ISTITUTO NAZIONALE PER STUDI ED ESPERIENZE DI ARCHITETTURA NAVALE

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1 ISTITUTO NAZIONALE PER STUDI ED ESPERIENZE DI ARCHITETTURA NAVALE Via di Vallerano, ROMA RAPPORTO N. SERIE N. 1/C.2482 N02 N06 Previsioni di resistenza effettuate con codici di calcolo numerici per una carena di tipo Bulk Carrier ROMA IL DIRETTORE DELL'UNITA SCIENTIFICA RESISTENZA ED OTTIMIZZAZIONE IL DIRETTORE GENERALE

2 INSEAN - Rapporto di prova n 1/C /23 Previsioni di resistenza effettuate con codici di calcolo numerici per una carena di tipo Bulk Carrier Committente Cantieri San Marco S.r.l. Viale San Bartolomeo, La Spezia - ITALY Commessa N 0014CT2004 Tipo di nave Bulk Carrier Modello di carena N 2482 Modello di elica N Disegno c2.igs, c5.igs, c6.igs, c7.igs, c8.igs, c9.igs

3 INSEAN - Rapporto di prova n 1/C /23 INDICE 1. Introduzione 4 2. Acquisizione e descrizione delle forme di carena 4 3. Risultati dei calcoli numerici 4 4. Previsione della potenza necessaria alla propulsione 5 5. Conclusioni 5 FIGURE Figura 1 - Geometria della carena C Figura 2 - Geometria della carena C Figura 3 - Geometria della carena C Figura 4 - Geometria della carena C Figura 5 - Geometria della carena C Figura 6 - Geometria della carena C Figura 7 - Campo di pressione intorno alla carena C9 alla velocità di 14 kn Figura 8 - Elevazione d'onda alla velocità di 14 kn per la carena C Figura 9 - Andamento delle linee di flusso sulla superfice di carena alla velocità di 14 kn ( carena versione C9)...13 Figura 10 - Caratteristiche idrodinamiche della carena C9 confrontate con carene simili...14 TAVOLE SOMMARIO ESPERIENZE con note, appendici e modifiche... pag. 15 SERIE N 02 - N 06 (Previsioni di resistenza a rimorchio)... pag. 16 SERIE N 06 (Previsioni di potenza installata)... pag. 22

4 INSEAN - Rapporto di prova n 1/C /23 1. Introduzione Il presente rapporto tecnico illustra le attività di previsione della resistenza effettuata con metodi numerici svolte nell ambito della commessa 0014CT2004. Oggetto della attività di previsione è stata una carena di tipo bulk carrier da circa tonnellate di dislocamento. È stata provata una sola condizione di carico, corrispondente al dislocamento a pieno carico e pari, a seconda delle versioni di carena, all'immersione nave di 8 o 8.1 metri. Un sintetico elenco delle prove effettuate ed i particolari delle condizioni di prova sono riportati nel Sommario Esperienze. 2. Acquisizione e descrizione delle forme di carena Il committente ha fornito, in fasi successive a mezzo posta elettronica, tre diverse geometrie di una carena da utilizzare all interno di uno studio preliminare finalizzato alla costruzione di una nave di tipo bulk carrier. Tali geometrie, fornite in formato IGES con file denominati rispettivamente C2.igs e C5.igs, sono state acquisite con il programma ICEM-CFD per la generazione delle griglie di calcolo. Presso l'insean poi è stata ottenuta la geometria di carena denominata C6 operando un processo di ottimizzazione numerica a partire della geometria C5 modificando le zone di prua e di poppa. Tale geometria è stata successivamente rivista dal committente che ha elaborato le versioni C7, C8 e C9 che non corrispondono pienamente a quanto suggerito dal codice di ottimizzazione numerica. In particolare, nella versione definitiva denominata C9, sono state mantenute le modifiche di poppa ad esclusione del ringrosso a monte dell elica. Nelle figure 1-6 sono riportati i piani delle sezioni verticali ed il profilo longitudinale di prora e poppa relativamente alle versioni di carena C2, C5, C6, C7, C8 e C9, unitamente ai parametri adimensionali caratteristici. 3. Risultati dei calcoli numerici Il solutore adottato per il calcolo della resistenza all avanzamento è un solutore potenziale lineare in assetto libero sviluppato all INSEAN denominato FREE, descritto in [1]. I calcoli, finalizzati a verificare le caratteristiche idrodinamiche della forma di carena in oggetto senza appendici, sono stati effettuati nelle condizioni indicate dal committente, corrispondenti ad una immersione di progetto di 8 metri (8.1 metri per la versione di carena C9) da cui segue il valore del dislocamento, e in un campo di velocità compreso tra i 10 e 15 nodi, con particolare riferimento alla velocità di 14

