Optimierung von Bulk Carriern bei DNV GL

Obwohl Massengutfrachter oft als billige Arbeitspferde des weltweiten Erz- und Kohlehandels angesehen werden, müssen sie sich an eine wachsende Anzahl von Vorschriften mit effizienz-, sicherheits- und ökologischem Hintergrund halten. DNV GL unterstützte kürzlich die Optimierung einer Rumpf und Antriebsanlage für ein neuartiges Bulker-Konzept der Ultramax-Größe namens Diamond 2.

Typschiffe erfordern High-Level Engineering

Schiffe mit der Völligkeit eines Bulk Carriers sind aufwändig mit CFD zu analysieren, da sie einen hohen Anteil an viskosen Effekten in Widerstand und Propulsion aufweisen. Dies macht die hydrodynamische Optimierung von Bulkern teuer, obwohl das Ergebnis im Vergleich zu einem schnelleren Containerschiff mit noch mehr installierter Leistung als marginal angesehen wird. Die Baukosten eines Bulkers übersteigen oft kaum den Stahlpreis. Eigenschaften, die jeden Gedanken an ein High-Level-Engineering wie die Optimierung schnell zunichtemachen könnten, wenn es nicht die Tatsache gäbe, dass es eine so große Flotte von Bulkern auf den Ozeanen gibt. Ein guter Grund für die Graig Shipping Group und Econovo, mit einem hochmodernen Ultramax-Design auf den Markt zu kommen, von dem voraussichtlich rund 100 Einheiten geliefert werden sollen.


Weltführende Technologie für Hydrodynamik

Für den hydrodynamischen Linienentwurf wurden die bekannten ECO-Lines-Dienstleistungen von DNV GL genutzt. Die Diamond 2 erhielt das komplette Paket von Wellenwiderstandsreduktion über Optimierung der Propulsion, bis hin zu einem optimierten, asymmetrischen Hinterschiff und einem hocheffizienten Propeller. Wie üblich wurde CAESES in die Prozesskette eingebunden, um die Rumpfgeometrie automatisiert zu variieren. Von diesem Geometriemodell ausgehend wurden alle notwendigen Daten wie Randbedingungen sowie umfassender Input für eine robuste Strömungsanalyse, wie z.B. reparametrisierte Oberflächen zur Gittergenerierung in FS-Flow und STL-Netze für den OpenFOAM-basierten RANS-Solver, bereitgestellt. Dieses Setup stellt einen sehr leistungsfähigen und effizienten Designprozess dar, um schnell zu einem optimalen Entwurf zu gelangen.

Vielversprechende Leistungsprognose

Das Ziel dieser Bulker-Optimierung war die Reduktion der Leistungsanforderung bei fünf Tiefgang-/Geschwindigkeitskombinationen, gewichtet mit dem jeweiligen Anteil am typischen Betriebsprofil. Während Schiffe mit hohem Wellenwiderstandsanteil oft zweistellige Optimierungsergebnisse erzielen, ist es ein großer Erfolg, wenn ein Bulker im Betriebsbereich um 5% verbessert wird. Das Schiff wurde in der SVA Potsdam getestet (vor dem Einsatz eines asymmetrischen Hecks) und mit einer anonymisierten Flotte von 4 ähnlichen Schiffen verglichen.

Endergebnisse

Der finale Rumpf weist anstelle von zusätzlichen Anhängen zur Propulsionsverbesserung ein optimiertes asymmetrisches Hinterschiff auf. Simulationen zeigten eine weitere Leistungsreduzierung von 2,6% durch den Vordrall im Zufluss. Ein hocheffizienter Propeller und ein Ruder mit einer Birne zur Reduktion des Nabenwirbels vervollständigen das Antriebssystem. Graig erwartet, dass die Effizienzsteigerungen zu einem Kraftstoffverbrauch von 14,6 Tonnen pro Tag bei einer optimierten Geschwindigkeit von zwölf Knoten führen.

Über die FRIENDSHIP SYSTEMS AG

Die Firma FRIENDSHIP SYSTEMS AG entwickelt und vertreibt die Software CAESES. CAESES ist eine Anwendung für Ingenieure, die simulationsgetriebene Formoptimierungen automatisiert durchführen möchten. Typische Anwendungen sind die strömungsbasierte Optimierung von Schiffsrümpfen, Turboladern, Pumpen und Triebwerken. Meist ist das Ziel eine bessere Energie-Effizienz oder auch die Robustheit der Designs hinsichtlich der Performance und der Herstellung. FRIENDSHIP SYSTEMS wurde 2001 gegründet und sitzt mit dem gesamten Team in Potsdam, Deutschland.

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