Scheepsschroef
In de afbeelding zie je een scheepsschroef. De bijbehorende CFD-kleuren hebben te maken met de vloeistofsnelheid rond het schip en de schroef. Rood geeft een hoge waarde aan, blauw een lage waarde en groen er tussen in. CFD-kleuren hebben niet altijd dezelfde waarde. Er moet dus altijd een legenda bij staan met zowel de naam van de variabele als de waarde die bij elke kleur hoort.
- Wat betekent CFD?
- Waar is de snelheid het grootst?
De bovenkant van een vliegtuigvleugel is boller dan de onderkant. De luchtstroming moet het profiel zo goed mogelijk volgen en zal aan de bovenkant meer moeten afbuigen dan aan de onderkant. Door de scherpe achterrand van de vleugel, die schuin naar beneden is gericht, wordt dit mede gerealiseerd.
- Leg uit dat er op de vleugel een liftkracht ontstaat.
- Aan welke kant is de luchtdruk het kleinst?
- Waarom moet de achterrand scherp zijn?
De liftkracht kun je ook ervaren door een vel papier in een horizontale luchtstroom van een ventilator te houden. Als je het achterste einde naar beneden drukt ervaar je deze liftkracht.
- Voer de proef uit.
Om wervelingen en loslaten van de luchtstroom te voorkomen gebruiken vogels opgekrulde veren aan de vleugeleinden.
- Wat is de functie van een winglet bij vliegtuigen?
Schroeven zijn een belangrijke bron van geluid en trillingen aan boord, als gevolg van cavitatie. Als een scheepsschroef met hoge snelheid door het water draait, treedt er aan de voorkant van de schroefbladen drukverlaging op en ontstaan er bellen gevuld met waterdamp. We noemen dit verschijnsel cavitatie. Deze bellen verdwijnen ook weer, alleen ze ontploffen (exploderen) niet, maar ze ploffen in elkaar (imploderen). Dit voortdurend imploderen geeft drukgolven die het hele achterschip kunnen doen trillen en binnenboord geluidsoverlast kunnen veroorzaken.
Door cavitatie worden ook de schroefbladen zelf aangetast.
- Leg dit uit.
Door een zo goed mogelijk hydrodynamisch ontwerp kan cavitatie en de hierdoor veroorzaakte schade zo veel mogelijk worden beperkt. Dit ‘beste ontwerp’ is voor iedere combinatie van schip en schroef weer anders. In een Cavitatietunnel worden scheepsschroeven getest. De schroef wordt bevestigd op een dynamometer zodat er met diverse toerentallen (snelheden) gemeten kan worden. Op deze manier kan vastgesteld worden op welk moment er cavitatie ontstaat. Cavitatie is met het blote oog moeilijk te zien. Er wordt een camera gebruikt. Met een gewone videocamera maak je ongeveer 25 beelden per seconde. Om cavitatie zichtbaar te maken, moet je veel sneller opnamen en vervolgens langzaam afspelen. Daarom wordt een high-speed camera gebruikt die met gemak 250.000 beelden per seconde kan maken.
- Leg dit uit.
Om de stuwkracht van scheepsschroeven te verbeteren, worden veel schepen tegenwoordig voorzien van zogeheten Energy Saving Devices (ESDs), zoals statoren, stilstaande schroeven waarvan de schoepen het water een tegengestelde rotatie geven ten opzichte van de schroef, zodat er na het passeren van de schroef geen of minder rotatie in de stroming achterblijft.
- Leg de werking van een stator uit.