Effiziente Simulation der Schiffspropulsion in regelmäßigen Wellen
Dipl.-Ing. Martin Greve, Technische Universität Hamburg-Harburg; Dipl.-Ing. Katja Wöckner-Kluwe, Flensburger Schiffbau-Gesellschaft; Prof. Dr.-Ing. Moustafa Abdel-Maksoud, Prof. Dr.-Ing. Thomas Rung, Technische Universität Hamburg-Harburg
Im Vergleich zu einer Situation im Glattwasser sind die Bedingungen für ein im Seegang operierendes Schiff stark unterschiedlich. Die Wellen verursachen Orbitalgeschwindigkeiten und Schiffsbewegungen, woraus Zusatzwiderstände und sich ändernde Zuströmbedingungen am Propeller entstehen. Die Simulation eines selbstangetriebenen Schiffes im Seegang erfordert es daher, die instationären Propellerkräfte und die viskosen Effekte im Schiffsnachstrom zu berücksichtigen. RANS-Simulationen von selbstangetriebenen Schiffen mit geometrisch modelliertem Propeller sind jedoch sehr zeitaufwändig. Um den Berechnungsaufwand zu reduzieren, wird in diesem Vortrag eine Kopplung einer viskosen Strömungssimulationsmethode und einer potentialtheoretischen Randelementmethode (BEM) verwendet. Die Kopplung der beiden Verfahren erfolgt dabei instationär, um die Wechselwirkungen zwischen Propeller und Schiff und die geänderte Anströmgeschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt zu erfassen. Innerhalb des Verfahrens wird die RANS-Methode dazu verwendet die Schiffsumströmung, die Lage der freien Wasseroberfläche und die Schiffsbewegungen zu bestimmen. Die Propellerkräfte werden auf Basis der Geschwindigkeitsverteilung im Nachstrom und der Lage der freien Wasseroberfläche innerhalb der BEM berechnet. In diesem Vortrag werden für eine Schiff-Propeller Konfiguration der Zusatzwiderstand und die daraus resultierenden Geschwindigkeitsverluste in regelmäßigem, langkämmigem Seegang berechnet.
Stichworte: Propulsion, Seegang, Wechselwirkung von Schiff und Propeller, freie Wasseroberfläche
An Efficient Procedure to Simulate Ship Propulsion in Regular Waves.
Dipl.-Ing. Martin Greve, Technische Universität Hamburg-Harburg; Dipl.-Ing. Katja Wöckner-Kluwe, Flensburger Schiffbau-Gesellschaft; Prof. Dr.-Ing. Moustafa Abdel-Maksoud, Prof. Dr.-Ing. Thomas Rung, Technische Universität Hamburg-Harburg
Compared to a situation in calm water, the environment is different for a ship operating in seaways. The wave induced orbital velocities and the ship motions result in added resistance and varying inflow to the propeller. The simulation of a self propelled ship in seaways requires the consideration of the unsteady propeller forces and viscous effects in the ship wake. However RANS Simulations of self propelled ships with geometrically resolved propeller are very time consuming. To reduce the simulation effort a coupling procedure between a viscous solver and a potential based boundary element method (BEM) is applied here. The coupling algorithm is set up in an unsteady manner to capture the ship-propeller interaction and the changing propeller inflow for every time instant. Within the simulation the RANS solver is used to compute the flow field around the ship, the position of the free surface and the ship motions. The propeller forces are determined by the BEM based on the velocity distribution in the ship wake and the free water surface. In this talk the added resistance and the velocity losses due to the operation in a regular long crested wavefield are determined for a ship-propeller configuration.
