Sloshingversuchsanlage
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mit Hilfe der Sloshinganlage wurden in den ersten drei Jahren nach der Inbetriebnahme eine Reihe von Forschungsarbeiten durchgeführt. Diese umfassen sowohl Forschungstätigkeiten im Bereich der universitären Lehre – Bachelor-, Master-, Studien- und Diplomarbeiten sowie eine Dissertation – und mehrere Drittmittelprojekte. - Mit Hilfe experimenteller und numerischer Methoden wurde ein experimentelles Verfahren zur Ermittlung der Fluideigenperioden in einem Flüssiggas-Tankmodell entwickelt und validiert. Dadurch wurde ein Verfahren etabliert, welches als Grundlage vor weiteren Versuchen bei jedem Tankmodell Anwendung findet. - Es wurde ein Computerprogramm entwickelt, mit dem die Bewegungen der Plattform auf Basis eines Seegangs sowie der Übertragungsfunktionen der Bewegung eines Schiffes berechnet werden können. Es erfolgten erste Versuche mit unregelmäßigen Tankbewegungen. Dabei wurden mit Hilfe der Drucksensoren Drücke an diskreten Positionen der Tankwände gemessen und statistisch ausgewertet. Die Plausibilität der Messungen wurde gezeigt. - Zur Messung integraler Lasten – Kräfte und Momente – auf Tanks mit einem Gewicht von bis ca. 1t wurde eine Sechs-Komponenten-Messwaage konstruiert, welche zwischen Hexapod und Modelltank angebracht wird. Hierbei galt es, das Gewicht zugunsten höherer Nutzlast zu reduzieren. - Das Modell eines Kreuzfahrt-Pools wurde auf Resonanz untersucht. Das Verfahren zur Ermittlung der Fluideigenperioden wurde angewendet. Weiterhin wurden Grenzwerte für Amplitude und Periode zum Einsatz des Pools unter regelmäßiger Anregung in Längs-, Quer- und Diagonalrichtung ermittelt. Besonders wichtig sind die Erfahrungen die für die Durchführung weitergehender Untersuchungen offener Behältnisse gewonnen wurden. - Im Rahmen eines internationalen „Benchmarks“ wurden an einem 2D-Tank Sloshing-Versuche mit Druckmessung unter vorgegebenen Bedingungen durchgeführt. Die Messwerte zeigen eine gute Übereinstimmung mit anderen Versuchseinrichtungen. Insgesamt besteht allerdings Bedarf, die Ursachen für unterschiedliche Werte zwischen einzelnen Versuchseinrichtungen zu ermitteln. Dazu wurden neben Drücken, Strömungsgeschwindigkeiten mit Hilfe des Particle-Image-Velocimetry (PIV) Systems gemessen. Es konnte bereits gezeigt werden, dass Laser- und Kamerakomponenten die auf dem Hexapod montiert werden trotz der Bewegungen zuverlässig messen zu können. Messungen mit dem PIV System zeigen gute Übereinstimmungen mit numerischen Vergleichsrechnungen. Geschwindigkeitsunterschiede zwischen Wiederholungen der Experimente werden derzeit mit Druckmessungen korreliert, um Rückschlüsse auf Streuungen der Druckmessungen zu ziehen. - Es wurden Methoden entwickelt, die anfallenden großen Datenmengen auf wesentliche Teile zu reduzieren und charakteristische Werte zu berechnen. Der Arbeitsablauf für Experimente von der Berechnung der Bewegungen über die Durchführung bis hin zur Auswertung wurde im Hinblick auf große Messreihen optimiert und wird durch eigens dafür entwickelte Software unterstützt. Zwei Versuchstanks wurden im Hinblick auf Messaufgabe, und Fertigungsmöglichkeiten entwickelt. Der Entwurf eines zweiten Tanks wurde dahingehend verbessert, dass Sensoren näher an kritischen Stellen montiert werden können. Es wurden erste Experimente mit Sensoren zur Erfassung der Position der Wasseroberfläche durchgeführt. - Ein LNG Tankmodell wurde systematisch bei niedrigen und hohen Füllständen unter verschiedenen Betriebsbedingungen des Schiffes (Geschwindigkeit, Kurs zum Seegang) und Seegangsbedingungen (Signifikante Wellenhöhe und Modalperiode) auf Druckbelastungen untersucht. Auf der Basis von Analysen der Tankbewegungen im Zeitbereich wird ein Verfahren entwickelt, welches die Vorhersage von Druckbelastungen anhand der Seegangs- und Betriebsbedingungen sowie der Tankbewegungen ermöglicht. Das Verfahren kann in einem Schiffsassistenzsystem zur Beurteilung von Sloshinglasten aktueller sowie möglicher Betriebszustände eingesetzt werden. - Die Drucksensoren wurden für Slamming-Untersuchungen an starren und elastischen Körpern mit geringem Aufkimmwinkel eingesetzt. Dabei wurde unter anderem eine gute Übereinstimmung der Drücke mit der Literatur gezeigt. Dies verdeutlicht erneut die Eignung der Drucksensoren für den Einsatz im Medienwechsel zwischen Luft und Wasser. Das PIV-System wurde für Messungen instationärer Strömungsvorgänge in einem feststehenden Versuchsaufbau erfolgreich genutzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Results of the First Sloshing Model Test Benchmark. Proceedings of the 22nd International Offshore and Polar Engineering Conference, June 2012
Loysel, T. Cholet, S. Gervaise, E. Brosset, L. De Seze, P.-E.
- Experimental and Numerical Investigation of Single Impacts in a 2D Tank. Proceedings of the 24th International Offshore and Polar Engineering Conference, June 2014
Neugebauer, J. el Moctar, O. Potthoff, R.
