Computational Fluid Dynamics: Een Belangrijk Hulpmiddel voor Innovatie

Door Van Oossanen

Tijdens de laatste vijftien jaar is het gebruik van Computational Fluid Dynamics nagenoeg onmisbaar geworden in het ontwerp van schepen. CFD is een numerieke methode om door middel van computersimulatie de stroming rond een schip uit te rekenen. Daarbij worden de stroomlijnen, het golfprofiel en de weerstand voorspeld. Hoewel CFD al veel langer gebruikt wordt in aerodynamica en in berekeningen met slechts één vloeistof (bvb. pompen), is dit een stuk ingewikkelder voor een schip. Doordat er zowel lucht als water in het spel zijn, treedt er golfvorming (energieverlies) op in het vrij-vloeistofoppervlak, wat lange tijd moeilijk te berekenen was.

Nadat hij reeds in 1983 CFD had aangewend tijdens de ontwikkeling van de “winged keel” voor het America’s Cup winnend zeiljacht Australia II, en met 20 jaar ervaring bij MARIN, zag hydrodynamicus Piet van Oossanen al vroeg het belang van CFD in. In 2005 werd zijn bedrijf Van Oossanen Naval Architects de eerste commerciële gebruiker van de Fine/Marine CFD software van Numeca. De code voor Fine/Marine was ontwikkeld aan de universiteit van Nantes en is één van de meest gebruikte softwarepakketten in CFD voor scheepsontwerp. Het bedrijf heet nu Van Oossanen en heeft drie vertakkingen: Naval Architecture (scheepsontwerp), Fluid Dynamics (hydrodynamisch advies, vaak middels CFD) en Hull Vane BV. Dat laatste is een onafhankelijk bedrijf voor het vermarkten, ontwerpen en bouwen van de energie-besparende onderwatervleugel Hull Vane®. Van Oossanen Fluid Dynamics werkt nog steeds intensief samen met Numeca om feedback te leveren en input voor nieuwe ontwikkelingen van de software.

Er varen inmiddels heel veel superjachten met deze rompvorm en ook de nieuwe patrouilleboot van het Havenbedrijf Rotterdam is er een voorbeeld van.”

Niels Moerke, directeur van Van Oossanen: “In het begin gebruikten we CFD alleen om onze eigen ontwerpen te verbeteren. Het numeriek analyseren van een schip laat toe om in een vroeger stadium en nauwkeuriger te optimaliseren dan wat we vroeger deden met modelproeven. In de sleeptank kan je wel verschillende bulbstevens of achterschepen testen, maar het was niet mogelijk om de volledige rompvorm te variëren (zoals de ligging van het drukkingspunt, de blokcoëfficient, de kimrondingen, e.d.). Dit leidde tot verbeterde ontwerpen, zoals onze Fast Displacement Hull Form, een rompvorm met een uitstekende efficiëntie over een heel breed snelheidsgebied. Er varen inmiddels heel veel superjachten met deze rompvorm en ook de nieuwe patrouilleboot van het Havenbedrijf Rotterdam is er een voorbeeld van.”

CFD kijkt op een andere manier naar weerstand dan modelproeven, waar alleen de resultaten met elkaar vergeleken kunnen worden. Doordat zowel de viskeuze als de drukweerstand zichtbaar is voor elke vierkante meter van de romp, kan optimalisatie veel doelgerichter gedaan worden. Van Oossanen’s scheepsontwerpafdeling heeft daardoor een leidende positie verworven in het ontwerp van (super)jachten en andere performante schepen.

Directeur Perry van Oossanen: “Doordat we in de jachtbouw werken, hebben we onze CFD procedures heel goed kunnen fine-tunen en valideren. Met jaarlijks vijf tot tien unieke schepen die te water gaan hebben we een grote database van CFD runs, modelproeven en ware-grootte proeven om te vergelijken. Wij gaan ervan uit dat meer optimalisatie altijd beter is, want je kiest uiteindelijk de variant met de laagste weerstand. We vinden dat voor schepen die nog 25 tot 30 jaar de wereldzeeën gaan bevaren met duizenden kilowatts aan vermogen, er wat meer van de spirit van de America’s Cup of de Formule 1 zou mogen zijn, vooral nu het het verminderen van de CO2-uitstoot hoog op de agenda staat. Op bepaalde scheepstypes valt nog veel te winnen tegen minimale kosten, aangezien een optimalisatie het schip niet duurder maakt om te bouwen. Het is eerder het tegenovergestelde, omdat motorvermogen kostbaar is en nog duurder wordt met meer stringente uitstootnormen.”

In toenemende mate gebruikt Van Oossanen CFD om andere scheepsontwerpers, scheepswerven en rederijen te adviseren over rompvormen. De klantenlijst bevat namen als Damen Shipyards, IHC, Conoship, Jumbo Shipping, Scheepswerf De Hoop en vele anderen. In sommige gevallen gaat het om een volledige rompoptimalisatie, terwijl in andere gevallen specifiek wordt ingezoomd op één onderdeel, zoals een bulb-optimalisatie of het vinden van een bron van trilllingen. CFD was ook onmisbaar in de ontwikkeling van de Hull Vane®. Dit is een draagvleugel om energie te besparen op snelle waterverplaatsers, uitgevonden door Piet van Oossanen. Doordat de stroming  in CFD zichtbaar is op een afstand van de romp, en doordat er geen schaaleffecten zijn, kon de Hull Vane® veel beter en kosteneffectiever ontworpen worden voor elk individueel schip. Ondanks de mogelijkheden van CFD zijn de ingenieurs van Van Oossanen nog regelmatig in de sleeptank te vinden, bijvoorbeeld voor het onafhankelijk valideren van prestaties, voor R&D werk en voor zeegangs- en manoeuvreerproeven, die nog steeds te veel rekentijd vergen in CFD als men betrouwbare resultaten wil.

Niels Moerke: “We hebben altijd onze expertise beschikbaar gesteld aan onze klanten, maar we merkten dat voor kleine studiebureaus wereldwijd de drempel naar CFD toch te hoog was, omwille van kosten en tijd. CFD is iets wat een grote investering vergt in software, hardware en personeel. Als je het probeert half te doen, krijg je vaak onbetrouwbare resultaten. Daarom hebben we de website www.cfdanalysis.com in het leven geroepen in 2016. Via een makkelijke interface stelt deze site onze eigen CFD procedures – die we gevalideerd hebben en waarvan we weten dat de resultaten betrouwbaar zijn – ter beschikking van iedereen wereldwijd, met als enige beperking dat de rompvorm uit één oppervlak moet bestaan (uitgezonderd dek en achtersteven). Een CFD run wordt betaald per creditcard en de resultaten zijn binnen enkele dagen binnen. Dit geeft naval architects een nauwkeurige weerstandsvoorspelling in een vroeg stadium. Men kan zo ook makkelijk verschillende varianten met elkaar vergelijken.”

Van Oossanen Fluid Dynamics zal op Europort Maritime te bezoeken zijn op stand 8.005. Het bedrijf zal de mogelijkheden van CFD laten zien, inclusief nieuwe ontwikkelingen zoals studies naar zeegangsgedrag, windstudies e.d.

Share this article

Follow Maritiem Nieuws.nl

Carrière>

Events>

<< Dec 2019 >>
MTWTFSS
25 26 27 28 29 30 1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26 27 28 29
30 31 1 2 3 4 5
Geen evenementen Geen evenementen