CFD simulation of planing hull hydrodynamics via overset method in OpenFOAM

This thesis investigates the hydrodynamic performance of high-speed planing hulls through Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations using the overset mesh method within OpenFOAM. The study focuses on evaluating the accuracy and reliability of this approach in predicting the hydrodynamic performances of planing hulls, specifically addressing the flow around warped hull geometries from the DIN systematic series. The hulls are allowed to move freely in Heave and Pitch, and the simulations are validated against experimental towing tank data. The study demonstrated that the overset mesh approach in OpenFOAM can accurately reproduce Resistance, Pitch, and Heave. Significant attention is paid to numerical ventilation cause and possible mitigation techniques. A detailed uncertainty analysis is performed for both spatial and temporal discretization, revealing acceptable levels for Resistance and Heave predictions, while trim calculations showed higher uncertainties due to oscillatory behavior. The study confirms that OpenFOAM, when equipped with overset mesh, can effectively simulate the hydrodynamics performances of planing hulls and provides a reliable tool for design and optimization of high-speed marine craft.

Questa tesi analizza le prestazioni idrodinamiche di scafi plananti attraverso simulazioni di fluidodinamica numerica computazionale, CFD, utilizzando il metodo Overset per la realizzazione della mesh, implementato in OpenFOAM. L’obiettivo principale è valutare l’accuratezza e l’affidabilità di questo approccio nella previsione delle prestazioni idrodinamiche di scafi plananti, con particolare riferimento al flusso attorno a geometrie di scafo a deriva variabile appartenenti alla serie sistematica DIN. Gli scafi sono liberi di muoversi in beccheggio e immersione, e i risultati numerici sono confrontati con dati sperimentali provenienti da prove in vasca. Particolare attenzione è dedicata alla mitigazione della ventilazione numerica, fenomeno che può compromettere la qualità delle simulazioni. È stata inoltre condotta un’analisi dettagliata dell’incertezza associata alla discretizzazione spaziale e temporale evidenziando livelli accettabili per la previsione della resistenza e dell’immersione, mentre le stime del beccheggio presentano incertezze maggiori a causa del comportamento oscillatorio. Lo studio conferma che OpenFOAM, se opportunamente configurato con il metodo di Overset, è in grado di prevedere in modo efficace le prestazioni idrodinamiche di scafi plananti, rappresentando così uno strumento affidabile per le fasi di progettazione e ottimizzazione.