数値解析不確かさ

749GT船型を対象に、本研究の計算格子およびCFD計算の数値解析不確かさ解

析を実施した。計算格子は、満載・トリムなしの喫水状態に対して、HO 型トポロジー 180 万セル（両舷：Condition(A)）の構造格子で、船首上流側 24 セル、船長方向 104 セル、船尾下流側 48セル、境界層方向に80セルとし、二重模型流れに対してガース 方向128セル（両舷）、造波計算に対しては3%船長程度の乾舷をとり128セル（両舷）

で構成されている。境界層方向第1層目の格子間隔は、𝑦⁺ < 1である。Fig. 2.2 に格 子例を示す。

Fig. 2.2 An example of CFD gird.

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一方、33CT および 82BC についても 749GT 船型と基本的に同じの計算格子を生 成する。ただし、33CT および 82BC については、模型船と実船のレイノルズ数影響を 含む船尾流場の詳細解析を実施するデータベースの構築を目的とし、特に着目する 満載トリムなしのプロペラ周りの流場に対しては造波の影響は小さく無視できるものとし て、二重模型流れを計算対象とした。このとき、模型船レイノルズ数に対し、160万セル

（i×j×k=209×97×81: 両舷）の HO 型トポロジー構造格子、実船レイノルズ数に対し 240 万セル（i×j×k=321×73×105：33CT 船型）、220 万セル（i×j×k=321×73×97：82BC 船型）のOO 型トポロジー構造格子をそれぞれ採用した。

749GT 船型に対する格子スタディの結果を Table 2.2 に示す。ここで、𝐶_𝑇𝐷𝑀は二重

模型流れの抵抗係数、𝐶_𝑇𝐹𝑆は造波計算の抵抗係数、𝐶_𝑊は造波抵抗係数で、CFD で は𝐶_𝑇𝐹𝑆−𝐶_𝑇𝐷𝑀で評価する。また、Conditions は船長、ガース方向、境界層方向の格子 数を表す。相当矩形平板の摩擦抵抗係数（𝐶_𝐹0）には CFD、水槽試験（EFD）ともに

Schoenherr の式 を採 用 する。EFD と CFD とのレイノルズ数 （𝑅_𝑒） の差 （それぞれ

1.11×10⁷、1.00×10⁷）は水温の季節変動の範囲内である。なお、水槽試験（EFD）とは、

2.3.2 項に詳説する水槽試験である。

数値計算不確かさ𝑈_𝑆𝑁を𝑈_𝑆𝑁² = 𝑈_𝑆𝐺² + 𝑈_𝑆𝐼²で算定した結果を Table 2.3 に示す。ここ で、𝑈_𝑆𝐺は計算格子に起因する不確かさ、𝑈_𝑆𝐼は反復計算に起因する不確かさである。

また、CFD では造波抵抗係数𝐶_𝑊= 𝐶_𝑇𝐹𝑆− 𝐶_𝑇𝐷𝑀で評価するため、造波抵抗係数の不 確かさ𝑈_𝑆𝐶𝑊は、二重模型流れの抵抗値の不確かさ𝑈_𝑆𝐷𝑀と造波計算の抵抗値の不確 かさ𝑈_𝑆𝐹𝑆から𝑈_𝑆𝐶𝑊² = 𝑈_𝑆𝐷𝑀² + 𝑈_𝑆𝐹𝑆² で算定する。Table 2.3から抵抗値、自航要素に対す る𝑈_𝑆𝑁は概ね数%の範囲にあり、本研究で構築する予定のデータベースの船型データ 数（数百〜数千）の計算規模を考慮すれば、本研究のCFD計算手法および格子は妥 当な数値解析不確かさレベルを有している。

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Table 2.2 Resistance and self-propulsion factor for grid uncertainty analysis.

Fr=0, Re=1.00×10⁷ Fr=0.222, Re=1.00×10⁷

(A) (B) (C) (D) (A) (B) (C) (D)

Conditions

176×128

×80

240×128

×80

176×176

×80

240×176

×112

176×128

×80

240×128

×80

176×176

×80

240×176

×112

CTDM×10³ 3.6027 3.5309 3.6016 3.5465 - - - -

CTFS×10³ - - - - 3.7392 3.6261 3.7453 3.6435

CW×10³ - - - - 0.1365 0.0952 0.1438 0.0971

1 + k 1.2278 1.2033 1.2274 1.2086 - - - -

1 - t 0.8266 0.8278 0.8252 0.8285 - - - -

1 - wT 0.6098 0.6165 0.6087 0.6230 - - - -

R 1.0095 1.0115 1.0076 1.0126 - - - -

Table 2.3 Summary of numerical uncertainties.

USG USI USN based on

CTDM 2.3% - 3.9% 0.0% 2.3% - 3.9% %CTDM (Condition A) CTFS 3.8% - 6.4% 0.2% 3.8% - 6.4% %CTFS (Condition A)

CW 4.4% - 7.4% 0.2% 4.4% - 7.4% %CTFS (Condition A) 1 + k 2.3% - 3.9% 0.0% 2.3% - 3.9% %(1 + k) (Condition A)

1 - t 0.3% - 0.6% 0.1% 0.3% - 0.6% %(1 - t) (Condition A) 1 - wT 3.0% - 5.1% 1.0% 3.2% - 5.2% %(1 - wT) (Condition A)

R 0.4% - 0.7% 0.0% 0.4% - 0.7% %R (Condition A)

* p is assumed to be 2.5 – 3.5. FS = 3 is applied. Error between condition (A) and (D) is adopted for uncertainties estimation.

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