CFD Applications In Shipbuilding Idustreis
اغلب مسائل مهندسی مرتبط با قایق‌ها، کشتی‌ها و زیردریایی‌ها با جریان آب و هوا در ارتباط است. نیروهای باد-آب یا همان نیروهای آئروهیدرودینامیک (Aero-Hydrodynamics Forces) وارد بر این واسایل نقلیه مهمترین نقش را در طراحی شکل ظاهری و عملکرد آن‌ها بازی می‌کند. این نیروها همچنین اصلی‌ترین نیروهای وارد بر بادبان‌ها و پروانه‌ها که از ابزارهای سیستم‌های پیشران به شمار می‌روند، می‌باشند. موتورهای احتراق داخلی، تهویه مطبوع، سیستم‌های لوله کشی، تأسیسات و سیستم‌های شارژ و دشارژ گاز، نفت و میعانات (در نفت کش‌ها و کشتی‌های شامل مخازن گاز) نیز از جمله دیگر مسائل مهم مهندسی در صنایع کشتی سازی هستند. وجه مشترک تمامی این مسائل حضور سیال و جریان آن است و در نتیجه استفاده از ابزارهای دینامیک سیالات محاسباتی، CFD، در حل آن‌ها امری بدیهی خواهد بود. بطور کلی کاربردهای CFD در صنایع کشتی‌سازی و ساخت زیردریائی‌ها را می‌توان در حوزه‌های زیر معرفی نمود.
کاربردهای CFD در آئرو-هیدرودینامیک
مهمترین پارامتر طراحی شکل انواع وسایل حمل نقل آبی سطحی و زیر سطحی متأثر از اعمال هم‌زمان نیروهای باد و آب بر بدنه آن‌ها می‌باشد. در اینگونه مسائل شبیه سازی جریان‌های تراکم ناپذیر، دو فازی و آشفته در اولویت اول قرار دارد. هر چند شبیه سازی رژیم‌های جریان فوق همراه با حل معادلات شش درجه آزادی برای قایق‌ها و کشتی‌ها نیز بسیار کامل‌تر بوده و شدیدا توصیه می‌گردد. بطور خلاصه مهمترین کاربردهای CFD در این حوزه عبارتند از:
- حل میدان جریان هم‌زمان هوا و آب و محاسبه نیروهای آئروهیدرودینامیکی روی قایق‌هاو کشتی‌های کوچک بادبانی و موتوری به منظور محاسبه نیروی درگ (Drag) آن‌ها
- حل میدان جریان هم‌زمان هوا و آب و محاسبه نیروهای آئروهیدرودینامیکی روی کشتی‌های بزرگ باری، مسافربری، ناوها، ناوشکن‌ها، هواپیما برها و غیره به منظور محاسبه نیروی درگ (Drag) آن‌ها
- حل میدان جریان هم‌زمان هوا و آب و محاسبه نیروهای آئروهیدرودینامیکی روی کشتی‌های بادبانی همراه با مطالعه عملکرد بادبان‌ها به منظور محاسبه نیروهای درگ (Drag) و پیشرانش (Propulsion) آن‌ها
- حل میدان جریان هم‌زمان هوا و آب و محاسبه نیروهای آئروهیدرودینامیکی حول زیردریایی در حالت Floating به منظور محاسبه نیروی درگ (Drag) آن‌ها
- حل میدان جریان آب تنها حول زیردریایی در حال غوطه وری (Sinking) به منظور محاسبه نیروی درگ (Drag) آن‌ها
- شبیه سازی جریان، مطالعه و بررسی عملکرد رادر (Rudder) قایق‌ها، کشتی‌ها و زیر دریایی‌ها در شرائط کارکردی متفاوت و متنوع
- شبیه سازی جریان، مطالعه و بررسی عملکرد سطوح کنترل (Stablizer) زیردریائی‌ها در شرائط کارکردی متفاوت و متنوع
- بررسی اثرات بادبان‌ها روی نیروی درگ و پیشرانش (propulsion) وارد بر کشتی‌های بادبانی
- بررسی اثرات کانتینرها روی نیروی درگ وارد بر کشتی‌های باری
- بررسی اثرات باد روی بارگیری و تخلیه کانتینرها در بنادر
- بررسی اثرات طوفان‌ها با سرعت‌ها و شدت‌های مختلف روی حرکت و پایداری انواع از قایق‌های کوچک تفریحی تا کشتی‌های غول پیکر
- بهینه سازی شکل ظاهری پیکره و بالبوس (Bulbous) کشتی‌ها برای افزایش عملکرد آئروهیدرودینامیکی
