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> Programm > 20. November 2015 > Entwicklung von panMARE als Paneelverfahren für interdisziplinäre maritime Anwendungen
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Entwicklung von panMARE als Paneelverfahren für interdisziplinäre maritime Anwendungen
Prof. Dr.-Ing. Moustafa Abdel-Maksoud, M.Sc. Israa Al-Esbe, Dipl.-Ing. Stephan Berger, Dipl.-Ing. Daniel Ferreira González, M.Sc. Ulf Göttsche, M.Sc. Jan Clemens Neitzel, Dipl.-Ing. Stefan Netzband, Dipl.-Ing. Markus Pergande, Dipl.-Ing. Martin Scharf, Dipl.-Ing. Karl Jochen Schoop-Zipfel, Technische Universität Hamburg-Harburg
Rechenverfahren für potentialtheoretische Strömung haben sich auf Grund ihrer kurzen Rechenzeit und Leistungsfähigkeit beim Entwurf von hydrodynamischen Objekten als unverzichtbares Tool durchgesetzt. Mit Hilfe von Potentialrechenverfahren lassen sich komplexe Simulationen von Einsatzszenarien durchführen, wie z. B. Offshore-Operationen unter Beteiligung verschiedener Schiffseinheiten. Dies erlaubt ebenfalls die Beantwortung sicherheitskritischer Fragestellungen. Üblicherweise erfolgt die Entwicklung von Rechenverfahren für potentialtheoretische Strömung problemspezifisch, d.h. bestimmte Methoden eignen sich nur für eine bestimmte Klasse von Problemstellungen. Daher arbeitet das Institut für Fluiddynamik und Schiffstheorie der Technischen Universität Hamburg-Harburg seit einigen Jahren an der Entwicklung des Paneelverfahrens panMARE, das die Simulation von stationären und instationären Strömungsproblemen ermöglicht. In dem Vortrag wird über die Entwicklung und Anwendung von panMARE berichtet, das die Lösung von stationären und instationären Strömungsproblemen im maritimen Sektor ermöglicht. Die Strömung wird dabei als rotationsfrei und inkompressibel angenommen, d. h. das Geschwindigkeitsfeld lässt sich aus einem Potential bestimmen, das die Laplace-Gleichung erfüllt, und über die Bernoulli-Gleichung erhält man sofort das Druckfeld. Die Bestimmung des Potentials erfolgt über geeignete Randbedingungen, die je nach Problem verschieden sein können. Zusätzlich verfügt panMARE über Schnittstellen zu verschiedenen Lösern. So kann es in RANS-BEM-oder FEM-BEM- Simulationen verwendet werden. Daher ist das Verfahren zur Durchführung von gekoppelten Fluid-Struktur-Simulationen einsetzbar. Nach Erläuterung der theoretischen Grundlagen des Verfahrens werden seine Einsatzmöglichkeiten anhand einiger Beispiele demonstriert. Neben typischen schiffbaulichen Problemen wie beispielsweise Berechnung von Propellerkavitation, Druckschwankungen oder Manövriersimulationen im Seegang werden Simulationsergebnisse aus dem Feld der Offshore Windenergie vorgestellt.
Development of panMARE as a panel method for interdisciplinary maritime applications
Prof. Dr.-Ing. Moustafa Abdel-Maksoud, M.Sc. Israa Al-Esbe, Dipl.-Ing. Stephan Berger, Dipl.-Ing. Daniel Ferreira González, M.Sc. Ulf Göttsche, M.Sc. Jan Clemens Neitzel, Dipl.-Ing. Stefan Netzband, Dipl.-Ing. Markus Pergande, Dipl.-Ing. Martin Scharf, Dipl.-Ing. Karl Jochen Schoop-Zipfel, Technische Universität Hamburg-Harburg
Computational methods based on the potential flow theory are common powerful tools for calculating the hydrodynamic behavior of lifting and non-lifting bodies. Potential flow methods can provide a valuable support for applications, where the pressure forces are dominant. Beside their short computing time, the accuracy of the results is mostly adequate for design purposes. Potential computational methods can also be used to simulate complex operation scenarios such as installation of offshore wind turbine involving different ship units. The development of computational methods for potential flow is usually carried out as problem-specific codes, i.e., certain methods are suitable only for a certain class of problems such as propeller flow or wave making resistance applications. In order to avoid this limitation, the development of a panel method panMARE was initiated several years ago at the Institute for Fluid Dynamics and Ship Theory, Hamburg University of Technology. A key point in the development of panMARE is the interdisciplinary applicability of the method for steady and unsteady flow problems under consideration of different physical models such as cavitation or influence of a free water surface. The motion of the investigated bodies can be either specified or calculated by solving the equation of motions. In addition panMARE has interfaces to various RANS solvers, thus it can be used in RANS-BEM simulations, as well as an interface to solvers that address structural and mechanical problems. Therefore, the method can be used to carry out coupled fluid-structure simulations. After explaining the theoretical background of the numerical method its capability will be demonstrated. In addition to typical shipbuilding problems such as calculation of propeller cavitation, pressure fluctuations or maneuver simulation in waves, different applications in the field of offshore wind energy will be presented.