2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/15663Der wachsende, von Schiffsantrieben emittierte Unterwasserschall führt zu einer zunehmenden Umweltbelastung. Ein vielversprechendes Konzept zur Reduzierung der Unterwasserschallemission ist der Einsatz nabenloser Propeller mit Ringmotor. Zu diesem, noch recht jungen Antriebssystem fehlen jedoch bis heute systematische Untersuchungen der instationären Strömung in und nach solchen Propellern sowie der daraus folgenden Schallabstrahlung. In dem geplanten Projekt sollen, neben der grundsätzlichen Topologie der Nachlaufströmung, vor allem der Transitionsvorgang und die Transitionslänge der Blattspitzenwirbel, die Topologie des Hufeisenwirbelsystems im Blattwurzelbereich sowie die hydroakustische Schallabstrahlung erforscht werden. Dazu werden zeitaufgelösten Stereo PIV Messungen im Nachlauf eines nabenlosen Propellers in Kombination mit zeitsynchronen Druckmessungen durchgeführt und durch dreidimensionale DES Simulationen ergänzt. Für die numerische Berechnung der Hydroakustik wird, auf Basis einer Finite-Volumen-Formulierung, ein EIF Verfahren vierter Ordnung entwickelt werden. Die Analyse der numerischen und experimentellen Daten und insbesondere die Identifizierung kohärenter Strömungsstrukturen wird sich dabei vornehmlich auf der Proper Orthogonal Decomposition (POD) und der Identifizierung von Wirbelkernlinien stützen. Basierend auf der POD Methode wird dabei erstmals die Hydroakustik einzelner kohärenter Strömungsstrukturen von Propellern untersucht werden. Im Ausblick dieses Projektes werden erste Maßnahmen zur Reduktion der hydroakustischen Schallabstrahlung abgeleitet werden können.The underwater noise which is generated by ship propulsion systems becomes a more and more growing environmental problem nowadays. A new promising design concept for the reduction of emitted underwater noise is the usage of hub-less propellers in conjunction with an electrical ring drive. Detailed research with respect to this new propulsion system, especially in terms of the turbulent flow field in and behind a hub-less propeller and the resulting sound field, has not been carried out so far. Main focus of the proposed project will be the investigation of the overall topology of the wake flow, the transition and collapse of the tip vortices, the topology of the horseshoe vortices at the blade hub and the radiated hydro acoustic sound field. Time resolved stereo PIV experiments in the wake flow of a hub-less propellers and time synchronous measurements of the fluctuating surface pressure in combination with fully transient DES computations of the turbulent flow field will be core elements of the planned research work.For the numerical prediction of the hydro-acoustic pressure field a fourth order Expansion over Incompressible Flow (EIF) approach will be developed based on a finite volume formulation. The approach for the analysis of the experimental data, numerical data and for the identification of coherent flow structures will be the Proper Orthogonal Decomposition procedure (POD). Moreover it will be complemented with vortex core extraction methods. Due to the usage of the POD method, conclusions to the acoustics of different coherent flow structures will be possible for the first time. In the outlook of this project, first design rules for the reduction of hydro-acoustic sound emissions might be reasoned.