Motivation

Durch die Zunahme des Schiffsverkehrs steigt die anthropogene Lärmbelastung der maritimen Ökosysteme durch Unterwasserschall. Unterwasserlärm in verschiedenen Frequenzbändern stört maritime Lebewesen neben der allgemeinen Lärmbelastung auch bei der Orientierung oder der Kommunikation.

Beim Entwurf von Schiffspropellern müssen Wirkungsgrad und Kavitation gegeneinander abgewogen werden. Der Einsatz von Kavitation führt zu einem signifikant erhöhtem Schallpegel. Während Schichtkavitation Druckschwankungen in der ersten Blattfrequenz induziert, dominiert die Spitzenwirbelkavitation in den höheren Blattfrequenzen.

Um die akustische Abstrahlung auf Grund des kavitierenden Spitzenwirbels besser zu verstehen und vorhersagen zu können, wurde am Institut für Fluiddynamik und Schiffstheorie eine Potentialmethode zur Simulation der Spitzenwirbelkavitation entwickelt. Das Verfahren basiert auf einer Helmholtz-Zerlegung der Strömung. Der rotationsfreie Anteil der Strömung wird mit einem Geschwindigkeitspotential beschrieben, das mit einer Randelementmethode gelöst und dessen transiente Entwicklung über die Impulsgleichungen berechnet wird.

Die Modellierung des kavitierenden Spitzenwirbels basiert auf der Annahme der Rotationssymmetrie in einem zylindrischen Koordinatensystem. Für die Simulation gekrümmter Wirbelachsen werden die Randbedingungen und die Verteilung des Geschwindigkeitspotentials zwischen dem gekrümmten und zylindrischen Koordinaten transformiert.

Ziele

Durch eine Fernfeldapproximation soll die Krümmung der Wirbelachse bereits im Randelementverfahren berücksichtigt werden und eine bessere Approximation der Abstände der Elemente und damit der induzierten Größen ermöglichen. Die Lösung des Randelementverfahrens in der näheren Umgebung wird weiterhin im zylindrischen Koordinatensystem vorgenommen. Die entwickelte Formulierung der Fernfeldapproximation soll in das bestehende Verfahren in C++ implementiert werden.

Zur Validierung der Formulierung und Implementierung soll die Fernfeldapproximation systematisch mit der ursprünglichen Implementierung verglichen werden. Mithilfe umfangreicher vorliegender Messdaten können die Unterschiede im Rahmen einer Validierung quantitativ bewertet werden.

Voraussetzungen

• Grundkenntnisse der Strömungsmechanik,

• gute Kenntnisse in Mathematik,

• Erfahrung mit objektorientiertem Programmiersprachen wie C++.

  Die Arbeit kann in Deutsch oder Englisch verfasst werden.

Type & Date

 Projekt / Bachelor

13.09.2021

Contact

M.Sc. Roland Gosda