The evaluation method of full-scale ship performance using low-friction ship bottom paint

• Project/Area Number: 20H02368
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24020:Marine engineering-related
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: Katsui Tokihiro 神戸大学, 海洋底探査センター, 教授 (80343416)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000); Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2021: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2020: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
• Keywords: 低摩擦型塗料 / 粗度抵抗 / 粗度関数 / LDV / 船舶性能 / 塗膜粗面 / 摩擦抵抗 / 実船性能 / 回転円筒試験 / 回転円筒 / 摩擦抵抗算定法 / 流体摩擦抵抗 / 回転二重円筒 / 平板乱流境界層 / 船底塗料

Outline of Research at the Start

防汚を目的に船舶の外板に塗布される塗料は，船舶に作用する摩擦抵抗が増大させ，燃費の悪化を招く。近年，低摩擦型の塗料が多数開発されているが，それらによって実船の燃費がどの程度改善するかを精度よく推定できる方法はない。本研究では，これまでに開発した平板摩擦抵抗算定法に各種ペイント粗面の粗度関数を組み込むことで，それぞれのペイントによる燃費改善の定量評価を可能とすることを目的とする。ペイント粗面の幾何学的特徴と粗度関数の関係を明らかにするために，回転二重円筒試験装置を用いて流場から各種ペイントの粗度関数を直接計測することを試みる。

Outline of Final Research Achievements

The present study investigates the roughness function of the painted surface under assumption that painted surfaces are considered to be wavy surfaces. The roughness functions for three kinds of painted surfaces which have different ratio of wave length to wave height were estimated based on a newly developed method using rotating cylinder measurement. The velocity distribution of turbulent boundary layer of the painted rotating cylinder surfaces were measured using laser doppler velocimeter and the rotating torque of cylinders were also measured to estimate the frictional velocity of the painted surfaces. The estimated roughness functions for painted surfaces based on velocity profile and frictional velocity indicate that it is getting lower for the painted surface with lower ratio of wave length to wave height. The shape of roughness functions for painted surfaces is convex at higher roughness Reynolds number and this attitude is quite different from the sand-grain rough surface.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在、船舶の脱炭素化に向けた動きが活発化しており、その一連の動きの中で既存船に対しても二酸化炭素排出量に規制がかかるようになっている。このため、船舶の燃費性能向上がこれまで以上に必要とされており、その一つの手法として低摩擦型塗料の開発が進められている。低摩擦型の塗料は有望な手法と目される一方、その実船燃費低減量を定量的に評価する手法がないことが難点であった。本研究では塗膜粗面を波状粗面と捉え、その波長波高比によって粗度関数がどのように変化するかを実船粗度レイノルズ数域で初めて調査した。これにより、低摩擦型塗料の性能評価法について新たな指針を示すことができたと考える。

Research Products

• [Journal Article] 回転円筒試験による塗膜粗面の粗度関数計測 (2023)
  • Author(s): 高島公貴, 勝井辰博, 川根孝生, 西岡諒, 三重野紘央
  • Journal Title: 日本船舶海洋工学会講演会論文集 Volume: 36
• [Journal Article] 塗膜粗面の粗度関数の直接計測 (2022)
  • Author(s): 勝井辰博, 吉岡秀晃, 高島公貴, 川根孝生, 三重野紘央, 西尾茂
  • Journal Title: 日本船舶海洋工学会講演会論文集 Volume: 34 Pages: 287-290
• [Journal Article] 塗膜粗面の粗度関数の直接計測 (2022)
  • Author(s): 勝井辰博，吉岡秀晃，高島公貴，川根孝生，三重野紘央，西尾茂
  • Journal Title: 日本船舶海洋工学会講演論文集 Volume: 第34号
• [Journal Article] 塗膜粗面の粗度抵抗推定法に関する研究 (2021)
  • Author(s): 高島公貴，勝井辰博，三重野紘央
  • Journal Title: 日本船舶海洋工学会講演論文集 Volume: 第32号 Pages: 245-248
  • NAID: 40022809209
• [Journal Article] Experimental investigation of added frictional resistance by paint rough surface using a rotating cylinder (2020)
  • Author(s): Mieno Hirohisa、Katsui Tokihiro
  • Journal Title: Journal of Marine Science and Technology Volume: 26 Issue: 1 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1007/s00773-020-00717-6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 回転円筒試験による塗膜粗面の粗度関数計測 (2023)
  • Author(s): 勝井辰博
  • Organizer: 日本船舶海洋工学会
• [Presentation] 塗膜粗面の粗度関数の直接計測 (2022)
  • Author(s): 勝井辰博
  • Organizer: 日本船舶海洋工学会