Algemeen doel:

De afmeting en capaciteit van schepen in het algemeen, en meer specifiek de afmeting en capaciteit van containerschepen, zijn de laatste decennia drastisch toegenomen. Dit heeft geleid tot een grotere doorvaarthoogte (air draft) en een veel grotere invloed van wind en windbelastingen. Deze windeffecten op afgemeerde schepen worden traditioneel beoordeeld met behulp van vereenvoudigde semi-empirische methoden, die momenteel tekort kunnen schieten door zowel de toename van de scheepsafmetingen als de toegenomen kans op extremere meteorologische omstandigheden.

Het doel van dit project is in detail de effecten van wind te onderzoeken op moderne containerschepen afgemeerd in realistische, drukke havenomgevingen. Het probleem zal worden aangepakt door middel van windtunneltesten, CFD simulaties en dynamische afmeeranalyses.

De volgende eindresultaten worden binnen dit project beoogd:

• een beter begrip van de invloed van de wind in een havenomgeving;
• de ontwikkeling van high-fidelity modellen voor het windveld
• een verbeterde techniek voor de berekening van de door de wind veroorzaakte krachten op het afgemeerde schip en de belastingen op de afmeeruitrusting.

Concrete doelstellingen en criteria

Het uitgangspunt van het EVERBLUE project zal de state-of-the-art kennis zijn betreffende twee belangrijke onderwerpen: de complexe windstroming in een drukke havenomgeving en de effecten van wind op een afgemeerd containerschip met verschillende stapelconfiguraties van de containers. Gebaseerd op deze kennis zal het project windtunneltesten opzetten, uitgevoerd in de grootste lage snelheidswindtunnel van VKI, om de windstroming in een havenomgeving en de effecten van wind op een afgemeerd containerschip te onderzoeken.

Het doel van deze eerste stap is meer dan 200 verschillende windtunneltesten uit te voeren om nauwkeurige en betrouwbare experimentele gegevens te verkrijgen die als referentie kunnen worden gebruikt voor de volgende stappen en voor toekomstige projecten. Het experimentele testprogramma zal gebaseerd zijn op één containerschip, representatief voor de moderne zogenaamde Ultra Large Container Vessels (ULCS), en zal drie verschillende containerstapelingsconfiguraties omvatten (vol, leeg en tussenin). Ook zullen drie samenstellingen van de omgeving worden getest; een kale terminal, een terminal met containers en een terminal met opslagtanks. Voor elk geval zullen vijf verschillende windsnelheden en een breed scala van windrichtingen worden getest. Voor een selectie van de opstellingen zullen PIV-metingen (Particle Image Velocimetry) worden uitgevoerd om de snelheidsdetails in een 2D-vlak te visualiseren.

In de tweede stap zullen numerieke simulaties worden uitgevoerd door middel van Computational Fluid Dynamics (CFD) simulaties. In eerste instantie zullen de testgevallen die in de vorige (experimentele) stap onderzocht werden, gesimuleerd worden, en zullen de numerieke simulatieresultaten gevalideerd worden met de experimentele windtunnelgegevens. Wanneer de opzet van de CFD simulaties gevalideerd is, zullen meer numerieke berekeningen uitgevoerd worden voor bijkomende configuraties die niet experimenteel getest werden. CFD simulaties zullen daarom het aantal testgevallen uitbreiden, typisch 5 tot 10 extra gevallen zullen worden geselecteerd, buiten de onderzochte situaties in de windtunnel, en geavanceerde technieken gebaseerd op machine learning zullen worden toegepast om een gereduceerd orde model af te leiden. De gegevens die van belang zijn, zijn enerzijds de windkrachten die op het afgemeerde schip inwerken, maar anderzijds ook het waardevolle bijkomende inzicht betreffende het stromingspatroon van de wind rond de havenstructuren (tanks en containerstapels) en de gestapelde containers op het schip, zoals verschaft door de CFD simulaties.

Ten slotte zal in een derde stap de unieke database van windtunneltests en CFD worden gebruikt als input voor DMA-simulaties (Dynamic Mooring Analysis), waarvoor MTD een intern ontwikkelde state-of-the-art code heeft. DMA-simulaties zullen de impact beoordelen van verschillende windcondities op het complexe dynamische systeem dat het afgemeerde schip, de afmeeruitrusting en de specifieke terminalstructuur en afmeerconfiguratie omvat. Het einddoel van deze fase is de ontwikkeling van richtlijnen en aanbevelingen om de efficiëntie en veiligheid van het afmeren van ULCS en andere schepen met grote diepgang te verbeteren.