Schroefstraalbelasting onderzoeksprogramma (SOP)

Samenvatting project

Het SOP is een bouwsteen van de bredere roadmap van Rijkswaterstaat, industriële partners en kennisinstellingen voor
onderzoek naar de stroomsnelheden en erosie veroorzaakt door schroefstralen van schepen. Het doel van de roadmap is om de belangrijkste ontwerpformules uit PIANC report 180 (2015) voor boegschroeven voor deze snelheden te
optimaliseren en specifiek te maken voor het ontwerp van bodembeschermingen. De fysische processen die ten grondslag liggen aan deze ontwerpformules zijn nog onvoldoende begrepen, waardoor de betrouwbaarheid en het toepassingsbereik van de huidige richtlijnen beperkt zijn. In dit PPS-project willen we de fysische kennis van schroefstraalbelastingen in relatie tot bodembeschermingen verbeteren door een combinatie van in-situ metingen op ware schaal, schaalmodelproeven in het laboratorium en een serie Computational Fluid Dynamics (CFD) berekeningen. In 2020 is er een ware grootte meetcampagne uitgevoerd. Deze metingen breiden we uit met een serie schaalmodelproeven en CFD berekeningen voor situaties die we niet op ware schaal kunnen meten. De verwachting is dat we met deze kennis de ontwerprichtlijnen voor bodembeschermingen kunnen aanscherpen en bovendien beter kunnen onderbouwen. Het schrijven van de nieuwe richtlijnen vindt plaats buiten het PPS-project door de CROW in samenwerking met een reeds opgerichte CROW-werkgroep bestaande uit vertegenwoordigers van Rijkswaterstaat, industriële partners en kennisinstellingen. De verwachte impact van het project is dat met de ontwikkelde kennis bodembeschermingen efficiënter en duurzamer kunnen worden aangelegd en onderhouden. Daarnaast wordt schade en downtime van kades voorkomen als een adequate bodembescherming kan worden aangelegd.

Doel van het project

Het doel van het PPS-project is om de fysische processen in termen van stroomsnelheden van boegschroeven in relatie tot ontgronding en deze kennis toepasbaar te maken voor nieuwe ontwerprichtlijnen voor bodembeschermingen. Dit doen we door een combinatie van in-situ metingen schaalmodelproeven en CFD berekeningen. In 2020 zijn er ware grootte proeven uitgevoerd naar de uitstroomsnelheden als gevolg van het gebruik van een boegschroef. In 2021 wordt het PPS budget gebruikt om deze dataset aan te vullen met schaalmodelproeven en CFD berekeningen. Op basis van de kennis die voortkomt uit de combinatie van de in-situ metingen schaalmodelproeven en CFD-berekeningen kunnen de nieuwe ontwerprichtlijnen worden ontwikkeld.

Motivatie

Ervaringen met het ontwerp van bodembeschermingen volgens de bestaande ontwerprichtlijn hebben laten zien dat de richtlijn resulteert in een zwaardere bodembescherming dan noodzakelijk. Daarom heeft RWS een roadmap opgezet die moet resulteren in een nieuwe ontwerprichtlijn zodat optimaal gebruik gemaakt wordt van financiële middelen en grondstoffen t.b.v. bodembescherming. Omdat het om veel en zwaar materiaal gaat en over grote transportafstanden levert dit kostenbesparingen en voordelen voor het milieu op. Het PPS-project richt zich op het onderzoek dat noodzakelijk is voor het opstellen van de nieuwe richtlijn. Het opstellen van de richtlijn zelf valt buiten het PPS-project en wordt opgepakt door de CROW en de reeds opgericht CROW-werkgroep

Locatie

Delft

Uitgevoerde acties

We gaan schaalmodelproeven in combinatie met CFD berekeningen uitvoeren. De situaties zoals gemeten in het veld kunnen dienen als basis van de te beschouwen situaties zodat een goede vergelijking gemaakt kan worden tussen full-scale modelschaal en numerieke resultaten. In de schaalmodellen (uitgevoerd door Deltares) kunnen we PIV (Particle Image Velocimetry) technieken gebruiken om het gehele stroomveld te meten zodat een goede validatie van de CFD berekeningen uitgevoerd kan worden. Dit maakt het uitvoeren van deze metingen een toevoeging op de eerder uitgevoerde schaalmodelproeven (in 2014). Naast stroomsnelheidmetingen doen we bollard pull metingen en wordt het koppel op de schroefas gemeten om de efficiency van de (model) schroef te kunnen vergelijken met de CFD resultaten en ware grootte. In de CFD berekeningen (uitgevoerd door MARIN) wordt allereerst geverifieerd ofde geproduceerde stuwkracht en het opgenomen vermogen overeenkomen met de gemeten waarden. Vervolgens worden de berekende in- en uitstroomsnelheden van de boegschroef en de drukken op de bodem vergeleken met de proeven.

