Hydrosim

Simulationssoftware für hydrodynamische Probleme – Schiff und Antrieb in begrenzten Gewässern –

Viele Wechselwirkungen zwischen hydrodynamischen Vorgängen einerseits und festen Strukturen andererseits sind heute nur ansatzweise bekannt und kaum zuverlässig prognostizierbar. Benötigt werden derartige Kenntnisse unter anderem in der Schifffahrt, insbesondere in flachen Gewässern, worauf sich das hier vorgestellte Forschungsvorhaben vorrangig bezieht. Die Ergebnisse sind jedoch auf andere Bereiche, wie zum Beispiel Wasserbauten und Strömungskraftwerke, übertragbar.

Die zugrunde liegenden Strömungsprobleme sind im Wesentlichen durch sehr große Einflussbereiche einerseits und komplexe Geometrien andererseits gekennzeichnet. Letztere teilweise noch mit rotierenden Bauteilen, vor allem Propeller und Turbinenräder.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollten daher neue Programme entwickelt werden, mit denen derartige Strömungsprobleme numerisch simuliert werden können. Aufbauend auf den als Quellprogramm vorhandenen Feldmethoden  zur Simulation der Ausbreitung der Schiffswellen mittels Flachwassergleichungen und im Institut für Verbrennung und Gasdynamik (IVG) zur Simulation allgemeiner Strömungsvorgänge mittels Navier-Stokes-Gleichungen wurde eine neue Software durch fachübergreifende Zusammenarbeit entwickelt. Folgende physikalische Aspekte

• turbulente Umströmung am fahrenden Schiff und rotierenden Antrieb
• Verformung der freien Oberfläche
• Wellenausbreitung in flachem Gewässer
• Einwirkung der Gezeiten- und Flußströmung

wurden dabei möglichst genau berücksichtigt.

Durch die umfassenden fachübergreifenden Entwicklungen entstand ein effizientes Programmpaket zur Simulation der Wechselwirkungen zwischen hydrodynamischen Vorgängen und festen Strukturen. Es basiert auf einer direkten Kopplung eines rechenintensiven RANSE-Lösers für die Strömung nahe der festen Struktur bei feinerer Auflösung mit einer effektiven Flach­was­ser­approxima­tion für ein großräumiges Strömungsgebiet bei gröberer Auflösung.

Mit diesem Softwareprogramm steht ein Instrument zur Verfügung, das bei der Entwicklung von wasser­straßen-angepassten Schiffen oder bei der Erstellung von Richtlinien für die umweltscho­nende Schifffahrt auf den Wasserstraßen bzw. bei der Planung des Baus und Unterhalts von neuen Wasserstraßen genutzt werden kann. Ebenfalls kann es bei der Optimierung von Anlagen zur Energie­gewinnung aus Gezeiten- und Flussströmungen verwendet werden.

Forschungspartner

Das Forschungsvorhaben 69ZN wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die AiF im Programm zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)“ gefördertt.

Projektpartner

• DST Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme e.V.
• Institut für Verbrennung und Gasdynamik, Universität  Duisburg-Essen