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Schiffshydrodynamik von Seeschiffen - Robuste Berechnung in seitlich begrenztem Flachwasser

Erstellt am: 07.03.2018 | Stand des Wissens: 21.10.2021
Auftraggeber / Förderer:   Bundesministerium für Digitales und Verkehr
Auftragnehmer:   Bundesanstalt für Wasserbau
Projektkoordination:   Kastens, Marco
Projektnummer:   B3955.01.04.70225
Projektvolumen:   < 1.000.000
Laufzeit:   2016/04 bis 2020/08
Projektstand:   abgeschlossen
Webseite:   http://www.baw.de/
Raumbezug:   Bundesrepublik Deutschland
Veröffentlichung:   [BAW20e] Robuste Berechnung der Schiffshydrodynamik von Seeschiffen in seitlich begrenztem Flachwasser (RB-SHD-F)
[Kast15] Numerische Simulation der Schiffsdynamik
Sonstige Informationen:  
Das BAW-Forschungskompendium Verkehrswasserbau steht auf www.baw.de zum Download zur Verfügung.
Aufgabenstellung und Ziel
Die Berechnung der Schiffsumströmung eines Seeschiffs mit der CFD-Methode sowie die Berechnung der schiffsdynamischen Parameter Squat und Trimm sind Ziele dieses Forschungsprojektes. Dabei liegt der Fokus auf einer robusten Berechnung: Robust meint hier die Berechnung von sich unterschiedlich verhaltender Seeschiffe im Trimm, so dass ein breites Spektrum von Verhaltensmöglichkeiten von Schiffen abgedeckt werden kann. Die in BAW Aktuell (Ausgabe 2, 2015) dokumentierten Ergebnisse bilden dabei die Grundlage.
Neben der robusten Berechnung steht die Verwendung neuerer Softwaretechniken im Fokus, die eine naturähnlichere Abbildung des bisherigen numerischen Versuchsaufbau versprechen. Hierbei geht es vor allem um eine Optimierung des bestehenden Simulationssetups und die Untersuchung von Sensitivitäten.
Die Simulationsergebnisse werden mit Messungen aus dem physikalischen Modell verglichen, um die Güte der Simulationen zu dokumentieren. Die Kenntnis der Güte oder die Validität ist für die Bewertung von Simulationsergebnissen unerlässlich: sie zeigt mögliche Defizite von Simulationsergebnissen auf, die bei der Interpretation Berücksichtigung finden müssen.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
In der Fachaufgabe Wechselwirkung Seeschiff/Seeschifffahrtsstraße werden u.a. physikalische Modelle verwendet, um Fragestellungen der WSV - wie auftretende dynamische Kräfte bei der Begegnung von Post Panmaxschiffen - zu beantworten. Um diese Fachaufgabe zukünftig effizienter durchführen zu können, wird der physikalische Modellversuch um die Methode der numerischen Strömungssimulation (CFD) ergänzt. Diese bietet zentrale Vorteile: So können beispielsweise Veränderungen im Versuchsaufbau mit vergleichsweise geringem Zeitaufwand gegenüber den Umbauten in einer Versuchshalle durchgeführt werden. Ebenso sind Berechnungen direkt unter dem Rumpf eines Schiffes möglich, ohne die Strömung durch Messgeräte selbst zu stören. Vergleichbare Messungen im Schiffswellenbecken wären nur mit sehr großem Aufwand möglich. Die Verfügbarkeit eines numerischen Modellverfahrens zur Vorhersage fahrdynamischer Größen (Trimm und Squat), Wellen und Strömungen im Flachwasser ist bei vielen Aufgaben der WSV erforderlich.
Ergebnisse aus Untersuchungen zur Schiffsumströmung können zukünftig auch in die Schiffsführungssimulation einfließen und diese realitätsnäher gestalten. Durch sie kann eine Bemessung und wirtschaftliche Ausnutzung (Befahrbarkeitsanalyse) der Seeschifffahrtsstraßen optimiert werden.
Untersuchungsmethoden
Das kommerziell verfügbare und bereits bei der BAW im Einsatz befindliche Softwarepaket STAR-CCM+® wird genutzt, um die numerische Strömungssimulationen durchzuführen. Werte aus Messungen in der Natur und dem physikalischen Modellversuch werden - soweit vorhanden - zur Plausibilisierung und Validierung herangezogen.
Ansprechpartner
Bundesministerium für Digitales und Verkehr
Bundesanstalt für Wasserbau
Literatur
[BAW20e] Bundesanstalt für Wasserbau, Marko Kastens, Jonas Bechthold Robuste Berechnung der Schiffshydrodynamik von Seeschiffen in seitlich begrenztem Flachwasser (RB-SHD-F), 2020/07
[Kast15] Kastens, M. Numerische Simulation der Schiffsdynamik, veröffentlicht in BAWAktuell, Ausgabe/Auflage 2015-2, 2015
Glossar
Validierung Als Validierung bezeichnet man die Prüfung, ob ein Lösungsansatz für ein bestimmtes reales Problem verwendungsfähig ist

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?481724

Gedruckt am Freitag, 27. Mai 2022 17:27:05