Kombinierte passiv-aktive Kontrolle von kavitierenden Strömungen an Tragflügeln von Schiffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bettar Ould El Moctar; Dr.-Ing. Ebrahim Kadivar, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533951202

Kavitation spielt in vielen technischen Bereichen eine wichtige Rolle. In der Schiffstechnik ist Kavitation bekannt durch ihre erosive Wirkung auf Ruder und Propeller infolge z.B. des Zerfalls von Kavitationsblasen direkt an der Wandoberfläche. Kavitation kann außerdem Vibrationen aufgrund von Druckschwankungen, Wirkungsgradverlust und Geräuschabstrahlungen hervorrufen. In den letzten Jahren wurden Maßnahmen zur Reduktion bzw. Vermeidung der Folgen der Kavitation mittels passiver Kavitationskontrolle entwickelt und erfolgreich für viele Szenarien bzw. Kavitationsregimen eingesetzt. Bei anderen Szenarien wie beispielsweise das dynamische Positionieren von Wind-Offshore-Schiffen reicht aufgrund der massiv auftretenden Wolkenkavitation die passive Kavitationskontrolle nicht, um die Folgen von Kavitation (Effizienzverlust, Erosion, etc.) zu mindern. Andererseits erfordert die ausschließliche Verwendung der aktiven Kavitationskontrolle für unterschiedliche Kavitationsregime zusätzliche Energie und führt folglich zu höheren Kosten. Daher erscheint der Einsatz einer kombinierten passiv-aktiven Kavitationskontrollmethode sinnvoll, um Kavitation in verschiedenen Regimen effizient zu unterdrücken und Kosten zu reduzieren. Zu diesem Zweck wird die aktive Kontrollmethode nur für Szenarien eingesetzt, bei denen die passive Kontrollmethode die Kavitation nicht kontrollieren kann. Das Ziel dieses Projektes besteht darin, eine passiv-aktive Kavitationskontrollmethode zu entwickeln und zu validieren. Hierbei werden Miniaturwirbelerzeuger auf der Tragflügeloberfläche (passive) und kleine Düsen zur Wassereinspritzung (aktiv) in die relevanten Bereiche der kavitierenden Strömung verwendet. Zunächst wird ein vorhandenes hybrides Euler-Lagrange-Verfahren zwecks Berücksichtigung der Kompressibilität der Strömung weiterentwickelt und validiert. Anschließend wird das weiterentwickelte mehrskalige Euler-Lagrange-Verfahren (basierend auf PANS-Gleichungen) zur Untersuchung der Kavitationskontrollmethoden eingesetzt. Hierbei werden die Positionen der Miniaturwirbelerzeuger und der Injektionsraten variiert, um den Einfluss auf die Kavitationskontrolle zu untersuchen. Anschließend werden systematische Experimente im eigenen Kavitationstunnel durchgeführt. Es werden Hochgeschwindigkeitskamera, Hydrophone, Druck- und Kraftsensoren eingesetzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Jens Neugebauer, Ph.D.; Dr.-Ing. Andreas Peters