Het ontwikkelen van een model voor boegschroefstralen bij verticale kademuren

Abstract

Grote schepen worden steeds vaker uitgerust met grote boegschroeven om beter te kunnen manoeuvreren in havens. Wanneer een schip wegvaart wordt de boegschroef gebruikt om met de voorkant van het schip van de kade weg te draaien. De straal van de boegschroef uit een tunnelbuis wekt een turbulente stroming op die loodrecht tegen een verticale kademuur botst en alzijdig wegstroomt. Vervolgens ontstaan hoge stroomsnelheden boven de bodem. Als de bodembescherming met steenbestorting voor een kademuur niet berekend is op deze hoge stroomsnelheden ontstaat instabiliteit van de stenen. De afgelopen jaren zijn een reeks onderzoeken gedaan naar de belasting van boegschroefstralen op verticale kademuren. Deze zijn gebaseerd op proeven uit de praktijk en op fysische (laboratorium) modellen. De problemen hierbij waren dat de uitkomsten van de proeven moeilijk te verifin waren. In het fysische model heeft men te maken met beperkingen aan de afmetingen, waardoor verstoringen in het stroombeeld zouden kunnen ontstaan. Het doel van dit onderzoek is een numeriek (computer) model te ontwerpen, waarbij de mogelijkheid bestaat om verscheidene configuraties van dit probleem door te rekenen. Hierna wordt dit model gevalideerd in een fysisch model. In eerste instantie wordt uitgegaan van een grote domeinruimte waarin het hele schip met boegschroef wordt geplaatst. In deze domeinruimte wordt een vergelijking gemaakt tussen een open domein (aan- en afvoer van water van en naar het domein) en een gesloten domein (geen aan- en afvoer). Hieruit blijkt dat een gesloten fysisch model een redelijk goed beeld geeft van een open stroming. Het gesloten domein wordt afgebakend tot een optimaal domein (het kleine domein). Uit berekeningen in het model blijkt dat verstoringen van de stroomsnelheidwaarden, die optreden door circulatiestroming, minimaal zijn. Hieruit wordt geconcludeerd dat met het kleine domein berekeningen kunnen worden gemaakt voor deze specifieke situatie en vergeleken mogen worden met een situatie in een fysisch model. Het numerieke model komt in een 1:1 vergelijking met het fysische model niet goed overeen. In beide modellen moeten aanpassingen worden gedaan om een gevalideerde berekening te maken die aangeeft hoe betrouwbaar het numerieke rekenmodel is.