CFD-metoder för att studera turbulenta vakar bakom ubåtar och ytfartyg - En litteraturstudie

Inom FoT-projektet Undervattenssignaturer finns ett behov att simulera kölvatten (vakar) långt nedströms fartyg och ubåtar, för att kunna bedöma hur långt bakom ett fartyg eller en ubåt som vaken riskerar att röja plattformen under olika förhållanden. En litteraturstudie har genomförts för att identifiera lämpliga simuleringsmetoder och här presenteras tre intressanta metoder: spatial 3D, samt temporal 3D+t och 2D+t. I 3D metoden utförs först en simulering av det objekt som genererar vaken, den så kallade vakgeneratorn, och data från ett tvärsnitt i närvaken används som inloppsrandvillkor till en separat vaksimulering med lång beräkningsdomän. En effektivare metod är temporala 3D+t simuleringar, där vakens utveckling simuleras i en kort beräkningsdomän med periodiska randvillkor. Initialtillståndet kan tas från en simulering av vakgeneratorn eller från en syntetisk vakrepresentation. En ännu effektivare temporal metod är 2D+t, där bara ett tvärsnitt av vaken simuleras. Slutsatsen är att 3D+t metoden är av störst intresse att utvärdera. Metoden förväntas med överkomliga beräkningsresurser kunna studera de fluktuationer i vaken som sensorer kan upptäcka. Först bör metoden utvärderas initierad med en separat simulering av vakgeneratorn. Senare är det av intresse att initiera den med ett medelfält och syntetiska turbulenta fluktuationer från en RANS simulering av vakgeneratorn. 2D+t metoden är av intresse för att studera hur storskaliga strukturer nedströms fartyg påverkar omfördelningen av ytaktiva ämnen, vilket under vissa förhållanden kan detekteras med syntetisk aperturradar tiotals kilometer nedströms fartyget.