Dr.-Ing. Stephan Berger,Technische Universität Hamburg, Curt-Bartsch-Preis 2019
Im Vortrag wird ein hybrides Simulationsverfahren zur Untersuchung propellererregter, kavitationsbedingter Druckschwankungen höherer Ordnung (d.h. Schwankungen, die mit einem Vielfachen der Blattfrequenz auftreten) präsentiert. Dabei werden zwei Arten von Propellerkavitation berücksichtigt: zusammenhängende Schichtkavitation sowie voll entwickelte Spitzenwirbelkavitation. Es zeigt sich, dass insbesondere die Wechselwirkung beider Kavitationsarten einen Einfluss auf die Druckschwankungen höherer Ordnung hat. Kernstück des Simulationsverfahrens ist das Paneelverfahren panMARE, das mit einem Modell für Spitzenwirbelkavitation erweitert wurde. Dieses Modell basiert auf einer quasi-zweidimensionalen Betrachtung der Wirbelströmung, was zu einer Formulierung ähnlich der Rayleigh-Plesset-Gleichung führt. Mit dem Wirbelmodell ist es ebenfalls möglich, Aussagen über Maßstabseffekte auf Spitzenwirbelkavitation zu treffen. Zur Validierung des Verfahrens werden Messungen im Kavitationstunnel herangezogen. Hinsichtlich der Druckschwankungen zeigt sich eine zufriedenstellende Übereinstimmung zwischen Berechnung und Experiment.
The lecture presents a hybrid simulation method for the investigation of cavitating propeller-induced pressure fluctuations of higher order (i.e. fluctuations occurring with multiples of blade frequency). Two types of propeller cavitation are considered: coherent sheet cavitation and fully developed tip vortex cavitation. It is shown that the interaction of both cavitation types in particular has an influence on higher-order pressure fluctuations. The core of the simulation method is the panel method panMARE, which has been extended by a model for tip vortex cavitation. This model assumes a quasi-two-dimensional vortex flow leading to a formulation similar to the Rayleigh-Plesset equation. Scale effects on tip vortex cavitation can also be investigated by the present model. Cavitation tunnel measurements are used to validate the method. With regard to pressure fluctuations, there is a satisfactory agreement between calculation and experiment.