2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16084Kavitation an Schiffspropellern erzeugt Druckschwankungen, die sich in Vibrationen und hörbarem Schall bemerkbar machen. Weil die vollständige Vermeidung der Kavitation die Effizienz des Propellers in üblichen Anwendungsfällen beschränkt, ist eine bessere Kenntnis der Mechanismen hinter der Dynamik Propeller-erregter Druckschwankungen auf Grund von Kavitation notwendig. Die Druckschwankungen treten in verschiedenen Frequenzen, die in vielfachen der Blattfrequenz betrachtet werden, auf. Die dominanten Frequenzen variieren je nach Ursache, von der ersten Ordnung durch den Verdrängungseffekt und der Schichtkavitation bis hin zu höheren Ordnungen aufgrund von Spitzenwirbelkavitation. Aus Experimenten ist bekannt, dass die Schicht- und die Spitzenwirbelkavitationen häufig interagieren. Im Verbundprojekt mit dem Titel “Verbesserte Prognose der durch die Wechselwirkung zwischen Schicht- und Spitzenwirbelkavitation bedingten Druckschwankungen höherer Ordnung” (kurz HiOcav) werden in einer interdisziplinären Kooperation zwischen universitären und industriellen Projektpartnern neue Erkenntnisse gewonnen, die auch in der Entwicklung und Auslegung von Propellern Anwendung finden können. Im Vorhaben werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt und die zugehörige Messtechnik weiterentwickelt. Zusammen mit numerischen Untersuchungen von Strömungsdetails soll das phänomenologische Verständnis der Interaktion der Schicht- und Spitzenwirbelkavitationen verbessert werden. Die Erkenntnisse sollen in Entwicklung effizienter, numerischer Prognoseverfahren einfließen. Das Projekt wird im Rahmenprogramm “Maritime Technologien der nächsten Generation” des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie gefördert. Teilvorhaben HiOsim Das Institut für Fluiddynamik und Schiffstheorie erforscht im Teilvorhaben "Numerische Simulation der Kavitationsvorgänge an der Propellerblattspitze im Hinblick auf Druckschwankungen höherer Ordnung" (kurz HiOsim) Strömungsdetails und die Entwicklung numerischer Prognoseverfahren. Unter anderem werden weitere Details der Strömung aus RANS-Simulationen gewonnen, die in Experimenten nicht messbar sind. Mit einem neuen, numerischen Modell für die Dynamik der Spitzenwirbelkavitation und der Kopplung mit einem verbesserten Schichtkavitationsmodell des Potentiallösers panMARE wird ein fortschrittliches Werkzeug für die Prognose der auftretenden Kavitation entwickelt. Die Weiterentwicklung des Schichtkavitationsmodells und die Integration des neuen Modells für Spitzenwirbelkavitation mitsamt der Kopplung in panMARE sollen die Prognose der Druckschwankungen höherer Ordnung verbessern.Cavitation on ship propellers creates pressure fluctuations that are noticeable in vibrations and audible noise. Since the complete prevention of cavitation limits the efficiency of the propeller in common applications, a better understanding of the mechanisms behind the dynamics of propeller-induced pressure fluctuations due to cavitation is necessary. The pressure fluctuations occur at different frequencies, which are considered in multiples of the blade frequency. The dominant frequencies vary depending on the cause: ranging from the first order as a result of the displacement effect and sheet cavitation to higher orders due to tip vortex cavitation. From experiments it is known that sheet and tip vortex cavitation frequently interact. This project aims to provide valuable insights into the dynamics of propeller-induced pressure fluctuations. The project will carry out experimental investigations and further develop corresponding measurement technologies, such as the three-dimensional reconstruction of cavity volumes. Together with the numerical investigations of flow details, the phenomenological understanding of the interaction between sheet and tip vortex cavitation will be greatly expanded upon. The findings will be incorporated into the development of efficient, numerical prediction methods. The HiOcav joint project gains valuable new insights on cavitation within an interdisciplinary cooperation between university and industrial project partners – insights which will also be applied in the development and design of propellers. HiOsim Within the HiOsim subproject, FDS numerically investigates flow details and further develops numerical prediction methods. For example, flow details that are not measurable in experiments will be obtained from RANS simulations. Further, with a new numerical model for the dynamics of tip vortex cavitation and its coupling with an improved sheet cavitation model by the panel code panMARE, an advanced tool for prediction of the occurring cavitation will be developed. By further developing the sheet cavitation model and integrating the new model for tip vortex cavitation and their coupling into panMARE, our ability to predict higher-order pressure fluctuations will be greatly improved.