Case - EEXI fra Fuldskala valideret CFD

Dette casestudie viser, hvordan Aerotak kan beregne Energy Efficiency Existing Ship Index (EEXI) ved hjælp af en valideret CFD-model til markant lavere omkostninger end prøvetank eller søprøve.

Formål

Validér CFD modellen ved at benytte eksisterende søprøve- og prøvetankresultater. CFD-modellen kan benyttes ved fremtidige projekter til at simulere et selvdrevent skib under EEXI-forhold, og derved få skibets EEXI.

Valideringsprocedure for EEXI-beregning

Omfattende validering og verificering af modstand, åbenvand og selvdrevne simuleringer er foretaget både i model- og fuldskala. Ved at gennemføre valideringen og verificeringen i flere trin sikres der en høj kvalitet og præcision i CFD-simuleringerne, hvilket klassifikationsselskaberne værdsætter højt under deres godkendelsesproces.

Modstand Åbenvand Selv-drevent

Simuleringsopsætning

For åbenvandssimuleringer i modelskala vil flowet omkring bladene gå fra et laminart regime til transient turbulent og til sidst til fuldt udviklet turbulent. Disse simuleringer bruger k-omega SST turbulensmodellen, men denne er udledt for turbulente strømninger. For at modellere indflydelsen af overgangen fra laminar til turbulent benyttes Gamma ReTheta-metoden, hvilket tilføjer yderligere to transportligninger for intermittens og overgangsmomentumtykkelse Reynolds-tal. Den frie overflade i modstand- og selvdrevne simuleringer blev løst ved at bruge Volume-of-Fluid (VOF)-metoden i STAR-CCM+. Ydermere inkluderer de selvdrevne simuleringer modelleringen af den frie overflade og rotationen af 3D-propellen.

Valideringsresultater

Alle CFD-resultater blev sendt blindt til skibsværftet for validering. Ved at sende resultaterne blindt, uden at kende prøvetank- eller søprøveresultater, kan skibsværftet stole på, at CFD-resultaterne ikke blev påvirket af disse. Der var stor overensstemmelse mellem fuldskalas modstands- og åbenvandsresultaterne i forhold til prøvetankmålinger og estimater, som ses i Figur 2 og 3. Forskellene mellem CFD og prøvetank var mindre end prøvetankens usikkerheder. Dette demonstrerer, at CFD-modellen præcist kan estimere fuldskala modstand og åbenvand.

Tilsvarende var der god overensstemmelse mellem modelskala selvdrevne simuleringer og prøvetankmålinger og estimater, som illustreret i Figur 4. Imidlertid var der for fuldskala selvdrevne simuleringer, hvor den traditionelle metode med at inkludere ruhed som en punktkraft, estimeret ved brug af empirisk formel, signifikant underestimerede effekten fra søprøvemålingerne.

Når ydeevnen af fuldskalaskibet skal beregnes, er modstanden fra overfladeruheden en vigtig faktor. Selv for skibe med minimal eller ingen biofoliering er der talrige faktorer, der kan føre til øget modstand på skroget, såsom modstanden af malingen, svejsninger, variation i pladetykkelsen mv. I dette studie blev effekterne af modstanden fra ruhed på fuldskala skrog og propeller medregnet og sammenlignet ved brug af to forskellige metoder. Den traditionelle metode er at bruge en empirisk formel, der estimerer overfladeruheden og inkluderer dette som en koncentreret punktkraft. Den alternative metode for at medregne overfladeruhed er ved at modificere vægfunktionerne i turbulensmodellen. Ved at inkludere effekterne fra ruhed på skrog og propeller direkte ind i CFD-modellen blev differencerne mellem CFD og søprøvemålingerne betydeligt mindre. Den leverede effekt var forudsagt til at være inden for 1-4% af søprøveresultaterne, når effekten af ruhed på skrog og propeller blev implementeret direkte ind i CFD-modellen.

Konklusion

Med den validerede CFD-model kan Aerotak udføre CFD-simuleringer af skibe og dermed opnå deres EEXI. Aerotak assisterer skibsejeren, når EEXI skal udregnes, og sendes til certificeringsinstanserne for godkendelse. Derefter kan rederiet beslutte, om Engine Power Limitation (EPL), Energy Saving Devices (ESDs) eller en anden metode skal anvendes til at forbedre det opnåede EEXI.

For mere information kontakt: