Thema der vorliegenden Arbeit ist die Berechnung von Sloshing in einem geschlossenen, rechteckigen Tank, Höhe x Breite = 600x1200 mm, für folgende Fälle:
Querbewegung (sway) : Amplitude 60 mm, Perioden 1.74 s und 1.94 s.
Rollbewegung (roll) : Amplitude 10 Grad, Perioden 1.85 s und 2.25 s.
Die Füllung des Tanks beträgt dabei 20%.
Querbewegung (sway) : Amplitude 15 mm, Perioden 1.404 s und 1.474 s.
Die Füllung des Tanks beträgt dabei 60%.
Um den Einfluss des Berechnungsgitters auf die Rechnung zu bestimmen, soll die Gitterfeinheit variiert werden. Es sind sowohl zwei- als auch dreidimensionale Rechnungen durchzuführen. Um die während der Bewegung auf das Wasser wirkenden Kräfte zu simulieren, werden ebenfalls zwei Methoden untersucht, die später näher erläutert werden.
Da das Problem zeitabhängig ist, sollen zwei Methoden der Zeitintegration verwendet und miteinander verglichen werden. An definierten Stellen, an denen sich im Experiment Druckaufnehmer befinden, wird der Druck berechnet.
Sloshing bezeichnet das Schwappen von Flüssigkeiten mit freier Oberfläche. Dieses Phänomen ist jedem bekannt, der z.B. einen Becher Kaffee oder ein anderes mit Flüssigkeitgefülltes Gefäß transportiert. Man stellt fest, dass bereits kleine Auslenkungen des Gefäßes starke Flüssigkeitsbewegungen zur Folge haben können. Solche Flüssigkeitsbewegungen werden im Allgemeinen Sloshing genannt.
Es gibt viele Fälle, in denen Sloshing ein Problem darstellen kann. Für fast jedes sic hbewegende Fahrzeug, welches Flüssigkeiten mit freier Oberfläche enthält, muss Sloshing berücksichtigt werden.
Bei Sloshing in Tanks können beim Aufschlagen der Flüssigkeit auf die Tankwände sehr hohe Drücke entstehen, was zur Beschädigung oder gar Zerstörung von Bauteilen führen kann. Bei Flugzeugen und Raumfähren haben die Flüssigkeitsbewegungen in den Tanksbesonderen Einfluss auf das dynamische Verhalten dieser Fahrzeuge. Schiffe sind oft problematisch, weil sie meist große Betriebsstofftanks haben. Bei Tankschiffen sind z.B. LNG-Tanker besonders betroffen, da sie wegen der Boil-Off-Rate Füllungsgrade von 95 –97% haben.
Sloshing ist schwierig zu berechnen, da brechende Wellen und Spritzer auftreten können.
Inhaltsverzeichnis
- Aufgabenstellung
- Sloshing
- Experimente
- Numerische Berechnung
- Vergleich von Messung und Berechnung
- Querbewegung
- Rollbewegung
- Zusammenfassung
- Literatur
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit befasst sich mit der numerischen Berechnung von Sloshing-Phänomenen in einem rechteckigen Tank unter verschiedenen Belastungsbedingungen. Das Ziel ist es, die Genauigkeit der numerischen Modelle anhand von experimentellen Daten zu validieren und den Einfluss verschiedener Parameter wie Gitterfeinheit und Zeitintegration auf die Ergebnisse zu untersuchen.
- Numerische Modellierung von Sloshing in Tanks
- Vergleich zwischen Simulation und Experimenten
- Einfluss von Gitterfeinheit auf die Ergebnisse
- Anwendungen von Sloshing-Berechnungen in der Schiffbauindustrie
- Untersuchung verschiedener Methoden zur Zeitintegration
Zusammenfassung der Kapitel
- Aufgabenstellung: Definiert die Rahmenbedingungen der Arbeit, einschließlich der Tankgeometrie, der Füllungsgrade und der Belastungsarten.
- Sloshing: Beschreibt das Phänomen des Sloshing, seine Bedeutung und Herausforderungen in verschiedenen technischen Anwendungen.
- Experimente: Erläutert die experimentellen Daten, die zur Validierung der numerischen Ergebnisse verwendet werden. Diese wurden am japanischen Ship Research Institute durchgeführt.
- Numerische Berechnung: Detailliert die numerische Methode, das Programm 'Comet' und das verwendete Gitter für die Berechnung der Sloshing-Phänomene.
- Vergleich von Messung und Berechnung: Vergleicht die Ergebnisse der numerischen Simulationen mit den experimentellen Daten für verschiedene Belastungsfälle und Füllungsgrade.
Schlüsselwörter
Die Arbeit befasst sich mit den folgenden Schlüsselthemen: Sloshing, numerische Simulation, Finite-Volumen-Methode, 'Comet', Schiffbau, Tank, Zeitintegration, Druckberechnung, Validierung, Experimente, Gitterfeinheit.
- Quote paper
- Frank Mallon (Author), 2002, Numerische Analsyse von Sloshing, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/4382