5 INSEAN - Rapporto di prova n 1/C /23 nodi. I risultati della simulazione numerica sono stati ottenuti in scala modello. L elaborazione dei risultati modello e la relativa estrapolazione al vero è conforme allo standard ITTC 57. Il processo di ottimizzazione ha avuto come obiettivo la riduzione della resistenza totale all avanzamento alla velocità di 14 nodi con una immersione pari ad 8 metri. I risultati sono riportati nelle corrispondenti quadri riassuntivi unitamente alle condizioni di calcolo, mentre le figure 7, 8, e 9 riportano le visualizzazioni delle pressioni idrodinamiche sullo scafo alla velocità di 14 nodi. 4. Previsione della potenza necessaria alla propulsione Al fine di stimare la potenza propulsiva effettiva necessaria per la carena oggetto del presente rapporto, potenza comprensiva quindi di rendimenti di carena, di rendimenti dell elica, rendimenti meccanici e di resistenze aggiuntive, è stato seguito il seguente procedimento: I. sono stati stimati i valori dei coefficienti propulsivi desumendoli da prove effettuate su carene simili i cui dati sono presenti nella banca dati dell INSEAN. Con lo stesso metodo è stato stimato anche il peso delle appendici: per questa nave sono stati previsti il solo timone ed il ringrosso della fuoriuscita dell asse elica. In questo modo è stata stimata la potenza al mozzo P D. II. Per poter avere una previsione delle prestazioni della nave in mare è stato necessario correggere la P D con il fattore di correlazione vasca-mare (1+X), fattore calcolato sulla base di un indagine statistica descritta in [2]. La potenza P S così ottenuta è comprensiva di un margine di dispersione ed incertezza pari a ± 4.5%. III. La potenza P S è stata poi maggiorata per tener conto delle perdite dovute al rendimento della linea d asse ed al riduttore, nonché della resistenza aggiuntiva dell aria sulle sovrastrutture, con percentuali indicate dal committente e confermate dall esperienza. La potenza ottenuta P B è la potenza effettiva stimata al freno motore 5. Conclusioni Il confronto operato con carene simili e di dimensioni confrontabili disponibili all interno del database INSEAN, dimostra come le prestazioni attese per lo scafo in esame siano in linea con la produzione precedente, nonostante il difetto di lunghezza rispetto agli altri fattori dimensionali (volume di carena, larghezza). In figura 10 è riportato il coefficiente di resistenza volumetrico CT V in funzione del numero di Froude Volumetrico F N V per la carena oggetto del presente

6 INSEAN - Rapporto di prova n 1/C /23 rapporto insieme a tutte le carene esaminate unitamente ai relativi parametri adimensionali caratteristici. Un'ulteriore applicazione di un codice di ottimizzazione di forma limitatamente alla zona di poppa, al fine di ottenere suggerimenti per un miglioramento del progetto, è dunque consigliata. C.T.E.R. Andrea Mancini Ing. Daniele Peri Bibliografia [1] Campana E.F., Peri D., Simulazione numerica delle prove di rimorchio in acqua calma. Parte II: prove con assetto libero. Rapporto INSEAN [2] Coppola C., Indagine statistica sulla correlazione vasca-mare per la potenza asse di diversi tipi di nave a dislocamento. Rapporto INSEAN ottobre 1974

7 INSEAN - Rapporto di prova n 1/C /23 CARENA C.2482 Geometria C2 Tipo di nave: Bulk Carrier Dislocamento: t L OS / 1/ L OS /B WL C B B WL / 1/ B WL /T M C P T S S / 2/3 M / 1/ C M Figura 1 - Geometria della carena C2.

13 INSEAN - Rapporto di prova n 1/C /23 Figura 7 - Campo di pressione intorno alla carena C9 alla velocità di 14 kn. Figura 8 - Elevazione d'onda alla velocità di 14 kn per la carena C9. Figura 9 - Andamento delle linee di flusso sulla superfice di carena alla velocità di 14 kn ( carena versione C9)

14 INSEAN - Rapporto di prova n 1/C /23 Figura 10 - Caratteristiche idrodinamiche della carena C9 confrontate con carene simili

15 INSEAN - Rapporto di prova n 1/C.2482 pag 15/23 C.2482 SOMMARIO ESPERIENZE Serie Dislocamento Immersioni Appendici Eliche Modifiche Note Tipo Esperienze Velocità Data di tonn AV m AD m n n n n nodi esecuzione N C2 1 Rimorchio N C5 1 Rimorchio N C6 1 Rimorchio N C7 1 Rimorchio N C8 1 Rimorchio N C9 1 Rimorchio N Note N Modifiche 1 Calcoli di previsione di resistenza effettuati con codici di calcolo numerici sviluppati all INSEAN C2 Geometria di carena fornita dal committente C5 Geometria di carena fornita dal committente C6 Geometria di carena definita con metodi di ottimizzazione INSEAN N Appendici C7 Geometria di carena fornita dal committente nessuna C8 Geometria di carena fornita dal committente C9 Geometria di carena fornita dal committente

