Free surface shear flow model for bow vortices phenomena
Creators: name: Raheja, Lajpat Rai
Publisher: name: TUHH Universitätsbibliothek
Year: 1986
Subjects: classificationCode: 52.00
subject: Maschinenbau, Energietechnik, Fertigungstechnik: Allgemeines

description: Der Auslöser für diese Untersuchung waren im Institut vorausgegangene Schleppversuche mit teilgetauchten Kreiszylindern, bei denen Bugwirbel vor dem Schleppkörper unmittelbar unter der freien Wasseroberfläche beobachtet wurden. In dieser Arbeit wurde versucht, eine theoretische Erklärung für dieses Phänomen zu finden. Dazu wurde die ebene Strömung unter der freien Wasseroberfläche vor einem quer zu seiner Achse halbgetaucht geschleppten horizontalen Kreiszylinder mit Hilfe eines Grenzschichtansatzes berechnet. Die durch viskose Kräfte an der (leicht) gekrümmten freien Wasseroberfläche erzeugte Vortizität verbleibt in einer dünnen Grenzschicht, während darunter im wesentlichen Potentialströmung herrscht. Die Berechnungen ergaben, dass die Strömung auf der freien Oberfläche (im mitbewegten Koordinatensystem) mit Annäherung an den Zylinder allmählich abgebremst wird, bis sich schließlich das Vorzeichen Umkehrt und eine Sekundärströmung in der Gestalt eines Bugwirbels entsteht, während die Primärströmung unter dem Zylinderhindurchfließt. Der berechnete Ablösepunkt der Grenzschicht an der freien Oberfläche wandert zwar mit zunehmender Froudezahl nach vorn, liegt jedoch im Vergleich zum Experiment viel zu nahe vor dem Zylinder. Möglicherweise sind Stabilitätsbetrachtungen erforderlich, um das theoretische Strömungsmodell zu verbessern.
description: Free surface shear flow model for bow vortices phenomena Institut fur Schiffbau, Hamburg showed that when a horizontal circular cylinder is towed semisubmerged at a uniform speed, there exists a free surface shear layer ahead of the cylinder. The deceleration of the fluid particles in the free surface boundary layer gives rise to vortices before the body and a free surface separation point which separates the vortex zone Dear the body from rest of the flow. These observations provided an explanation to the origin of the phenomenon of bowwave-breaking which occurs as vortical motion ahead of the ships with usually blunt bows and extends all around the hull commonly called as necklace vortex. In the present study an attempt is made to formulate a shear flow-model for the free surface flow ahead of the cylinder in the framework of boundary layer theory in order to provide a theoretical analysis to the experimental observations. The vorticity generated due to viscous forces at the boundary is assumed to be concentra ted in a thin free surface boundary layer while the flow underneath this layer is assumed to be potential. Karman-Pohlhausen method is used to solve the two dimensional boundary layer equations in curvilinear coordinates. The boundary layer profile is assumed to be a cubic satisfying stress and velocity conditions at the boundary. The velocity defect in that boundary layer is assumed to be relatively small in order to simplify the problem. The free surface configuration which needed to be prescribed for the computations is substituted from that of constant pressure surface of the double body flow without satisfying any kinematic condition.