Hon vill få propellrar och skrov att arbeta optimalt ihop

Att få propeller och skrov att fungera optimalt ihop har alltid varit ett problem inom sjöfarten. Men Jennie Andersson har en lösning. I sin licentiatavhandling presenterar hon en beräkningsmetod som kan få ett fartyg att spara upp till tio procent av sin bränsleförbrukning.

Propellern kan ha optimal dragkraft i fritt strömmande vatten. Skrovet kan vara utvecklat för att göra minsta möjliga motstånd. Ändå fungerar de inte tillsammans.
– I själva verket kan ett skrov med högre motstånd ge bättre operationsförhållanden för propellern så att den totala energiförbrukningen blir lägre, säger Jennie Andersson, doktorand vid Mekanik och maritima vetenskaper på Chalmers.

Problemet är att propellern i regel sitter längst bak på ett fartyg. Det innebär att vattenflödet till den påverkas av skrovet, medan propellern i sin tur påverkar flödet kring skrovet eftersom den suger massa vatten. För att mäta effektiviteten i systemet används än idag ett 130 år gammalt sätt, baserat på modelltester, där interaktionseffekterna delats upp i fasta matematiska faktorer.
– Ingen förstår de där siffrorna. De säger ingenting om de fysiska förhållandena, om flödet generellt och det verkliga samspelet mellan komponenterna. De kan inte användas för att analysera eller förbättra ett system.

Men det kan den metod som Jennie Andersson utvecklat och presenterar i sin licentiatavhandling som hon försvarar den 30 november. Den bygger på strömningsberäkningar, så kallad CFD (Computational fluid dynamics).
Det är inget nytt. Redan på 80-talet försökte man göra liknande beräkningar, men kruxet är att det kräver mycket datorkraft.
– Det är först nu det börjar bli möjligt och det pågår en transition i branschen från mest modelltester till mer och mer strömningsberäkningar, säger Jennie Andersson.

Hennes metod uttrycker propellerns effekt i olika flödeseffekter. En effekt är till exempel axiell kinetisk energi (vatten som accelereras i rätt riktning, alltså motsatt den riktning man vill färdas) en annan transversell kinetisk energi (vatten som går i fel riktning). Det nya är dock att metoden också mäter och tydligt kan visa systemets friktionsförluster, så kallade viskösa förluster.
– Metoden ger en helhetssyn av systemet. Det är egentligen en ganska enkel metod som bygger på Reynolds transportteorem. Men ingen har applicerat det på propeller och skrov tidigare på detta sättet.

Till skillnad från tidigare gör metoden det nu möjligt att räkna ut hur propeller- och skrovsystem fungerar, inte bara i modellskala, utan också i fullskala. Något som branschen förstås är intresserad av.
– Ett stort problem idag är att man installerar ESDs, energy saving devices, utan att ha riktig förståelse för hur de funkar installerade på fartyget. Man kan använda den här metoden för att analysera dem och förhoppningsvis spara onödiga miljonutlägg.

Hur mycket man kan spara exakt på bränsleförbrukningen är svårt att säga, menar Jennie Andersson.
– Det är väldigt lite att spara på en propeller i fritt inströmmande vatten. Då pratar vi tiondels procentenheter. Samma sak gäller för skrovet, men på systemet som helhet blir besparingarna betydligt större. Då pratar vi i många fall om allt från några till upp till 10  procent.

Det finns dock ytterligare ett problem inbyggt i branschen. Propeller- och skrovsystem kommer inte i ett utan skrovet tillverkas av en leverantör, propellern av en annan och rodret kanske av en tredje.
– Det innebär att det inte finns någon person i kedjan som sitter på alla geometrier, vilket gör det svårt att optimera systemet som helhet. Någon part i kedjan måste ha tillgång till alla komponenter om det ska fungera. Det är den stora nöten att knäcka, säger Jennie Andersson.