Hydrodynamische Widerstandsoptimierung von Schiffsrümpfen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Rung
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397665118

Etwa 90% des globalen Handels stützt sich auf Seetransport. Die Dominanz des Seeverkehrs im Bereich des Handelstransports ist durch die sehr niedrigen Transportkosten pro km und Tonne begründet. Die Welthandelsflotte umfasst ca. 45-50 tausend Schiffe, die insgesamt, trotz des niedrigen Transportaufwands, signifikant zur globalen Umweltbelastung beitragen und deren Betrieb einen beachtlichen wirtschaftlichen bzw. finanziellen Aufwand erfordert. Aus diesen Gründen steht der Seeverkehr im Zentrum vieler unterschiedlicher Optimierungsbemühungen. Die schiffsinduzierte Umweltbelastung und ungefähr 50% der direkten Betriebskosten von Handelsschiffen hängen vom Brennstoffverbrauch ab. Dieser ist maßgeblich vom hydrodynamischen Widerstand des Schiffes beeinflusst, welcher größtenteils (schätzungsweise 75%) aus dem stationären Reibungs- und Wellenwiderstand entlang der benetzten Oberfläche besteht. Selbst für kleinste Verbesserungen sind Strategien zur Reduktion dieser Widerstandsbeiträge sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus umweltpolitischen Gründen sehr willkommen.Das beantragte Vorhaben beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung eines simulationsbasierten Verfahrens zur hydrodynamischen Optimierung von Schiffrümpfen unter Berücksichtigung ihrer Schwimmlage bei Zweiphasenströmungen. Die beantragten Arbeiten beschränken sich auf gradientengestützte, adjungierte Optimierungsmethoden und CAD-freie bzw. parameterfreie Formbeschreibungen. Die Arbeitsschwerpunkte sind (i) die genaue und zugleich robuste (konsistente) Formulierung des adjungierten Zweiphasenmodels unter (ii) Berücksichtigung der Schwimmlageänderung, (iii) ein neuer vereinfachender Ansatz zur adjungierten Reynolds-gemittelten Turbulenzbehandlung sowie (iv) eine verbesserte CAD-freie Formbeschreibung für partiell benetzte Oberflächen unter dem Einfluss technischer Nebenbedingungen. Die Anwendungen konzentrieren sich auf völlige Offshore-Versorgungsschiffe und ein vielfach untersuchtes Containerschiff, allesamt bei Froude- und Reynolds-Zahlen von praktischem Interesse. Die Untersuchungsergebnisse sind auf Anlagen zur Gewinnung von erneuerbarer Energie übertragbar, die im küstennahen Bereich unter dem Einfluss der freien Wasseroberfläche arbeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Michael Hinze