Kavitationsmesstechnik, Projekt KonKav

Das BMWI-Verbundvorhaben Forschung zur Korrelation von Kavitationseffekten und Erosion unter Berücksichtigung von Wassereigenschaften und Nachstrom (KonKav) beschäftigt sich mit dem Einfluss der Wasserqualität auf die Kavitation von Schiffspropellern. Zielstellung ist es, ein Prognoseverfahren zur Vorhersage von Kavitationserscheinungen an Schiffspropellern zu entwickeln. Die erste Phase des Projektes KonKav I ist 2009 und die zweite Phase KonKav II 2011 gestartet.

Abb.: Modellpropeller mit Luftblasen im Kavitationstunnel (links) und
Lasermesstechnik am realen Schiffspropeller (rechts)

Im Rahmen eines Teilprojektes in KonKav I werden am Institut für Allgemeine Elektrotechnik laseroptische Messsysteme entwickelt und eingesetzt um in-situ die Strömungsgeschwindigkeit und Konzentration von Luftblasen und Feststoffpartikeln in Kavitationstunneln für die Propellerzuströmung zu bestimmen. Herausforderungen dabei sind die Unterscheidung der Partikelart und Partikelform in der Strömung, die quantitative Konzentrationsbestimmung, die Partikelgrößenbestimmung sowie der eingeschränkte optische Zugang in den Kavitationstunneln. Weiterhin werden die Kavitationserscheinungen am und nach dem Propeller mittels verschiedener Abbildungstechniken quantitativ charakterisiert.

Die Messverfahren werden in Kavitationstunneln der Universität Rostock und der TU Berlin getestet, um dann in den Kavitationstunneln der Projektpartner Hamburgische Schiffbau-Versuchsanstalt und Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam eingesetzt zu werden. Die Ergebnisse dienen als Eingangs- und Validierungsdaten für die Erstellung eines numerischen Prognoseverfahrens beim vierten Partner, dem Institut für Fluiddynamik & Schiffstheorie an der TU Hamburg-Harburg.

In KonKav II sollen die am Modell gewonnenen Daten und numerischen Berechnungen mit Mess- und Simulationsdaten eines realen Schiffpropeller verglichen werden. Ziel ist es, die Maßstabseffekte experimentell in den Versuchsanstalten und numerisch in den Simulationen zu berücksichtigen. Das Institut für Allgemeine Elektrotechnik rüstet hierfür ein Schiff mit optischer Messtechnik aus, um die Zuströmung zum Propeller sowie die Blasengrößen auf See zu erfassen. Eingesetzt wird ein angepasstes PIV-System mit Laserkalibrierung sowie die IPI-Technik (Interferometric-Particle-Imaging) zur Blasengrößenbestimmung. Herausforderungen hierbei sind der große Arbeitsabstand von maximal 10 m,die optische Zugänglichkeit durch im Rumpf eingebaute Fenster, die damit verbundenen optischen Grenzflächen und Brechungsindexänderungen im Strahlengang sowie die widrigen Bedingungen vor Ort.