HyMOTT - Modellierung von Offshore Transport- und Transfersystemen im Kontext von Overset Netzen

Der nachhaltig wachsende globale Lebensstandard und die fortschreitende industrielle Entwicklung in den Schwellenländern sind mit einem starken Wachstum des globalen Primärenergiebedarfs verknüpft. Der Bedarf kann nur durch eine steigende Offshore Öl- und Gasförderung sowie den Betrieb seegestützter Systeme zur Nutzung von erneuerbaren Energien gedeckt werden. Der Trend diesbezüglicher Aktivitäten geht zu größeren Wassertiefen und Entfernungen von der Küste. Hiermit sind deutlich schwierigere Umgebungs- bzw. Einsatzbedingungen verbunden. Die Anforderungen an die Transport- und Transfersysteme für Wartung, Versorgung und Rückbau von zukünftigen Offshore-Energiegewinnungs- und Explorationsanlagen liegen daher deutlich über der Leistungsfähigkeit aktuell verfügbarer Systeme.

Das  Verbundvorhaben befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung von Simulationswerkzeugen für die hydrodynamischen Analyse und Optimierung von Hochseeschleppern zum Transport und der Installation von zukünftigen Offshore-Bauwerken. Die Schiffe verfügen über eine hohe räumliche Konzentration leistungsstarker Antriebs- und Manövrierorgane. Die Wechselwirkungen zwischen den Propulsions- und Manövrierorganen, deren Interaktion mit dem Rumpf und deren Integration in den Rumpf sind für die Einsatzgrenzen und zentralen Aufgaben der Arbeitsschiffe wichtig. Sie bestimmen insbesondere das dynamische Positionieren unter extremen Einsatz- und Witterungsbedingungen, die Vibrations und Geräuschbelastung der Besatzung und parasitäre Interaktions- und Integrationswiderstände. Ein vorteilhaftes Design des Gesamtsystems kann daher einen Wettbewerbsvorteil erzielen. Die Bedeutung von Wettbewerbsvorteilen ist vor allem in Bezug auf erweiterte Einsatzgrenzen groß, wie man aus den sehr hohen Charterkosten der Schiffssysteme und den großen finanziellen Einbußen von Offshore-Projekten bei Terminverzögerung schließen kann. Damit verstärkt Marktanteile in dem Wachstumssegment für Offshore-Schiffstechnik gewonnen werden können, bedarf es Innovationen zum Management der genannten hydrodynamischen Interaktionen. Die notwendigen Untersuchungen sollten zur Vermeidung von Maßstabseffekten numerisch erfolgen und sind mit einem methodischen Entwicklungsbedarf verbunden.

Das  Teilvorhaben der TUHH befasst sich mit der Weiterentwicklung und Anwendung von Simulationswerkzeugen zur effizienten und genauen Analyse dieser Wechselwirkungen unter realen Einsatzbedingungen. Grundlage hierfür sind Reynolds-gemittelte Navier-Stokes-Verfahren, die eine hinreichende Genauigkeit zur Erfassung der vielfach dominierenden turbulenten, viskosen Phänomene bieten und Seegangseinflüsse ohne Einschränkung der Wellenlänge behandeln können. Um eine für industrielle Fragestellungen angemessenen Prozess- und Recheneffizienz zu erhalten, werden parallel abzuarbeitende, dynamisch bewegte und überlappende unstrukturierte Rechengitter eingesetzt. Die Robustheit des Verfahrens wird durch eine implizite Kopplung der Komponenten-Rechengitter unterstützt. Hiermit ist es möglich, die Rechengitter der diskreten Bauteile oder Komponenten methodisch einfach und nur einmal zu generieren und durch Überlagerung zu mehreren, alternativen Konfigurationen zu kombinieren. Mit der Technik lassen Positionsoptimierungen oder Anordnungs- und Detailvariationen zügig ohne Neuvernetzung durchführen. Ferner lässt sich das Rechenverfahren auch zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen schwimmenden Körpern einsetzen, was am Beispiel von Escort-Dienst-Szenarien, DP- und Anlegemanövern demonstriert werden soll.

Zur Gewährleistung einer zielgerichteten Entwicklung und Erprobung des Simulationsverfahrens werden die Arbeiten in Zusammenarbeit mit einem Propellerhersteller (VOITH) und einer Schiffbauversuchsanstalt (HSVA) durchgeführt.

Stichworte

• CFD-Simulation
• Fluid-Struktur-Wechselwirkung
• numerische Strömungsmechanik
• Propellerumströmung
• Schiffsumströmungen
• Wechselwirkung