. F. Moukalled, L. Mangani, and M. Darwish. 2015. The Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics: An Advanced Introduction with OpenFOAM and Matlab (1st. ed.). Springer Publishing Company, Incorporated.

[105]. Recommendations, I. T. T. C. (2011). ITTC-Recommended procedures and guidelines, practical guidelines for ship CFD applications (Vol. 3). 7.5-03-02.

[106]. Ali R., Tryaskin N. V. (2019). Numerical study of effect of the turbulence initial conditions on transition flow over 2D airfoil. Труды Института системного программирования РАН, 31(6).

[107]. Али Р., Тряскин Н. В. (2019). Влияние параметров турбулентности на характеристики переходного режима течения при обтекании профиля NACA 0012. Морские интеллектуальные технологии, (3-2), 39-44.

[108]. Sheldahl, R. E., & Klimas, P. C. (1981). Aerodynamic characteristics of seven symmetrical airfoil sections through 180-degree angle of attack for use in aerodynamic analysis of vertical axis wind turbines (No. SAND-80-2114). Sandia National Labs., Albuquerque, NM (USA).

[109]. Moctar, O. E., Shigunov, V., & Zorn, T. (2012). Duisburg Test Case: Post-panamax container ship for benchmarking. Ship Technology Research, 59(3), 50-64.

[110]. Journee, J. M. (1992). Experiments and calculations on four Wigley hullforms. TUDelft, Faculty of Marine Technology, Ship Hydromechanics Laboratory, Report No. 909.

[111]. Семенова, В. Ю., & Аунг, М. Т. (2016). Исследование влияния расстояния между судами и глубины фарватера на гидродинамические характеристики их совместной качки на мелководье. Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства, (44-45), 61-68.

[112]. Goo, J. S., & Yoshida, K. (1989). Hydrodynamic interaction between multiple three-dimensional bodies of arbitrary shape in waves. Journal of the society of Naval Architects of Japan, 1989(165), 193-202.

[113]. Matsui, T., & Tamaki, T. (1981, August). Hydrodynamic interaction between groups of vertical axisymmetric bodies floating in waves. In International Symposium on Hydrodynamics in Ocean Engineering (pp. 817-836).

[114]. Van Oortmerssen, G. (1981). Some hydrodynamic aspects of multi-body system. In Proc. International Symposium on Hydrodynamics in Ocean Engineering (pp. 725-744).