液体輸送のための袋状コンテナ船に関する研究

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24360357
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 土井 康明 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10134454)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 陸田 秀実 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80273126) ; 中島 卓司 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40444707)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 船舶工学 / 海洋工学 / 流体工学

Research Abstract

当該年度では，袋状コンテナ模型を用いた波浪中の抵抗試験を行うとともに，流体運動と柔軟構造体の変形を練成させた数値シミュレーション法の開発を行った。
波浪中の抵抗試験は広島大学工学部所有の船型試験水槽にて行った。模型は想定実機の1/25 にあたる長さ×幅×喫水=4m×0.6m×0.14m(内容量0.28ｔ) の模型を用いた。波高0.06m，波長/船長比0.375～2.0 の向い波規則波を，実験模型の長手方向に入射，フルード数0.03～0.09 の速度で曳航させ袋状コンナが受ける抵抗を分力計により計測した。実験結果，以下のことが明らかとなった。1) 波長船長比が小さくなるほど袋状コンテナが受ける抵抗は増加する。すなわち実機での利用を考慮すると，波の波長が短い海域ではより大きな曳船の動力が必要となる。2) 波長船長比が大きくなるほど袋状コンテナの抵抗変動振幅，膜変動振幅は増加する。実機の利用に当てはめると，波の波長が長い海域では膜破損の危険性が増す。
模型実験で得られる抵抗値は分力計からの積分値であり，袋状コンテナに作用する力の分布は分析できない。より詳細な力の分布を解析するために，袋状コンテナの柔軟変形と流体運動を練成させた平水中曳航時の数値解析法を開発した。袋状コンテナの非定常な弾性膜変動を直接解析することは困難を極めることから，本研究ではバネ系モデルにより膜変動を近似する手法を開発した。流体解析には，三次元の非圧縮Navier-Stokes 方程式と連続式を練成させる境界適合型流体解析有限差分法を用いた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

袋状コンテナ模型を用いた波浪中の抵抗試験を計画通り実施し，その評価をすることができた。さらに，流体運動と柔軟構造体の変形を練成させた数値シミュレーション法の開発を計画通り開発することができた。

Strategy for Future Research Activity

柔軟構造体が波動により変形することから、これを利用して、波浪中の抵抗増加の低減あるいは波エネルギーを推進力とする可能性を探る。最終年度となるので、袋状コンテナの好適な形状ならびに曳航方法について総括する。