Seit vielen Jahren liefert CFX modernste Software zur Strömungssimulation für die Schiffbauindustrie. CFX wurde unter anderem erfolgreich eingesetzt zur

• Berechnung der transienten Strömung durch die Wechselwirkungen zwischen Rumpf und Propeller,
• Vorhersage der Wellenbildung und -ausbreitung an freien Oberflächen,
• Analyse der Feuer- und Rauchausbreitung auf Schiffen und Ölplattformen sowie
• Optimierung von Turbomaschinen, wie z.B. Pumpen, Ventilatoren und Verdichter.

Durch ein neues „Rigid Body Motion“ Modul ermöglicht CFX darüber hinaus die effiziente Simulation von Problemstellungen mit frei schwimmenden Körpern.

In einer langjährigen Partnerschaft arbeiten CFX und die Schiffbau-Versuchanstalt in Potsdam an der Weiterentwicklung der CFX-Software zur Simulation der komplexen Interaktion zwischen dem Schiffsrumpf und dem Propeller. Von speziellem Interesse ist dabei die transiente Strömung, die sich aufgrund des rotierenden Propellers im Nachlauf des Rumpfes ergibt.

Berechnungen mit den verschiedenen Rotor-Stator Wechselwirkungsmodellen von CFX haben gezeigt, dass die Simulation mit einem zeitabhängigen Rotor-Stator Interface eine deutlich höhere Genauigkeit liefert als mit den üblicherweise angewendeten stationären Modellen.

Der transiente Ansatz erlaubt außerdem die Berechnung der Druckschwankungen auf Rumpf und Ruder, die Hauptursache für Lärm und Vibrationen des Schiffes.

Zur Simulation von freien Oberflächen wird die VOF (Volume of Fluid) Methode verwendet, die eine Variante der Euler-Euler Mehrphasenmodellierung ist. ANSYS CFX nutzt ein sehr genaues Diskretisierungschema („compressive discretisation“), das für eine scharfe Abbildung der freien Oberfläche für stationäre und instationäre Strömungsfälle sorgt.

Um ihren Titeln beim America´s Cup 2003 erfolgreich zu verteidigen, hat das Team New Zealand mit Hilfe von Computersimulationen eine Vielzahl von kritischen Parametern optimiert. Durch den Einsatz der CFX-Software konnte der Schwerpunkt niedriger gelegt, der Auftrieb der Segel erhöht und der Widerstand des Rumpfes verringert werden.

Nick Holroyd, Designer vom Team New Zealand: „CFD bietet einen wesentlichen Vorteil gegenüber Modellversuchen, da es uns erlaubt, die Luft und Wasserströmung um das Boot zu visualisieren. Dadurch sind wir in der Lage zu verstehen, warum ein Design besser ist als andere und so weiterreichende Verbesserungen zu erzielen.”

Die Änderung von Tiefgang und Trimm eines fahrenden Schiffes durch hydrodynamische Einflüsse wird als Squat-Effekt bezeichnet; seine Stärke ist abhängig vom Tiefgang, der Fahrgeschwindigkeit und der Fahrwassergeometrie.

In einem Anwendungsprojekt für die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW), Karlsruhe, wurde die Fahrt eines Gütermotorschiffs in einem Kanal simuliert und mit Messungen der BAW verglichen. Neben dem Squat-Effekt interessierten vor allem die hydraulischen Belastungsgrößen auf die Sohle und auf das Deckwerk der Böschungen.

Die Fahrt des Gütermotorschiffs MS Main (Länge 105 m, Breite 11 m, Masse 2570 t, Exzentrizität 6,79 m, Geschwindigkeit 2,38 m/s) im Wesel-Datteln-Kanal wurde simuliert. Bug und Heck sanken aufgrund des Squat-Effekts 25 cm bzw. 35 cm ein. Die quantitative Übereinstimmung zwischen Simulation und Messung ist sowohl für Maximalwerte (z.B. Absunk und Wellenhöhe an Bug und Heck) als auch für den räumlichen Verlauf von Wasserhöhe und Geschwindigkeiten sehr gut.

CFX bietet verschiedene Modelle zur Simulation von Bränden und deren Unterdrückung. Diese Modelle können sowohl für stationäre als auch transiente Brände verwendet werden:

• Kinetisch kontrollierte Mehrschritt-Reaktionsmechanismen
• Tröpfchenspray-Modelle
• Plastikbrände
• Wand- und Gasstrahlungsmodelle

CFX wurde unter anderem dazu verwendet, die Auswirkungen von Wind auf ein offenes Feuer auf einer Ölbohrplattform zu untersuchen. Das Ziel war, Druck, Temperatur und Rauchkonzentration in den Rettungsbereichen zu visualisieren und die Menge des eindringenden Rauches zu bestimmen, um die Sicherheit der Besatzung zu gewährleisten.

Derartige Untersuchungen ermöglichen die quantitative Beurteilung der Bedingungen, denen die Besatzung im Falle eines Unfalls ausgesetzt sind. Parametervariationen, z.B. von Windgeschwindigkeit und -richtung können schnell und effizient durchgeführt werden.