In 2018, the shipping industry accounted for 2.89% of worldwide greenhouse gas (GHG) emissions, with carbon dioxide (CO2) being the most significant GHG affecting global warming (IMO, 2020). This research aims to introduce a method for selecting propellers at the early design stage to lower CO2 emissions from ships.Traditionally, propeller design assumes that a ship travels in a straight line at a constant speed. However, real-sea conditions involve environmental forces and ship maneuvering, requiring frequent adjustments in speed and direction. These adjustments affect the flow angle and velocity at the propeller, causing it to operate outside its design point and, as a result, reducing its efficiency.To tackle this issue, a MATLAB-based simulation program was developed. Which predicts ship maneuvering motions in 4 degrees of freedom (DOF)—surge, sway, yaw, and roll—using the MMG model. The program applies wave and wind forces, calculates ship motion responses in each iteration, and employs two controllers to manage the rudder and propeller speed, ensuring the ship stays on course and arrives on time.The optimization process is iterative, using simulation outcomes to determine propeller speed, thrust, drift angle, etc., and then selecting an optimized propeller with the program's optimization tool that is more adequate for the operational condition.Building on Trodden's (2014) work, this approach improves maneuvering simulations' accuracy by incorporating ship rolling motion, more realistic wave modeling, and more accurate hydrodynamic coefficients. This offers a closer representation of operational conditions.Case studies comparing this method with the traditional approach to propeller selection have shown the simulation program's precision and its effectiveness in improving propeller open water efficiency by 1.65% and reducing CO2 emissions by 1.47% for a Pure Car Carrier (PCC) ship. The results of the research showed a promising potential for the program to predict ship maneuvering motions in real-sea conditions and optimize the propeller. / År 2018 stod sjöfartsindustrin för 2,89 % av de globala utsläppen av växthusgaser (GHG), där koldioxid (CO2) är den mest betydande växthusgasen som påverkar den globala uppvärmningen (IMO, 2020). Denna forskning syftar till att introducera en metod för val av propellrar i det tidiga designskedet för att sänka CO2-utsläppen från fartyg.Traditionellt antar propellerdesignen att ett fartyg reser i rakt linje med konstant hastighet. Men verkliga sjöförhållanden involverar miljöpåverkan och fartygsmanövreringar, vilket kräver frekventa justeringar av hastighet och riktning. Dessa justeringar påverkar flödesvinkeln och hastigheten vid propellern, vilket gör att den opererar utanför sin designpunkt och som ett resultat minskar dess effektivitet. För att ta itu med denna fråga utvecklades ett MATLAB-baserat simuleringsprogram. Programmet förutsäger fartygsmanövreringsrörelser i 4 frihetsgrader (DOF) - surge, sway, yaw och roll - med användning av MMG-modellen. Programmet tillämpar våg- och vindkrafter, beräknar fartygsrörelsesvar i varje iteration och använder två kontrollanter för att hantera rodret och propellerhastigheten, vilket säkerställer att fartyget håller kursen och ankommer i tid.Optimeringsprocessen är iterativ, använder simuleringsresultat för att bestämma propellerhastighet, dragkraft, drifvinkel osv., och väljer sedan en optimerad propeller med programmets optimeringsverktyg som är mer lämplig för driftsförhållandet. Genom att bygga vidare på Troddens (2014) arbete förbättrar denna metod noggrannheten i manövreringssimuleringar genom att inkludera fartygets rullningsrörelse, mer realistisk vågmodellering och mer exakta hydrodynamiska koefficienter. Detta erbjuder en närmare representation av driftsförhållanden.Fallstudier som jämför denna metod med det traditionella tillvägagångssättet för val av propeller har visat simuleringsprogrammets precision och dess effektivitet i att förbättra propellerns öppenvatteneffektivitet med 1,65 % och minska CO2-utsläppen med 1,47 % för ett Pure Car Carrier (PCC) -fartyg. Forskningens resultat visade en lovande potential för programmet att förutsäga fartygsmanövreringsrörelser under verkliga sjöförhållanden och optimera propellern.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-347917 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Ziaei Dehbarez, Ali |
| Publisher | KTH, Flyg- och rymdteknik, marina system och rörelsemekanik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2024:014 |
Page generated in 0.002 seconds