Forschung im HLRN-Verbund 2011

131vier Stokes Gleichungen basiert, stellt eine gute Alternativezu RANS dar. Diese relativ neue Technologieist in der Lage kleinskalige instationäre Wirbelstrukturenaufzulösen und viele für den Schiffbauwichtige Phänomene genauer vorherzusagen.Die LES-Anwendung für ingenieurstechnischeProbleme ist jedoch sehr problematisch. Aufgrundder für diesen Bereich typischen großenReynolds-Zahlen sind Schwierigkeiten bei derAuflösung der auftretenden Wirbelstrukturen undbei der numerischen Behandlung der Strömungin der Nähe der Körperoberfläche, wo großeGradienten auftreten, vorprogrammiert. Die zurLösung dieser Probleme notwendigen Computerressourcensind sehr umfangreich, was diepraktische Anwendung der LES unmöglich macht.Ein effizienter Ausweg ist die Kombination vonLES- mit herkömmlichen RANS-Methoden. Einwichtiges Problem besteht dabei in der Kopplungzwischen den numerischen Lösungen inden RANS- und LES-Gebieten. Die Entwicklungeiner effizienten Kopplungsprozedur gehört zuden Kernaufgaben des vorliegenden Projektes.der wichtigsten Probleme bei der Implementierungdes zu entwickelnden Ansatzes, der zu den so genanntenhybriden RANSE-LES-Methoden gehört,besteht in der Entwicklung des Interfaces zwischenRANSE- und LES-Region. Für das Interfacewird die von uns vorgeschlagene Methode benutzt.Von der RANS-Simulation werden gemittelte Werteentnommen, während die Schwankungen mit demvon uns entwickelten Inflowgenerator erzeugt werden.Mit der Entwicklung der neuartigen Methode sollein Durchbruch in der Erhöhung der Genauigkeitder numerischen Modellierung der Schiffshydrodynamikerzielt werden. Dadurch soll die Vorhersagesicherheitder Wechselwirkung zwischen demSchiffsrumpf und dem Schiffsantrieb, der Vibrationund der Kavitation am Propeller hinter demSchiff wesentlich verbessert werden. Das zu entwickelndeProgramm soll weiterhin genutzt werden,um einen wesentlichen Beitrag zur Lösung der fürden Schiffbau wichtigen wissenschaftlichen Aufgabezu leisten: Aufklärung der physikalischen Mechanismenzur Entstehung und Entwicklung derWirbelstrukturen im Schiffsheckbereich.Mehr zum Thema1. N. Kornev und E. Hassel, ”Synthesis of homogeneousanisotropic divergence free turbulentfields with prescribed second-order statistics byvortex dipoles“, Physics of Fluids, 19(5), 2007.2. N. Kornev, A. Taranov, E. Shchukin und L.Kleinsorge, Development of hybrid URANS-”LES methods for flow simulation in the shipstern area “, Ocean Engineering, in review.Abbildung 2: Übersicht hybride RANS-LES Methode.Zu den konkreten Zielen gehören Entwicklung,Implementierung und Validierung einer neuen Generationvon hybriden Methoden sowie ihr Einsatzzur Untersuchung von Schiffsumströmungen.Die Methode besteht aus einer Kombination desRANS-Verfahrens für den vorderen Teil des Schiffes,in dem die Strömung relativ ausgeglichenist und der Grobstruktursimulation (LES) für denHeckbereich Abb. [2]. Die LES-Methode findet besondersdort Anwendung, wo eine zuverlässigeAuflösung von starken instationären Wirbelstrukturennotwendig bzw. gewünscht wird. Gerade imHeckbereich eines Schiffes treten starke Turbulenzenauf, deren kleine Wirbelstrukturen nur mittelsLES ausreichend aufgelöst und dargestellt werdenkönnen. Diese Wirbelstrukturen sind hauptsächlichverantwortlich für Lärmbelastung, Schwingungserscheinungenund Kavitation am Propeller. EinesFörderungBMWi-Verbundvorhaben ShipLES im Rahmenprogramm”Schifffahrt und Meerestechnik für das21. Jahrhundert“Ingenieurwissenschaften