水槽試験による有効性の確認

112

113

Fig. 5.18 Comparison of measured wake distributions (top: original hull form (MS No869), bottom: sytem output hull form (MS No. 875)).

114

さらに、本研究で目的とした伴流設計によるダクト型 ESD の省エネ効果の向上につ いて確認する。Table 5.2 と Fig. 5.19 に原船型と伴流設計システム出力船型の抵抗・

自航要素および推定馬力を示す。システム出力船型は、ダクトを搭載していない裸殻 状態では、原船型と比較し状影響係数の悪化から 0.4%の馬力増加となっているが、

本研究の設計意図どおりの伴流分布の改善によって、原船型で1.9%であったダクトの 馬力低減（Energy savings）は、システム出力船型において最大 4.5%（Table 5.2 中1.0

– 643/673で算定）となり、大幅なダクト型 ESDの省エネ効果の向上によって、トータル

で2.2%の馬力低減が達成された。なお、2.2%の馬力低減は、25年間で4,300万円程 度⁴の燃料費削減に相当する。

またダクトの開き角は、原船型ではCFDによる最適化により6度で設計していたが、

システム出力船型では6度よりも8度が好ましかった。さらに、システム出力船型では、

開き角 6度と8度のダクトでともに、原船型と比較し2%以上省エネ効果向上が確認で きた。

以上の実用設計結果から、提案した伴流設計システムに活用した伴流分布の改善 によって、ダクト型省エネ付加物の性能向上が達成されることを確認した。

4 C重油価格：63,200円/kL、主機燃費率：203.7g/kWh、年間平均稼働日数：300日/

年、12.0 knotでの主機出力 711 kWを仮定して算定した。

115

Table 5.2 Results of towing tank test and powering.

MSNo.869 MSNo.875

Without Duct 6deg. Without Duct 6deg. Duct 8deg.

1+k 1.231 1.231 1.254 1.254 1.254

CW×10³ 0.325 0.325 0.316 0.316 0.316

EHP [kW] 503 503 510 510 510

ηR 1.007 1.010 1.006 1.013 1.012

1-t 0.830 0.840 0.841 0.851 0.850

1-wT 0.593 0.590 0.594 0.573 0.568

DHP [kW] 671 658 673 645 643

Energy savings 0.0% 1.9% -0.4% 3.8% 4.1%

Fig. 5.19 Comparison of energy savings based on the original hull form (MS No.869) without duct.

116

もう一方の設計目的であるキャビテーションの低減を目的としたプロペラ軸方向速度

（𝑢）の周方向変動の低減について述べる。Fig. 5.20とFig. 5.21に、原船型とシステム 出力船型それぞれの 0.7R プロペラ半径位置におけるプロペラ軸方向速度（𝑢）の周方 向変動を、水槽試験結果と CFD による計算結果とを比較して示す。計算結果で、原 船型とシステム出力船型とのプロペラ軸方向速度（𝑢）の分布を比較すると、プロペラ上 部（𝜃=20度付近）の速度増加と120度付近の速度低減によって、設計意図どおり、周 方向変動の最大値と最小値との差分が低減していることがわかる。しかし、水槽試験 結果では、伴流分布は意図したとおりに変化したものの、プロペラ上部（𝜃=20 度付近）

における速度増加が計算の推定よりも過大となったため、周方向変動の最大値と最小 値との差分は低減しなかった。伴流分布の水槽試験結果と CFD 計算結果との差（特 にプロペラ上部 𝜃=20 度付近）の要因として、CFD 計算格子作成時の水槽試験模型 に存在するプロペラシャフト用のスタンチューブ形状の簡易化等の形状再現性と計算 安定性とのトレードオフに関する課題が挙げられる。しかし、この課題は船型データ ベースの精度向上に関するものであり、提案する伴流設計システムの構造的な問題で ない。伴流設計システムは、Fig. 5.16 に示したとおり、入力（理想）伴流とデータ上定 量的によく一致した伴流を実現する船型を出力することが可能な伴流場の自動設計 法が実現できた。

117

Fig. 5.20 Comparison of axial velocity distributions between measured (exp.) and calculated (cal.) results of the original hull form.

Fig. 5.21 Comparison of axial velocity distributions between measured (exp.) and calculated (cal.) results of the system output hull form.

118