Verwachtte resultaten

1. Rapportage schaalmodelproeven in relatie tot in-situ metingen (Deltares) - 2022
2. Rapportage CFD berekeningen in relatie tot in-situ en schaalmodelberekeningen (MARIN) - 2022
3. Gezamenlijke wetenschappelijke publicatie over modelproeven en CFD berekeningen - 2022

Innovativiteit

Tot nu toe zijn er een aantal keren schaalmodelproeven en CFD berekeningen uitgevoerd naar de uitstroom snelheden en optredende drukken als gevolg van het gebruik van (boeg)schroeven. Er is aangetoond dat op diep water en zonder belemmeringen van kades of sluisdeuren de uitstroom van een schroef heel goed met CFD berekend kan worden en we de fysische processen voldoende begrijpen. Echter op ondiep water en in de buurt van een kade vinden we grote verschillen tussen de gemeten en berekende drukken en snelheden. Dit kan komen door demethode van modelleren maar ook door aflopende caviterende of niet-caviterende wervels. Om de 3D stroompatronen te meten in de schaalmodellen maken we gebruik van de innovatieve meetmethode PIV (Particle Image Velocimetry).Dergelijke metingen en onderzoek zijn nog nooit gedaan en daarom is dit onderzoek uniek.

Valorisatie

Rapportage modelproeven (Deltares) & CFD berekeningen (MARIN)
- De resultaten worden gebruikt door de CROW om een nieuwe ontwerprichtlijn op te stellen. Deze richtlijn kan worden gebruikt door infrastructuurbeheerders (RWS, havenbedrijven) en aannemers om efficiëntere & duurzamere bodembescherming te ontwerpen en aan te leggen
- De reeds opgerichte CROW werkgroep schroefstralen (met afgevaardigden van infrastructuurbeheerders, aannemers en kennisinstellingen) d.m.v. werkgroepbijeenkomsten en opstellen richtlijn.

Gezamenlijke publicatie in vakblad of joural over modelproeven en CFD berekeningen.
- De waterbouwsector om de kennisbasis van bodembescherming verder te ontwikkelen
- Deltares en MARIN d.m.v. schrijven van publicatie in vakblad, journal of conference proceeding

Hoe gaan de participanten van het project om met intellectueel eigendom dat voorkomt uit deze projecten?

Alle partijen krijgen alle resultaten van het Project ter beschikking. De resultaten van de samenwerking kunnen breed verspreid worden. Partijen kunnen over deze resultaten vrijelijk publiceren. De resultaten zullen volledig openbaar beschikbaar zijn, met uitzondering van ter beschikking gestelde achtergrondkennis.

Op welke wijze wordt de informatie over dit project op eenvoudige wijze voor het algemene publiek kenbaar gemaakt (beschrijving van het onderzoek, deelnemers en de planning en voortgang)?

De informatie over dit project wordt kenbaar gemaakt via de website van de TKI Deltatechnologie (projectbeschrijving) en de projectwiki van Deltares (projectvoortgang en resultaten).

Projectvoorwaarden

Na de datum waarop deze Overeenkomst in werking is getreden, maar uiterlijk tot een jaar voor de beoogde datum waarop het Project zal zijn voltooid, kunnen ondernemers en/of onderzoeksinstellingen, die op het terrein van het relevante subsidieprogramma van het TKI werkzaam zijn alsnog als Partij toetreden. Een later toetredende Partij zal een nader overeen te komen bijdrage in kind en/of in cash moeten leveren die in redelijke verhouding staat tot zijn relatief aandeel in het Project na toetreding. De overige Partijen ontvangen vervolgens naar rato een terugbetaling en/ of gedeeltelijke vrijstellingen van hun nog te leveren bijdrage in kind, voor zover niet besloten wordt de bijdrage van de later toetredende Partij aan het projectbudget toe te voegen.

Projecteigenaar en projectleider(s)

Projecteigenaar:
Hans Groot
Projectleider(s):
Arne van der Hout

Partners

  • BAM Infraconsult B.V.
  • DEME Infra NL B.V.
  • Havenbedrijf Rotterdam
  • North Sea Port Flanders
  • Rijkswaterstaat Utrecht
  • Stichting Deltares (Delft)
  • Stichting Maritiem Research Instituut Nederland (Marin)
  • TKI Deltatechnologie

Resultaten

Schroefstraalbelasting onderzoeksprogramma (SOP)-2023-1

Resultaat type
Product-/Proces Deliverables
Omschrijving

Physical scale model tests report

Wetenschappelijke publicatie?

Schroefstraalbelasting onderzoeksprogramma (SOP)-2023-1

Resultaat type
Product-/Proces Deliverables
Aantal
1
Omschrijving

Draft report

Wetenschappelijke publicatie?

Schroefstraalbelasting onderzoeksprogramma (SOP)-2022-4

Resultaat type
Product-/Proces Deliverables
Aantal
5
Omschrijving

Beschikbare resultaten zijn
• Een CFD simulatierapport van MARIN
• Een MSc. Thesis rapport is beschikbaar met veldmeetresultaten
• Twee promotiefilmpjes zijn gemaakt door SmartPort
• Er is een presentatie gegeven over het project op de Ports & Waterway conferentie bij de TUDelft

* Het eindrapport ligt ter goedkeuring en wordt begin april op de publicwiki site gepubliceerd.

Wetenschappelijke publicatie?