Maßnahmen für effizientere RANSE-Simulationen zur Leistungsprognose von Schiffen

Abstract

Die Vorhersage der erforderlichen Leistung von Schiffen ist ein Kernproblem im Schiffbau. Traditionell wird hierzu ein Modellversuch in einem Schlepptank benutzt. Durch den Fortschritt in der Rechentechnik wird zunehmend die numerische Simulation (CFD = computational fluid dynamics) im „numerischen Schlepptank“ als Alternative in Erwägung gezogen. Die erforderlichen Rechenzeiten sind allerdings bislang für viele Industrieprojekte zu lang. Dies liegt u.a. an dem verwendeten Verfahren, die viskose Strömungen mit freier Oberfläche und a priori unbekannter Position des Schiffes als Anfahrvorgang zu simulieren. Dabei kommt es zu Oszillationen der Schiffslage und überlagerten Störwellen, die erst nach langen Simulationszeiten verschwinden. Im Rahmen der Bachelorthesis sollen nun verschiedene Ansätze untersucht und dokumentiert werden, die störenden Oszillationen schneller zu dämpfen und somit signifikant schnellere Prognosen (auf gleicher Hardware) zu ermöglichen. Als Anwendungsfall wird ein typisches Containerschiff genommen. Im Rahmen der Bachelorthesis sind die folgenden Aufgabenpakete zu behandeln: - Abbilden („mapping“) von Lösungen, die auf groben Gittern mit hoher Konvergenz erzeugt wurden, auf ein feineres Netz - Wellendämpfung mit einem Ansatz unter Benutzung von „body forces“, die eventuell im Laufe der Simulation veränderlich anzusetzen sind. Eine entsprechende Idee ist auszuformulieren, in ein Makro in OpenFOAM umzusetzen, zu testen und zu dokumentieren - Dämpfung der dynamischen Tiefertauchung und Vertrimmung zur Verringerung der Störschwingungen. Dabei ist die Dämpfung eventuell im Laufe der Simulation veränderlich anzusetzen. Eine entsprechende Idee ist auszuformulieren, in ein Makro in OpenFOAM umzusetzen, zu testen und zu dokumentieren - Dokumentation der Verfahren und Ergebnisse Die Arbeit soll zu Empfehlungen führen, die sich verallgemeinern lassen. Insbesondere sind bei Parameter-Empfehlungen Skaleneffekte (Werte für Schiffsmodelle in der Größenordnung von 5 bis 10 m und Werte für große Schiffe (100 bis 400 m)) zu berücksichtigen. Die vorgeschlagenen Veränderungen am Rechenprozess sollten die Rechenzeit verkürzen ohne die Ergebnisse (Widerstand, Trimm, Absenkung) signifikant zu verändern.