National Transport Library Research Database

Reduction of underwater noise from ships by propeller surface roughness - utilization of RoughProp

  • Bensow, Rickard
  • Chalmers tekniska högskola AB, Universitet eller högskola, 556479-5598
Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2020-03-01 -- 2021-02-28 Registration number:
  • Trafikverket 2019/119633
Subject(s): Abstract: Utstrålat undervattensbuller (URN, efter engelskans Underwater Radiated Noise) från sjöfart har fått ökad uppmärksamhet som ett miljöproblem (Götz 2009, Jalkanen 2018). Det finns tydliga bevis på skadlig påverkan från URN på marint djurliv, framför allt relaterat till beteende förändringar, födointag, maskning av ljud och fysiologisk stress. För att möta dessa problem, drev man på IMO under 2014 igenom riktlinjer för att minska buller från kommersiell sjöfart. I dessa noterar man att en stor del, möjligen den största delen, av utstrålat undervattensbuller orsakas av propellerkavitation, och framför allt från spetsvirvelkavitation (TVC, efter engelskans Tip Vortex Cavitation) (IMO 2014, Blom 2017, Bosschers 2018). Åtgärder inom propellerdesign att minska buller står i regel i konflikt med att öka verkningsgraden, så högre krav på minskat buller riskerar att öka utsläppen till luft, som t.ex. växthusgaser, SOx, NOx och partiklar, genom att fartygets bränsleförbrukning ökar. I den första fasen av RoughProp, ett projekt finansierat av Vinnova, demonstrerades möjligheterna att minska TVC, och därmed buller, genom att applicera en liten mängd ytråhet på propellern. Slutsatserna baserades på både experimentella resultat och välupplöst CFD och visade på vilken typ av ytråhet som hade goda effekter och var på bladet den skulle placeras för att på bästa sätt balansera effekterna på TVC och på propellerns verkningsgrad. Målsättning med detta projekt är att utvidga och applicera resultaten från Vinnova-RoughProp till kommersiella propellrar och studera effekten i fullskala vid relevanta operationspunkter för propellern. Studier i både modell- och fullskala kommer att genomföras för att kunna dra slutsatser om realistiska mål för minskat buller. En designmetodik kommer att utvecklas för att göra det möjligt att erbjuda denna typ av bulleråtgärd för kommersiellt designarbete. Abstract: Underwater radiated noise (URN) from shipping is receiving considerable attention as a pollution concern (Götz 2009, Jalkanen 2018). There are clear evidences of harmful impact of URN on the marine wildlife, especially related to behavioral response, foraging, auditory masking, and physical stress. To address the issue the International Maritime Organization (IMO) approved, in 2014, guidelines on reducing underwater noise from commercial shipping. It is noted that much, if not most, of the underwater noise is caused by propeller cavitation, and primarily the tip vortex cavitation (TVC) (IMO 2014, Blom 2017, Bosschers 2018). Design measures to reduce propeller noise and increase efficiency are conflicting, so increased requirements on URN easily lead to increased emissions to air, such as greenhouse gases, SOx, NOx, and particulate matter. In the first phase of the RoughProp project, funded by Vinnova, the capability of applying a small amount of roughness on the propeller surface to mitigate TVC and its radiated noise was demonstrated. The findings, which were supported by experimental measurements and high-fidelity CFD methods, paved the path on how the roughness should be applied in order to balance TVC mitigation and performance degradation of a propeller. The main goal of this project proposal is to extend the results from the Vinnova-RoughProp project to relevant commercial propeller designs and study the effect in full scale at relevant operating conditions. Studies will be performed in both model and full scale in order to extrapolate expectations on realistic goals for reduced noise. A design methodology will be developed to enable commercial offerings for this kind of noise mitigation technique.
Item type: