Für numerische Strömungssimulationen stehen dem Entwurfsingenieur leistungsfähige Computerprogramme zur Verfügung, die jedes viskose Strömungsproblem auf die Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen zurückführen. In der industriellen Anwendung treten jedoch häufig komplexe Strömungsvorgänge auf, die durch Wechselwirkungen unterschiedlicher Teilsysteme gekennzeichnet sind. In der Schiffshydrodynamik ist dies dort der Fall, wo sich Schiffskörper und Propulsor in großem Maße gegenseitig beeinflussen. So bestimmt einerseits die Umströmung des Schiffes das Arbeitsumfeld des Propulsors. Andererseits wirken die durch den Propulsor induzierten Geschwindigkeiten auf das Strömungsfeld um das Schiff zurück. Die auftretenden Strömungsvorgänge sind durch eine hohe Dynamik und Instationarität gekennzeichnet (Turbulenzen). In den kommerziell verfügbaren CFD-Programmen werden für deren Simulationen RANSE-Verfahren (Reynolds Averaged Navier-Stokes Equation) eingesetzt. Diese Lösungsverfahren erfassen jedoch nicht die hochgradig instationäre Strömungscharakteristik im Hinterschiffsbereich, so dass der Berechnung einer realitätsnahen zeitaufgelösten Zuströmung des Propulsors am Schiff Grenzen gesetzt sind. Für den Schiffskörper und den Propulsor charakteristische Wechselwirkungen, induziert durch instationäre Effekte, werden nur ansatzweise und damit unzureichend numerisch abgebildet. Die genaue Erfassung der Instationaritäten bietet Potential zur Verbesserung des Propulsorentwurfes und zur Verminderung der Kavitations- und Vibrationsanfälligkeit. Im Rahmen dieses Vorhabens wurde auf Basis von LES (Large Eddy Simulation) eine praxisreife Anwendung entwickelt, die die o.a. Defizite überwindet. Ziel und Struktur des Vorhabens ShipLES waren die Entwicklung einer praxisreifen numerischen Methode zur Modellierung der instationären wirbelbehafteten Schiffsumströmung bei großen Reynolds zahlen unter Einsatz von LES-Verfahren und auf Basis des Codes Open-FOAM, deren Verifizierung durch Berechnungen und stereometrische Strömungsvisualisierung an Testgeometrien und die Einführung in schiffbauliche Anwendungen. Das neuentwickelte hybride Modell basiert auf der Feststellung, dass die grundlegenden Transportgleichungen in LES und URANS die gleiche Form haben, aber unterschiedlich interpretiert werden.
ShipLES - Berechnung der instationären turbulenten Schiffsumströmung mit LES-basierten Verfahren
2012
11 Seiten, 10 Bilder, 11 Quellen
Conference paper
German