Моделирование процесса обледенения корпуса рыболовецкого судна на поверхности воды с учетом влияния волнения

Изучение обледенения судов является актуальной задачей в связи с судоходством в морях Северного Ледовитого океана. В работе рассматривается задача моделирования обтекания модельного рыболовецкого судна газокапельным потоком и возникновение процесса обледенения. Первоначально моделирование выполнялось с помощью решателя interDyMFoam с учетом задания волны Стокса первого рода для определения положения капель. В дальнейшем моделирование было выполнено с помощью решателя iceFoam в основе которого используется Эйлер-Лагранжев метод для описания газокапельного потока. Рассмотренная модель рыболовецкого судна имела масштаб 1:10. Положение капель задавалось на входе в расчетную прямоугольную область. Расчетная сетка имела от 1.5 до 10 млн. ячеек.  С помощью расчетов были получены траектории движения капель вокруг корпуса судна, распределение поля скорости воздуха, положение пленки воды и толщина льда на поверхности палубы. Была выполнена оценка массы наросшего льда. Моделирование выполнялось на вычислительном кластере ИСП РАН. Один типовой пример запускался на 48-96 вычислительных ядрах и продолжался не более трех дней.

1. Качурин Л.Г., Смирнов И.А., Гашин Л.И. Обледенение судов. Учебное пособие. Ленинградский гидрометеорологический институт (ЛГМИ), 1980, 56 с.

2. Panov V. V. Vessel Icing. Proceedings AARI, Saint Petersburg, Russia, 1976, 262.

3. Zakrzewski W. P. Splashing a ship with collision-generated spray. Journal of Cold Regions Science and Technology, 1987, 14(1): 65-83.

4. Ryerson C. C. Superstructure spray and ice accretion on a large U.S. Coast Guard cutter. Journal of Atmospheric Research, 1995, 36(3-4): 321-337.

5. Samuelsen E. M., Edvardsen K., Graversen R. G. Modelled and observed sea-spray icing in Arctic-Norwegian waters. Journal of Cold Regions Science and Technology, 2017, 134: 54-81.

6. Mintu S., Molyneux D., Oldford D. A state-of-the-art review of research on ice accretion measurements and modelling. Arctic Technology Conference, St. John’s, Canada, 2016, 1- 19.

7. Mintu S., Molyneux D., Colboume B. A Theoretical model for ship–Wave impact generated sea spray. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 2020, 143(4): 041201.

8. Mintu S., Molyneux D. Ice accretion for ships and offshore structures. Part 2Compilation of data. Ocean Engineering, 2022, 248: 110638.

9. Weller H. G., Tabor G., Jasak H. et al. A tensorial approach to computational continuum mechanics using object-oriented techniques. Journal of Computers in Physics, 1998, 12: 620-631.

10. Seo S., Park S., Koo B. Effect of wave periods on added resistance and motions of a ship in head sea simulations. Ocean Engineering, 2017, 137: 309-327.

11. Wang J. H., Zhao W. W., Wan D. C. Development of naoe- FOAM-SJTU solver based on OpenFOAM for marine hydrodynamics. Journal of Hydrodynamics, 2019, 31(1): 1-20.

12. Vukcevic V., Jasak H., Malenica S. Decomposition model for naval hydrodynamic applications, Part I: Computational method. Ocean Engineering, 2016, 121: 37-46.

13. Vukcevic V., Jasak H., Malenica S. Decomposition model for naval hydrodynamic applications, Part II: verification and validation. Ocean Engineering, 2016, 121: 76-88.

14. Seo S., Park S., Koo B. Effect of wave periods on added resistance and motions of a ship in head sea simulations. Ocean Engineering, 2017, 137: 309-327.

15. Bahatmaka A., Kim D. J. Numerical modelling for traditional fishing vessel prediction of resistance by CFD approach. International Journal of Applied Engineering Research, 2018, 13( 8): 6211-6215.

16. Bourgault Y., Beaugendre H., Habashi W. G. Development of a shallow-water icing model in FENSAP-ICE. Journal of Aircraft, 2000, 37(4): 640-646.

17. Koshelev K. B., Melnikova V. G. Strijhak S. V. Development of iceFom solver for modeling ice accretion. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS, 2020, 32(4): 217-234 (in Russian).

18. Strijhak S., Ryazanov D., Koshelev K., Ivanov A. A neural network prediction for ice shapes on airfoils using icefoam simulations. Aerospace, 2022, 9(2): 96.

19. Бэтчелор Дж.К. Введение в динамику жидкости. Москва. Ижевск: НИЦ ”Регулярная и хаотическая динамика“, 2004., 768 с.

20. Ландау Л., Лифшиц Е. Теоретическая физика. В десяти томах. Том VI. Гидродинамика. Издательство Физматлит, 2017. 728 стр.