Sophistication of performance model for ship navigation in ice assuming transpolar sea route

假设跨极海路线的冰中船舶导航性能模型的复杂性

• 批准号: 21H01553
• 负责人: 金野 祥久
• 金额: $ 10.57万
• 依托单位: Kogakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01553/
• 关键词: 氷海工学; 耐氷船; 流体力; 氷荷重; 数値流体力学

本研究では北極海航行において船舶は開水面もある浮氷群中を航行すると想定し、この場合に氷片に作用する流体力の減衰モデルを構築しその精度を検証することを目的とする。令和4年度は3年度に導入した検力計および改造した計測系を用い、東京大学生産技術研究所の小型曳航水槽にて氷片群曳引実験を実施した。高精度な検力計を導入したことにより計測精度が改善された。過去に行った実験の傾向は再現され、これまでの実験の妥当性が示された。また令和3年度に引き続き、複数氷片が水面にある場合の数値解析を実施し、下流側氷片に作用する流体力を求めた。解析には汎用熱流体解析ソフトウェアSTAR-CCM+を用い、自由表面表現にはVOF法を用いた。令和3年度に観察された、複数氷片が並んでいる場合の傾向は水槽試験と逆の傾向を示すことを再確認した。乱流モデルなど解析方法や解析格子の改善、氷片を越流する流れの抑制などの改善を試みたが傾向は変わらなかった。数値計算上で氷片の面取りを行ったところ、完全には一致しないものの実験と近い傾向が得られたため、氷片形状や配置を実験に近づけることで解析結果が改善される可能性が示唆された。これ以降の探求は令和5年度以降の課題として残されている。なお研究成果の一部を日本船舶海洋工学会春季講演会、秋季講演会および北方圏国際シンポジウム、International Symposium on Arctic Research（ISAR-7）にて報告したほか、42nd International Conference on Ocean, Offshore & Arctic Engineeringでも報告する予定である。

在这项研究中，我们假设在北极海上航行期间，船只将穿过带有开放表面的浮冰簇，在这种情况下，我们旨在构建作用在冰块上的流体力的阻尼模型并验证其准确性。 2022年，我们使用2013年引入的细菌量规和一个改良的测量系统进行了一组冰板，在东京大学工业技术研究所的一个小拖车中拉动实验。高精度校准器的引入提高了测量精度。先前实验的趋势已被复制，表明先前实验的有效性。此外，在2021财年之后，当位于水面上多个冰块以确定作用在下游冰块上的流体力时进行数值分析。通用热流体分析软件STAR-CCM+用于分析，并使用VOF方法进行自由表达表达。我们重申，在2021年排列多个冰块时观察到的趋势显示了水族馆测试的相反趋势。我们试图改善分析方法，例如湍流模型，以及对分析晶格的改进以及抑制流质冰块的抑制，但趋势保持不变。当在数值计算过程中倒入冰块时，尽管它们的匹配不太匹配，但他们发现了与实验相似的趋势，这表明可以通过将冰块的形状和布置更接近实验来改善分析结果。随后的探索仍然是2023年及以后的挑战。一些研究结果将在日本船舶与海洋工程学会春季演讲，秋季秋季讲座，北部地区国际研讨会，国际北极研究研讨会（ISAR-7）以及第42届国际海洋，海上和北极工程会议上进行报告。

项目成果

Investigation of Hydrodynamic Forces Acting on an Ice Piece Downstream of Floating Ice Pieces

作用于浮冰下游冰块的水动力研究

• 发表时间: 2023
• 作者: R. Hayashi;A. Konno;Z. Jinxin;D. Kitazawa
• 通讯作者: D. Kitazawa

浮氷群下流の氷片に作用する流体力の数値解析による調査および実験との比較

浮冰团下游冰碎片流体力的数值分析研究及与实验的比较

• 发表时间: 2022
• 作者: 林諒汰;金野祥久
• 通讯作者: 金野祥久

A comparative study on the experimental hydrodynamic force of an ice piece in model-scale brash ices

模型尺度碎冰中冰块实验水动力对比研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Ryota Hayashi;Akihisa Konno;Jinxin Zhou;Qiao Li;Shuchuang Dong and Daisuke Kitazawa
• 通讯作者: Shuchuang Dong and Daisuke Kitazawa