Motions and Hydrodynamics of a High-Speed Search and Rescue Vessel Based on a Time-Efficient Computational Fluid Dynamics Procedure
2022 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
En tidseffektiv beräkningsprocedur för rörelser och hydrodynamiska egenskaper för en höghastighetsbåt för sjöräddning (Swedish)
Abstract [en]
This thesis proposes a time-effective procedure for numerical prediction of the hydrodynamic performance of a small high-speed craft (HSC) for Search and Rescue (SAR) operations. Following a naval architecture review of available SAR designs, engineering physics and numerical methods for the evaluation of resistance and seakeeping are explained. A method that utilises Reynolds-Averaged Navier Stokes equations-based Computational Fluid Dynamics theory is utilised to predict calm-water resistance and wave-induced motions of a sample SAR vessel operating in regular waves. Simulations are performed using the Orca3D Marine CFD environment, utilising the Simerics CFD package. The method is validated against experimental results found in literature. The comparative study of calm-water resistance allows for analysing the influence of the hull shape on the performance of the craft. Seakeeping analysis is performed in one wave length. Head, oblique and following seas conditions are simulated. In head and oblique seas, obtained results in the time domain present periodic motions. Non-linear pitch motions are displayed, followed by amplitudes of motions calculations. High non-linearity of roll motions in oblique seas is observed. The thesis concludes that for less demanding cases, the proposed procedure offers a time-efficient method to estimate the hydrodynamic performance of the vessel with satisfying accuracy. Further research is required to optimise the method for obtaining results in following seas in an acceptable time frame.
Abstract [sv]
Denna rapport presenterar en tidseffektiv procedur för en numerisk beräkningar av den hydrodynamiska prestanda för en liten höghastighetsfarkost, som är ämnad till ’’Search and Rescue’’ (SAR) operationer. Efter en skeppsteknisk överblick av existerande SAR-båtar beskrivs beräkningsmetoder för motståndsberäkningar och sjöegenskaper. En metod som utnyttjar Reynolds-Averaged Navier Stokes fluiddynamiska teori används för att bedöma motstånd och rörelser för en SAR farkost i regelbundna vågor. Beräkningarna genomfördes i Orca 3D Marine CFD Environment. Tillvägagångssättet verifierades genom att jämföra med experimentella resultat presenterade i saklitteratur. En jämförande studie av motstånd tillåter en analys av skrovformens inverkan på farkostens prestanda. Analysen av farkostens gjordes vid en våglängd och simulerar motsjö, diagonal sjö och följande sjö. Resultat för motsjö och diagonal sjö inkluderar fartygsrörelser i form av hävning och rullning. Icke linjära rullning presenteras. Detta arbetes slutsats är att den presenterade proceduren erbjuder en tidseffektiv metod för evalueringen av en farkosts motstånd och sjöegenskaper i mindre krävande fall till en acceptabel noggrannhet. Vidare studier krävs för att optimera en metod som är levererar analysresultat i följande sjö inom en acceptabel tidsram.
Place, publisher, year, edition, pages
2022.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2022:46
Keywords [en]
High-speed craft, RANS CFD, hydrodynamic resistance, seakeeping
Keywords [sv]
Höghastighetsfarkos, RANS CFD, Hydrodynamisk motstånd, sjöegenskaper
National Category
Vehicle Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-318840OAI: oai:DiVA.org:kth-318840DiVA, id: diva2:1698179
External cooperation
R2 Marine Oy
Subject / course
Naval Systems
Educational program
Master of Science - Maritime Engineering
Supervisors
Examiners
2022-09-222022-09-222022-09-22Bibliographically approved