Numerical application and experimental validation of the volume of fluid method based computational fluid dynamics for the determination of the resistance characteristics of flow around the fast ship hulls

Abstract

In dieser Arbeit wird eine neue numerische Anwendung zu der, sowohl im Verdrängungs-, als auch im Gleitenmodus betriebenen Hydrodynamik von schnellen Rümpfen entwickelt und mit experimentellen Daten belegt.<br />Die Anwendung unterscheidet sich wesentlich von den weitverbreiteten nichtlinearen Berechungen der freien Oberfläche mittels Rankine Panel Modul (SHIPFLOW) und des daraus entstandenen multi-regionalen Widerstandes. Die integrierten Rechenoperationen sollen die Strömung innerhalb der diskretisierten Domäne bestimmen und die Widerstandkomponente des Rumpfes, der einer äußerst hohen Strömungsgeschwindigkeit ausgesetzt ist, auflösen. Die numerischen Modelle der Kontrollgruppe zur Validierung der Rümpfe sind mit Nutzung von CFD (Computational Fluid Dynamics) Simulation abgeschätzt. Es wurde die moderne nicht mischbare viskose Mehrphasen Volume of Fluid Methode verwendet und mittels Bewegung des Starrkörpers in sechs Freiheitsgraden gekoppelt unter Benutzung von der CD Adapco Software. Das Ziel ist die Anwendung des modernen Designs der Hochgeschwindigkeitsrümpfe, jenseits der Beschränkungen eines der akademischen Forschung dienenden Rumpfes.<br />Der numerische Zugang zielt auf die strategische Definition der Gitternetze, zum Beispiel die Diskretisierung der optimalen geometrischen Voraussetzungen der Domäne von Standard CPU Plattformen eines PCs anstatt der Nutzung einer Workstation oder eines Rechnerverbunds.<br />Es ist validiert dass die Simulationen von Strömungen mit den schnellen Rümpfen mit 0,6<Fr<1, als auch Fr>1, quantitativ erfolgreich gerechnet werden können, wobei nur reine hydrodynamische Modelle benutzt wurden.<br />