快艇航行姿勢與阻力預估之數值模擬探討

Abstract

一般而言，為了精準預估高速船艇航行姿勢和阻力，通常會採用船模試驗，雖然船模試驗所需費用昂貴且費時。然而，隨著各種計算流體力學(CFD)模擬軟體的進步，應用CFD預估阻力且模擬出船體在航行下的各種流場現象已逐漸變成可能。 本研究採用FLUENT套裝軟體，搭配使用RANS(Reynolds Average Navier – Stokes equations) 描述流場狀態，紊流模型使用Realizable κ-ε搭配壁面函數(Wall function)，求解方法採用SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)。本研究即在於探討應用CFD模擬工具預測快艇實船型航行姿勢及阻力性能之可行性。 在高速船艇方面，國內遊艇及造船產業長久以來一直專注於超級遊艇及海巡快艇的設計和製造。經過長年的努力，已在世界超級遊艇外銷市場佔有一席之地。本研究擬進行數值模擬測試的模擬船型係由聯合船舶設計發展中心(現名: 船舶暨海洋產業研發中心，簡稱船舶中心)提供，此船型以45節為設計船速，其船長福勞德數約為1.45，是一全滑航 (Fully Planning)快艇。本研究即以此艇船型及其船模試驗結果為例，探討應用FLUENT進行船體姿勢及阻力預估的可行性。 本研究配合穩態計算，並採用內插法，求取高速航行船體姿勢及阻力，其結果顯示除了航行仰角有較顯著的定量差異之外，CG rise和阻力預估大致尚稱良好。