Entstehung und Ausbreitung von Schiffswellen in Binnen- und Küstengewässern

Dipl.-Ing. Henn, Rupert

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Dissertation_Rupert_Henn.pdf19.06.2009 11:42:389,79 MB
Die Untersuchung von Schiffswellen hat zwei Beweggründe. Zum einen nimmt der Anteil des Wellenwiderstands am Gesamtwiderstand eines Schiffs mit zunehmender Geschwindigkeit zu, so dass bei den heutzutage eingesetzten schnellen Schiffen eine Reduzierung des Wellenwider­stands durch entsprechende Formgebung besonders wichtig ist. Zum anderen können die vom Schiff erzeugten Wellen – auch in großer Entfernung – passierenden Verkehr gefährden oder am Ufer Schäden anrichten. Neben der Modellversuchstechnik wurden zahlreiche numerische Verfahren (CFD – Computa­tional Fluid Dynamics) entwickelt, mit denen die Schiffsumströmung und auch die Verfor­mung der freien Wasseroberfläche, d.h. das Wellenfeld, berechnet werden können. Von den verschiedenen eingesetzten mathematischen Modellen, eigenen sich Flachwassergleichungen besonders zur Berechnung der Wellenausbreitung in großen Gebieten. Durch eine analytische Behandlung der vertikalen Geschwindigkeitsverteilung kann das numerische Problem um eine Dimension vereinfacht werden. Im Gegensatz zu anderen CFD-Verfahren ist die Wasserober­flächenverformung in den Gleichungen implizit enthalten und muss nicht als Randbedingung iterativ erfüllt werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde zuerst ein effizientes, aber trotzdem allgemein ge­haltenes numerisches Verfahren entwickelt, mit dem die Wellenausbreitung von Schiffswellen in Wasser begrenzter Tiefe berechnet werden kann. Dieses Verfahren basiert auf Flachwasser­gleichungen vom Boussinesq-Typ; es kann aber auch für andere Gleichungstypen verwendet werden. Die Verdrängungswirkung des Schiffs wird mittels der Schlankkörpertheorie model­liert. Damit wird auch die Berechnung der dynamischen Schwimmlage (Trimm und Absenkung, Squat) möglich. Außerdem ist das Verfahren in der Lage, mit anderen Berechnungsverfahren (Panel- oder RANSE-Verfahren), mit denen eine detailliertere Berechnung der schiffsnahen Strömung möglich ist, gekoppelt zu werden, so dass die Vorteile verschiedener Verfahren genutzt werden können. Im zweiten Schritt wurde die Anwendbarkeit des Verfahren für verschiedene schiff- und was­serbauliche Problemstellungen untersucht. Die Untersuchungen gehen von einfachen Test- und Validierungsfällen hin zu komplexen Untersuchungen der Wechselwirkung des Schiffswel­lensystems und der dynamischen Schwimmlage mit der Bodentopographie, der Bodenreibung und der Grundströmung. Zum Schluss wird die Wechselwirkung zweier passierender Schiffe untersucht.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Maschinenbau und Verfahrenstechnik » Institut für Schiffstechnik
Dewey Dezimal-Klassifikation:
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 620 Ingenieurwissenschaften
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 620 Ingenieurwissenschaften » 623 Militärtechnik, Schiffbau
Stichwörter:
Flachwasser, Boussinesq, Schiffswellen, CFD
Beitragende:
PD Dr.-Ing. habil Jiang, Tao [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr.-Ing. Sharma, Som Deo [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Prof. Dr.-Ing. Abdel-Maksoud, Moustafa [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
05.12.2008
Dokument erstellt am:
23.06.2009
Promotionsantrag am:
09.04.2008
Dateien geändert am:
29.07.2013
Medientyp:
Text