CFD in Orca3D – SIMERICS bietet eine vollintegrierte Lösung!

Die Simulation von Schiffen ist aufgrund vieler verschiedener physikalischer Phänomene eine bemerkenswerte Herausforderung. Zum einen muss die freie Oberfläche des Wassers adäquat abgebildet werden und zum anderen ändert sich die Position und Bewegung des schwimmenden Körpers ständig. Für den ersten Punkt spielt eine wichtige Rolle, dass der scharfe Übergang zwischen Wasser und Luft erhalten bleibt, auch unter der Ausbildung von Wellen. Der zweite Punkt beschreibt eine Fluid-Struktur-Interaktion, bei der die Starrkörperbewegung unter Berücksichtigung der Kräfte aus Wasser- und Luftströmung berechnet wird. Neben diesen Hauptaspekten, die es nötig machen das System als zeitlich variabel zu betrachten, existieren noch einige Nebenaspekte, die bei einer solchen Simulation beachtet werden müssen. An erster Stelle sei hier die Reflexion von Wellen an den Randbedingungen genannt, die es zu verhindern gilt. Des Weiteren handelt es sich um eine Problemstellung, die mehrere Längenskalen einschließt. Das Wellensystem umfasst mehrere Schiffslängen (einige hundert Meter), während die Spalte um das Steuerruder im Bereich von Zentimetern anzusiedeln sind.

Am Propeller, dem Antriebssystem des Schiffes, kann es durch die hohen lokalen Geschwindigkeiten zu Kavitation kommen, die neben Schädigungen auch ungewollte Vibrationen nach sich zieht. Auch hier sind Wechselwirkungen zwischen dem Schiffsrumpf und den sich auf verschiedenen Zeitskalen bewegenden Teilen Propeller und Steuerruder zu beachten.