Utviklingen av numeriske metoder for prediksjon av undervannsutstrålt støy fra marine propeller i ProNoVi-prosjektet har resultert i følgende automatiserte CFD-verktøy som kan brukes på forskjellige stadier av designprosessen:
- Simulering av skipsmotstand med utvinning av informasjon vedrørende tidsvarierende nominelt våknefelt;
- Simulering av skipsfremdrift (propulsjon) ved bruk av en forenklet modell av propell representert av en aktuator disk med uttak av effektivt våkenfelt på propellen;
- Åpentvannspropellsimulering med prediksjon av kavitasjon ved bruk av faseoverføringsmodellering, og prediksjon av utstrålt støy ved bruk av Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) akustisk analogi.
- Simulering av skipsfremdrift (propulsjon) med prediksjon av kavitasjon og utstrålt støy ved bruk av de samme metodene; fri overflate kan også inkluderes i analysen.
De nevnte numeriske metodene har blitt validert mot de eksperimentelle dataene som ble innhentet under ProNoVi-testkampanjene ved de to modelltestanleggene. Metodene har blitt brukt til analyse av propellkavitasjon og akustisk ytelse for flere skipsdesign studert i prosjektet. Ettersom de er basert på den siste utviklingen av flerfasestrømningsmodeller og akustiske modeller, og implementerer Scale Resolving Simulation-tilnærming til modellering av turbulens, blir de utviklede verktøyene sett på som et betydelig steg utover state-of-the-art i industrielle CFD-simuleringer. Det er av praktisk betydning at nevnte verktøy kommer i form av automatiserte maler som reduserer innsatsen knyttet til for-, etterbehandling og utførelse av slike simuleringer betydelig. De utviklede numeriske metodene kan også brukes til analyse av akustisk ytelse til andre bladsystemer som for eksempel vindturbiner og tidevannsturbiner, som er en viktig del av den miljøorienterte designtilnærmingen. Med denne utviklingen realisert, gir prosjektet ProNoVi et betydelig bidrag til de overordnede målene for Green Platform Initiative av RCN og EUs Green Deal Initiative.
The project ProNoVi has significantly contributed to the improvements of the experimental and numerical methods to the prediction of noise radiated by ship propulsion systems. This has resulted in better services offered by the R&D providers such as SINTEF Ocean in the field of marine hydroacoustics. Practical experience gained by the industrial partners (Helseth AS) ensures advancement in the design of propellers, rudders and appendages, leading to more environment friendly solutions. The numerical developments in ProNoVi reveal a clear interdisciplinary impact, since the same methodology is applicable to the analysis of noise emitted by tidal energy devices, wind turbines or aircraft propellers. The international collaboration has further strengthened long-term ties between the research and industrial partners from Norway, Germany and Italy, provided platform for new joint initiatives on European arena, and increased visibility of project results to the main stakeholders.
Efficient mitigation of noise and vibrations induced by ships and propellers is seen today as one of the key technologies in achieving the goal of environment friendly shipping worldwide. The propeller cavitation noise is identified as the dominating noise source in the low frequency band of emission, which coincides with important frequencies of perception of baleen whales and fish and thus may have negative impact on their natural activities. The highest levels of on-board noise are frequently noted in the same lower-frequency bands representing health hazards and compromising safety and comfort for crew and passengers. The noise emissions at higher frequencies may interfere with acoustic sensors used by naval, research and oceanographic vessels and underwater monitoring systems.
The project ProNoVi is a joint research initiative by SINTEF Ocean (Norway), TUHH (Germany), CNR INSEAN (Italy), Lürssen (Germany), Schottel (Germany) and Helseth (Norway) within the MarTERA ERA-NET Cofund program. Its overall objective is to improve the numerical and experimental methods for the prediction of noise and vibrations induced by a propeller operating behind ship hull in full scale conditions, and to elaborate practical recommendations for the reduction of noise and vibration levels for single and twin-screw vessels of different size and speed range.
In addressing this complex, multidisciplinary problem, the project aims at delivering a better understanding of fundamental physical mechanisms related to turbulence, induced vorticity and cavitation dynamics which play a decisive role in generation of tonal and broadband propeller noise.
The design oriented tools and advanced CFD methods developed in the project will be used by the researchers and ship and propeller designers, while findings and recommendations are expected to contribute into the development of noise mitigation guidelines by the classification societies.
Budsjettformål:
MAROFF-2-Maritim virksomhet og offshore operasjoner 2