16 ISTUTUTO NAZIONALE PER STUDI ED ESPERIENZE DI ARCHITETTURA NAVALE - ROMA PREVISIONE DI RESISTENZA A RIMORCHIO CARENA C.2482 SERIE n02 EFFETTUATA CON CODICI DI CALCOLO NUMERICI SVILUPPATI ALL'INSEAN versione di carena C5 VALORI DI CALCOLO E FORMULE CONDIZIONI SPERIMENTALI Rapporto di similitudine...= V = Velocità Lunghezza fra le Pp Lpp m Temperatura acqua mare...= 15.0 ^C R T = Resistenza totale totale di carena Los " Temperatura acqua vasc...= 15.0 ^C C T = Coeff. Resistenza totale Larghezza massima f.o. Bm " Viscosità acqua mare...= *10-6 m^2/sec C F = Coeff. d'attrito Larghezza al galleggiamento Bwl " Viscosità acqua vasca...= *10-6 m^2/sec C R = Coeff. Resistenza Residua alla Pp AV Tf " Densità acqua mare......= Kg*sec^2/m^4 PE = Potenza Effettiva a Rimorchio Immersione S.C. alla Pp AD Ta " Densità acqua vasca......= Kg*sec^2/m^4 Zv = Sopraelevazione centro carena media Tm " Addendo ruvidezza care...= 2.00 *10-4 θ D = Andolo di assetto dinamico Centro di carena L CB " Resistenza di attrito ITTC 1957 CF = 0.075/(lgRn - 2)^2 i pedici m e s indicano rispettivamente Dislocamento t modello e nave Superficie bagnata Ss m coeff. di blocco Cb Vs Vm RTm CTm CFm CR CFs CTs RTs PE Zv θ D Fn Fnv Ctv 100R TS (nodi) (m/s) (Kg) *10E3 *10E3 *10E3 *10E3 *10E3 (t) (CV) (m) ( ) *10E Appendici: nessuna Modifiche: C5 ROMA aprile 2005

21 ISTUTUTO NAZIONALE PER STUDI ED ESPERIENZE DI ARCHITETTURA NAVALE PREVISIONE DI RESISTENZA A RIMORCHIO CARENA C.2482 SERIE n06 EFFETTUATA CON METODOLOGIA NUMERICA versione di carena C RTs R [t] Ctv PE E3 CTv PE [Cv] Vs [kn]

22 ISTUTUTO NAZIONALE PER STUDI ED ESPERIENZE DI ARCHITETTURA NAVALE PREVISIONE DI POTENZA INSTALLATA CARENA C.2482 SERIE n06 versione di carena C9 VALORI DI CALCOLO E FORMULE CONDIZIONI SPERIMENTALI P E = Potenza Effettiva a Rimorchio P D = Potenza al mozzo [P D /(η H η O η R )] Lunghezza fra le Pp Lpp m P S = Previsione di potenza in mare [P D * ( 1+x )] Lunghezza totale di carena Los " P B = Previsione di potenza effettiva motore [P S /(η S+G η ΑΑ η + )] Larghezza massima Bpx " η APP = Rendimento delle appendici di carena Larghezza al galleggiamento Bwl " ( 1-t ) = Fattore di riduzione della spinta alla Pp AV Tf " ( 1-w ) = Frazione di scia Immersione S.C. alla Pp AD Ta " η H = Efficienza di scafo [( 1-t ) / ( 1-w )] media Tm " η 0 = Rendimento di elica isolata Centro di carena L CB " η R = Rendimento rotativo relativo Dislocamento t ( 1+x ) = Fattore di correlazione VASCA-MARE (INSEAN) Sup. bagnata c.n. Ss m^ (Fattore statistico che prevede un margine di incertezza di +/- 4.5%) η S+G = Perdita Linea d'asse e riduttore......= 1.0 % stimata coeff. di blocco Cb η AA = Resistenza aggiuntiva aria = 1.5 % stimata η + = Resistenze aggiuntive = 0.0 % stimata Dati di calcolo Rendimenti desunti da carene simili Fonte: Banca Dati INSEAN Potenza e rendim. stimati al mozzo passaggio vasca - mare Potenza e rendim. complessivi stimati Vs P E η APP ( 1-t ) ( 1-w ) η H η 0 η R P D η D ( 1+ x ) P S P B η P (nodi) (CV) (CV) (CV) (CV) Rendimento propulsivo complessivo medio (P E /P B ) η P = 0.74 ROMA aprile 2005

23 ISTUTUTO NAZIONALE PER STUDI ED ESPERIENZE DI ARCHITETTURA NAVALE PREVISIONE DI POTENZA INSTALLATA CARENA C.2482 SERIE n06 versione di carena C Ps [cv] Vs [kn]