Stuntz, Norbert:

Numerische Simulation der Schiffsumströmung mit Berücksichtigung des Propellersogs

Duisburg (2006), 123 S.
Dissertation / Fach: Maschinenbau
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Maschinenbau und Verfahrenstechnik
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2006
Abstract:
Beschreibung Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von Berechnungsroutinen zur numerischen Simulation von Schiffsumströmungen unter der Berücksichtigung der freien Wasseroberfläche und der Wirkung eines drehenden Propellers. Das Verfahren basiert auf der Lösung der dreidimensionalen Euler- und Navier-Stokes-Gleichungen inkompressibler Fluide. Als Ansatz zur Lösung der Gleichungen für inkompressible Fluide wurde die Methode der künstlichen Kompressibilität verwendet. Da nahezu alle interessierenden Schiffsumströmungen (Modell- oder Gro\3ausführung) turbulent sind, wurde ein Zwei-Gleichungsmodell der statistischen Turbulenzmodellierung implementiert, dessen Randbedingungen entsprechend des logarithmischen Wandgesetzes formuliert wurden. Eine Besonderheit bei der Schiffsumströmung ist die freie Wasseroberfläche, für die geeignete Randbedingungen erforderlich sind. Die hier verwendete Methode basiert auf dem Level-Set Ansatz. Die numerische Simulation der viskosen Strömung um und durch einen drehenden Propeller ist aufgrund der Komplexizität und trotz zunehmender Rechenleistung mit einem enormen Aufwand verbunden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Propellereinfluss mit Hilfe einer zusätzlich aufgebrachten Flächenkraft an der Position des Propellers approximiert. Die programmtechnische Umsetzung basiert auf der am Institut für Verbrennung und Gasdynamik der Universität Duisburg-Essen entstandenen Programmierplattform MOUSE. Aufgrund des modularen Aufbaus der MOUSE-Bibliothek und der objektorientierten Programmiersprache ist eine gro\3e Transparenz der entwickelten Module bezüglich Anwendung und Weiterentwicklung realisiert worden. Das Verfahren wurde an einer Anzahl von Strömungsproblemen überprüft und hat gute Uebereinstimmung zwischen experimentellen und numerischen Ergebnissen gezeigt.

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