Optimierung eines seegangsunabhängigen Ölskimmers durch numerische und experimentelle Analysen

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.