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本研究の目的は、計算流体力学(CFD)を用いた船体周りの流場解析法を、形状最適化問題に応用して船体形状の改良を図ることである。本年度は2ケ年にわたる研究の最終年度であり、前年度に行った各種のプログラム整備を経て、それを肥大船の船尾形状改良に応用した。
対称とした母船型は、船尾バルブを有しないタンカー船型である。これに対して、粘性抵抗を軽減するとともに、船尾振動軽減の観点からプロペラ上部の流速を増大させる(伴流値を下げる)という2つの目的を最適化する問題を扱った。
計算手法はレイノルズ平均ナビエ・ストークス方程式に基づく船体周りの粘性流の解法2次元B-スプライン関数による船尾形状変更関数の採用、そのB-スプライン関数列の係数を設計変数とした、逐次線形反復法による最適化プロセス、加重平均法による目的関数のスカラー化、などである。
計算の結果、抵抗軽減を重視すれば船尾肋骨線形状がV型の船型が求まり、プロペラ上端部の伴流を重視すると船尾バルブを有する船型が求まり、その中間値である抵抗の増加を押さえ、かつ伴流性能も良いという条件では、船尾がV型でかつプロペラ前方部にバルブ形状が出現するという、極めて良好な船尾形状が得られた。
また、回流水槽における実験を実施し、これらの計算結果の妥当性を検証した。今後の課題としては、CFD計算に用いる乱流モデルの改良や、高レイノルズ数への拡張などが残されているが、本研究の所期の目的はほぼ達成されたものと考えられる。
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