Ein sich im Wasser bewegendes Schiff erzeugt ein Wellensystem, wobei die Verformung der freien Oberfläche durch die kinematischen und dynamischen Randbedingungen bestimmt werden kann. Normalerweise werden bei der Simulation von zähigkeitsbehafteten Strömungen mehrere Vereinfachungen eingeführt, die zu denselben Randbedingungen der freien Oberfläche führen wie für eine Potentialströmung. An der freien Oberfläche treten jedoch Wirbel auf und daher sind die Geschwindigkeitsgradienten nicht gleich Null. Auch der Druck ist infolge der zähigkeitsbehafteten Ausrücke in der dynamischen Randbedingung senkrecht zur freien Oberfläche nicht gleich Null. Bei Verwendung zähigkeitsfreier Randbedingungen ist der auftretende Fehler unannehmbar. Die Verwendung physikalisch korrekter zähigkeitsbehafteter Randbedingungen der freien Oberfläche ist daher wünschenswert. Auch für die gleiche analytische Formulierung der Randbedingungen der freien Oberfläche hängen die berechneten Wellenprofile vom verwendeten numerischen Schema ab. Es gibt jedoch nur wenige Veröffentlichungen, die dieses numerische Schema behandeln und die zähigkeitsbehaftete Randbedingungen der freien Oberfläche verwenden. Spezielle Berechnungen für die Heckströmung (insbesondere für Spiegelheckformen) sind in der Literatur selten beschrieben. Der vorliegende Beitrag behandelt verschiedene mathematische Methoden zur Lösung der Euler- und RANS (Reynolds-averaged Navier Stokes) -Gleichungen wobei der RANSE-Lösungsalgorithmus FINFLO verwendet wird. Dabei werden verschiedene numerische Schemata bei der Berechnung der Verformung der freien Oberfläche verwendet und es wird ihr Einfluß auf die Spiegelheckwellen diskutiert. Die mathematische Darstellung der freien Oberfläche unter zähigkeitsbehafteten und zähigkeitslosen Randbedingungen wird im Detail dargelegt, es werden Berechnungsbeispiele vorgestellt und ihre Ergebnisse diskutiert.
Computations of two-dimensional transom waves using inviscid and viscous free-surface boundary conditions
Berechnungen von zweidimensionalen Spiegelheckwellen unter Verwendung von zähigkeitslosen und zähigkeitsbehafteten Randbedingungen der freien Oberfläche
Ship Technology Research / Schiffstechnik ; 48 , 2 ; 68-78
2001
11 Seiten, 5 Bilder, 31 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Englisch