کاربردهای CFD در سیستم پیشرانش
کشتی‌های همراه با موتورهای سوخت فسیلی بخش اعظم کشتی‌های موجود در دنیا را به خود اختصاص داده‌اند. قایق‌ها و کشتی‌های بادبانی نیز از لحاظ فراوانی در رده دوم قرار دارند و تعداد کشتی‌های مجهز به سوخت هسته‌ای نیز غیر قابل چشم پوشی هستند. البته در زیر دریائی‌ها از موتورهای الکتریکی نیز استفاده می‌شود. موارد کاربرد CFD در تمامی موتورهای مبتنی بر سوخت فسیلی و بخش اعظم موتورهای سوخت هسته‌ای همانند کاربرد آن در موتورهای پیستونی است (به کاربردهای CFD در صنایع خودروسازی بخش سیستم تولید قدرت مراجعه شود) که در اینجا از بیان مجدد آن خودداری شده است. از دیگر کاربردهای مهم CFD در سیستم پیشرانش قایق‌ها، کشتی‌ها و زیردریائی‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
- بهینه سازی شکل، ابعاد و چیدمان بادبان‌ها برای رسیدن به بیشترین راندمان آئرودینامیکی
- شبیه سازی، مطالعه و بررسی عملکرد پروانه(های) موتور(ها) در شرایط کارکردی متفاوت
- شبیه سازی و بررسی اثرات کاویتاسیون بر خوردگی و طول عمر پروانه(ها)
- بهینه سازی طراحی دودکش کشتی‌ها در نوع انتشار گازهای خروجی از موتور آن‌ها
کاربردهای CFD در تأسیسات و تهویه مطبوع
تأسیسات یک کشتی غول پیکر به اندازه تأسیسات یک شهرک وسیع, متنوع و پراکنده می‌باشد. اثر این تأسیسات متأثر از جریان سیالات مختلف هستند که رژیم‌های جریان متنوعی همچون جریان‌های چند فازی، آشفته، نواحی متخلخل، دورانی و بسیاری از موارد دیگر را شامل می‌شوند. به دلیل گستردگی جزئیات، در اینجا تنها به سرفصل‌های کاربردهای CFD در تأسیسات و تهویه مطبوع کشتی‌ها و زیردریایی‌ها بسنده شده است.
- شبیه سازی جریان هوا و محاسبه نیروهای باد وارد بر دکل‌ها و جرثقیل‌ها در عرشه اصلی کشتی
- شبیه سازی، مطالعه و بررسی عملکرد بخش‌های مختلف سیستم‌های آب شیرین کن
- شبیه سازی، مطالعه و بررسی آتش سوزی، انتشار دود و گسترش حریق
- شبیه سازی، مطالعه و بررسی عملکرد سیستم‌های اطفاء حریق
- شبیه سازی، مطالعه و بررسی سیستم‌های پایپینگ، آب‌رسانی، فاضلاب و تصفیه فاضلاب
- شبیه سازی، مطالعه و بررسی پر و خالی شدن مخان نفت، گاز و میعانات در کشتی‌های حامل مواد نفتی، میعانات و گاز
- شبیه سازی، مطالعه و بررسی تلاطم در مخان سوخت کشتی‌ها و زیردریائی‌ها و همچنین مخازن حاوی نفت، بنزین و میعانات در کشتی‌های حامل مواد نفتی و میعانات
- شبیه سازی، مطالعه و بررسی عملکرد تهویه مطبوع در عرشه زیرین کشتی
- شبیه سازی، مطالعه و بررسی عملکرد تهویه مطبوع در اتاق فرمان (Bridge)
- شبیه سازی، مطالعه و بررسی عملکرد تهویه مطبوع در کابین‌های مسافران و خدمه
- شبیه سازی، مطالعه و بررسی عملکرد تهویه مطبوع در اماکن عمومی نظیر رستوران‌ها و سالن‌ها
- شبیه سازی، مطالعه و بررسی عملکرد تهویه مطبوع در موتورخانه‌ها
لازم به توضیح است جهت جلوگیری از تکرار مطالب کاربردهای CFD در مورد شبیه سازی جریان در انواع فن‌ها، پمپ‌ها و توربین‌های بکار رفته در تأسیسات و تهویه مطبوع قایق‌ها، کشتی‌ها و زیردریایی‌ها در اینجا توضیح داده شده است.
برای کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید
محمدرضا کلیچ