Modularisiertes Rechenprogramm zur Ermittlung von Strömungswiderständen in komplexen Abgassystemen

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Horst Rulfs
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. T. Jaguttis
Laufzeit: 01.01.2001 - 31.12.2003

Für den Antrieb sehr schneller Schiffe werden vornehmlich schnelllaufende Hochleistungsdieselmotoren eingesetzt. Die hohe Leistungskonzentration dieser Motoren wurde durch erhebliche Fortschritte in der Abgasturboaufladung erzielt.

Diese Entwicklung hatte zur Folge, dass Motor und Aufladesystem empfindlich auf Abweichungen von den spezifizierten Betriebsbedingungen reagieren. Motorenhersteller begrenzen daher üblicherweise den zulässigen Abgas(gegen)druck hinter Turbolader, um überhöhte thermische Belastungen des Motors und ansteigende Kraftstoffverbräuche zu vermeiden.

Für die Werften erweisen sich diese Vorgaben immer häufiger als problematische Einschränkung bei der Konstruktion von Abgasanlagen. Aufgrund beengter Einbaubedingungen und aus Kostengründen werden die Rohrleitungsquerschnitte in der Regel so klein wie möglich ausgeführt. Dies setzt jedoch die genaue Kenntnis der Druckverluste im Abgassystem voraus.

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurde daher ein modulares Berechnungsprogramm entwickelt, mit dessen Hilfe sich die Strömungswiderstände von komplexen Abgassystemen ermitteln lassen. Eine Komponentenbibliothek aller gängigen Bauteile ermöglicht die schnelle Modellierung und Berechnung der Abgasanlagen bereits im Projektierungsstadium. Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Komponenten werden dabei erfasst. Eine Überprüfung der Simulationsergebnisse wurde anhand von Bordmessungen an ausgeführten Abgasanlagen durchgeführt.

Ein weiterer Teil des Projekts umfasste umfangreiche Untersuchungen der Strömungsvorgänge an Unterwasser-Abgasaustritten. Mit verschiedenen Modellansätzen wurde überprüft, ob sich die numerische Strömungssimulation (CFD) als Werkzeug zur Berechnung des Drucks an Unterwasseraustritten eignet.