Sloshing-Anlage
Gefördert von der DFG und dem Land NRW Sloshing-Anlage (6DOF)
Dr.-Ing. Jens Neugebauer
Mit Hilfe der Sloshinganlage wird die Bewegung eines Schiffes simuliert, wobei ein darauf befestigter Kunststofftank dessen Ladetank repräsentiert. Ladetanks für Flüssigkeiten werden technisch bedingt nie vollständig gefüllt. Wird die Ladung durch die Tankbewegungen zum Schwappen angeregt, spricht man von Sloshing. Der Grad der Anregung ist sowohl von den Tankbewegungen als auch von deren Frequenzspektrum abhängig. In der Regel werden Spektren verwendet, die denen üblicher Seegänge entsprechen.
Sloshing kann auch bei moderaten Seegängen zu hohen Belastungen der Tanks führen. Im Labor wird die Tankbelastung mit Hilfe messtechnischer Instrumente erfasst und ausgewertet.
Mit der Sloshinganlage werden u. a. Untersuchungen zur Belastung von Flüssiggastanks an Bord von Schiffen durchgeführt. Diese sind für den Transport von Erdgas bei Temperaturen um ‑ 162°C ausgelegt. Andere Tanktypen, Schwimmbecken auf Kreuzfahrtschiffen oder Fahrzeugtanks können ebenfalls Gegenstand von Untersuchungen sein. Die Anlage dient außerdem zur Durchführung von Versuchen, mit denen numerische Verfahren erweitert und validiert werden.
Komponenten der Anlage
Die Anlage besteht aus mehreren Einzelsystemen, welche je nach Aufgabenstellung einer Versuchsreihe individuell konfiguriert werden:
- Die Stewart-Plattform, auch Hexapod genannt, ist das Herzstück der Anlage. Mit ihr können Versuchstanks mit einer Gesamtmasse von bis zu 1200 kg in 6 Freiheitsgraden bewegt werden. Der Hexapod verfügt außerdem über ein integriertes System zur Positionsmessung.
- Die Versuchstanks bestehen im Gegensatz zu den großen Originalen aus dickwandigem Plexiglas und ermöglichen so eine gute Beobachtung der Strömungsvorgänge. Jeder Tank ist mit einer Vielzahl von Sensorfeldern ausgerüstet, die mit Sensoren, z. B. zur Druckmessung bestückt werden können.
- Drucksensoren und Wellensonden können bei Bedarf in Sensormodule und Tanks eingebaut werden, um Druckverläufe und die Bewegung der Wasseroberfläche zu verfolgen.
- Ein Messverstärker kann sämtliche Messkanäle mit einer Rate von bis zu 100.000 Messwerten/Sekunde/Kanal aufzeichnen.
- Zwei High-Speed Kameras können die Bewegung von Tank oder Flüssigkeit bei Bedarf aufzeichnen.
- Ein Stereo Particle-Image-Velocimetry (PIV) System ermöglicht die berührungslose Messung von Geschwindigkeiten in verschiedenen Ebenen der flüssigen Phase.
Die Versuche werden im Modellmaßstab durchgeführt. Als Gas- und Flüssigkeitsphase werden Luft und Wasser bei Umgebungstemperatur eingesetzt und später mittels Modellgesetzen auf die Großausführung sowie Erdgas umgerechnet. Die Versuchsdauer liegt je nach Fragestellung zwischen mehreren Sekunden und Stunden. Die Anlage ist weitgehend automatisiert, sodass Messkampagnen von mehreren Wochen durchgeführt werden können.
Förderung
Die Anschaffung der Sloshinganlage wurde vom Land NRW und der DFG im Rahmen eines Großgeräteantrags gefördert.
