This Ph.D. thesis presents the optimization of the (mostly) sea state independent
oil skimming system SOS by means of numerical and experimental analyses. Here
the SOS performance of counteracting oil disasters at open sea is closely examined.
As a result of the evaluation of the functional principle of the system, it is
found that the SOS shows a higher efficiency compared to existing oil recovery
systems - especially in high seas.
The SOS does not feature any moving parts. The system consists of a moon
pool (oil dike) and a pontoon (bow segment), which glides on the heavily moving,
oil polluted water surface, damping the waves. As a result of this arrangement,
the oil layer to flows underneath the pontoon towards a transverse blade, which
separates the oil from the water and protects the moon pool from wave effects.
At the trailing edge of the bow segment a vortex develops, accelerating the oil
particles in addition to their positive buoyancy towards the water surface of the
moon pool. The wave-induced motions of the system cause sloshing effects of
the fluid within the oil dike. These sloshing motions convey the oil particles over
an adjustable slope into an oil sump from where they can be pumped off in a
concentrated form.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung und Ub¨ ersicht
- U¨bersicht
- Stand der Forschung
- Loch-im-Wasser-Prinzip
- Mechanischer Transport
- Forschungsprojekte
- Ziel der Arbeit
- CFD-Verfahren
- Grundlagen der numerischen Simulationen
- Str¨omungsmechanische Grundgleichungen
- Turbulenzmodellierung
- Reynolds-Spannungsmodell
- Wirbelviskosit¨atsmodelle
- Mehrphasenstr¨omung (Luft/Ol/Wasser)
- Diskretisierung der Differentialgleichungen
- Spezielle Modellbildung fur ¨ den Olskimmer ¨
- Geometriemodellierung
- Gittergenerierung
- Olmodellierung ¨
- Numerische Analyse
- Zweiphasige Str¨omungsberechnung (AS I)
- Optimierung der Durchflussrate am Klingenspalt
- Str¨omungsvisualisierung im Moonpool des SOS
- Numerische Analyse der Str¨omungsverh¨altnisse des in das MPOSS integrierten SOS
- Numerische Analyse der Sloshingbewegungen
- Dreiphasige Str¨omungsberechnung (AS II)
- Validierung der Str¨omungsberechnungen
- Numerische Berechnungen mit Mineral¨olen
- Optimierung der Heckform des Tr¨agerschiffs
- Dreiphasige Str¨omungsberechnung mit Seegang
- Randbedingungen der Str¨omungsberechnungen mit Seegang
- Validierung der im numerischen Kanal generierten Seeg¨ange
- Durchfuhrung ¨ der numerischen Analyse mit SOS und Seegang
- Experimentelle Analyse
- Analyse des Systemverhaltens im Seegang
- Versuchsaufbau
- MPOSS- und Skimmermodell
- Durchfuhrung ¨ und Auswertung der Versuche
- Seegangsversuche mit umweltvertr¨aglichem O¨ l
- Versuchsprogramm
- Durchfuhrung ¨ der O¨ lversuche
- Analyse der Maßstabseffekte
- Seegangsversuche mit Mineral¨olen
- Versuche mit einem neuen Tr¨agerschiff
- Schlussfolgerungen
- Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Dissertation befasst sich mit der Optimierung des (weitgehend) seegangsunabh¨angigen Oel-Skimmers SOS, der zur Bek¨ampfung von Olunf ¨ ¨allen auf hoher See entwickelt wurde. Das Ziel der Arbeit ist es, die Leistungsf¨ahigkeit des SOS durch numerische und experimentelle Analysen zu verbessern und das Einsatzspektrum des Systems zu erweitern.
- Entwicklung und Validierung von CFD-Methoden fur ¨ die Analyse von dreiphasigen Str¨omungen (Luft/Ol/W ¨ asser) und der Wechselwirkung zwischen Welle, Olfilm ¨ und Skimmer.
- Optimierung der Skimmer-Geometrie hinsichtlich des Wirkungsgrads durch numerische und experimentelle Untersuchungen.
- Analyse des dynamischen Seegangsverhaltens des Gesamtsystems (Tr¨agerschiff + SOS) und Optimierung der Integration des Skimmers in das Tr¨agerschiff.
- Ermittlung des Wirkungsgrads des optimierten Skimmers bei verschiedenen Olsorten, ¨ Seeg¨angen und Fahrtgeschwindigkeiten.
- Entwicklung von Kriterien fur ¨ die Gestaltung eines effektiven Olskimmers ¨ fur ¨ den Einsatz in Glattwasser und bei Seegang.
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit ist in sechs Kapitel unterteilt. Kapitel 1 beinhaltet eine Einleitung und gibt einen kurzen Ub¨ erblick ub¨ er die Bedeutung von Olunfallb ¨ ek¨ampfung auf See sowie die Einsatzgrenzen bestehender Systeme. Kapitel 2 beschreibt das fur ¨ die CFD-Analysen verwendete numerische Verfahren und die verwendeten Turbulenzmodelle. In Kapitel 3 werden die Ergebnisse der numerischen Analysen mit zwei- und dreiphasiger Str¨omung pr¨asentiert, wobei der Skimmer hinsichtlich des Wirkungsgrads und des Seegangseinflusses optimiert wird. Kapitel 4 behandelt die experimentellen Untersuchungen im Wellenkanal der TU Berlin, wobei die Leistungsf¨ahigkeit des Skimmers in verschiedenen Seeg¨angen und mit unterschiedlichen Olsorten ¨ ermittelt wird. In Kapitel 5 werden die Schlussfolgerungen der Arbeit zusammengefasst und Empfehlungen fur ¨ die Gestaltung eines effektiven Olskimmers ¨ gegeben. Kapitel 6 beinhaltet eine Zusammenfassung der Arbeit und einen Ausblick auf zuk¨unftige Forschungsbedarfe.
Schlüsselwörter
Olskimmer, ¨ Olunfallb ¨ ek¨ampfung, ¨ CFD, Seegang, Mehrphasenstr¨omung, Wir�kungsgrad, Schleppversuche, Modellversuche, Sloshing, CUSP-Form, Kreisseg�mentb¨oschung, MPOSS.
- Quote paper
- Dr. Mazen Abu Amro (Author), 2007, Optimierung eines seegangsunabhängigen Ölskimmers durch numerische und experimentelle Analysen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/77427
