Numerische Simulation der Schiffsumströmung mit Berücksichtigung des Propellersogs
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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