На долю морских перевозок приходится более 80% международной торговли. Этому способствуют надстройки, такие как пассажирские суда, контейнеровозы, нефтяные танкеры и автомобильные паромы типа "ролл-на-ролл-офф", что делает его эффективным. Тем не менее, существует постоянно острая необходимость сделать доставку более экономичной. В связи с этим ученые провели многочисленные исследования, направленные на улучшение аэродинамических характеристик судов, которые при плавании сталкиваются со значительным лобовым сопротивлением от ветра надводному корпусу - видимому корпусу судна.

Недавно исследовательская группа международного сотрудничества, в состав которой входят д-р Нгок-Там Буи, доцент Колледжа системной инженерии и естественных наук Технологического института Сибаура, и д-р Нго Ван Хе и д-р Нго Ван Хиен, адъюнкт-профессора Ханойского университета науки и техники, смоделировала и сравнила различные системы управления. (передняя часть корпуса) крышки, которые уменьшают общее ветровое сопротивление, действующее на суда. Их работа была доступна онлайн 31 января 2023 года и опубликована в томе 270 журнала Ocean Engineering 15 февраля 2023 года.

Профессор Буи кратко объясняет методологию исследования. "В этой работе использовалось коммерческое программное обеспечение ANSYS-Fluent для выполнения моделирования вычислительной гидродинамики (CFD). Здесь небольшое пассажирское судно (с носовой обшивкой и без нее) и его окружение были разделены на миллионы элементов с помощью сетки - числовой сетки. Затем "усредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса", которые представляют усредненное по времени движение потока жидкости для каждого элемента, были решены с использованием турбулентной вязкой модели. Их совокупные результаты позволили определить сопротивление ветра, действующее на надводный корпус судна."

Исследователи обнаружили, что более мелкая сетка дает более точные результаты: оптимальное количество элементов составляет 23,62 миллиона. Кроме того, модель под названием "моделирование отрывных вихрей (DES) k-ε" дала наименьшее сопротивление ветра из пяти моделей турбулентной вязкости, протестированных в этой работе. Используя модель optimum mesh и DES k-ε, исследователи провели CFD-моделирование для семи плоских пластинчатых носовых крышек разной длины и высоты, а также обычной крышки обтекаемой формы. "Область динамического давления вокруг носовой части и ветровое сопротивление резко уменьшились с увеличением высоты крышки из плоской пластины. При носовом покрытии высотой 2,4 м общее лобовое сопротивление судна было на 38,71% ниже, чем при носовом покрытии высотой 0,37 м. Это значение аналогично снижению на 42,41% для судна с обтекаемым покрытием", - подчеркивает профессор Буи.

В этой работе исследователи также подчеркивают влияние направления ветра на аэродинамические характеристики судна. Лобовое сопротивление является самым высоким, независимо от носового покрытия, когда ветер дует под углом 20^o в направлении корабля. Кроме того, он почти равен нулю для 90^o. При больших углах сопротивление ветра меняет направление, способствуя движению судна.

Обсуждая будущий потенциал настоящей работы, проф. Буй говорит: "Предлагаемая плоская пластинчатая носовая крышка проста в изготовлении и уменьшает сопротивление ветра, действующее на судно, почти так же хорошо, как обтекаемая крышка. Таким образом, это улучшит аэродинамические характеристики небольших пассажирских судов, что приведет к большей экономии мазута и экономической эффективности морских перевозок".

Результаты этой работы могут оказаться полезными для проектировщиков судов и инженеров для оптимизации расхода топлива, что приведет к более экономичному судоходству.