On the Way to Plankton Net Calibration

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1 On the Way to Plankton Net Calbraton Karsten Breddermann, Mathas Paschen Unversty of Rostock, Char of Ocean Engneerng 10th Internatonal Workshop Methods for the Development and Evalaton of martme Technologes DEMaT 11 Splt, October 26th 29th, UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK

2 Otlne Introdcton Methods Reslts Conclson Ftre Work UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 2

3 Introdcton Zooplankton s an mportant lnk n the marne food chan. It connects lower trophc levels lke algea wth hgher trophc levels lke fsh. To dentfy global synchrones n zooplankton poplatons a need for ntercalbraton to docment gear and samplng dfferences arose. Investgate hydrodynamc propertes n an approprate testng faclty, or se comptatonal fld dynamcs (CFD) methods UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 3

4 Introdcton Investgate the hydrodynamcs of plankton nets wth CFD methods. Predct the flow patterns arond and throgh plankton nets wth Reynolds averaged Naver-Stokes (RANS) methods. Asses the method by comparng CFD reslts wth expermental flow nvestgatons done by Tranter & Heron (1968) and Enerhag (2005) UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 4

5 Methods RANS methods provde tme-averaged nformaton abot flow propertes A ANSYS constant ICEM towng CFD velocty 12.0 was was sed ensred to create drng the measrements geometres and n the to generate testng facltes the and, cloggng nmercal effects grd were not consdered. ANSYS CFX 12.0 was sed for pre-processng, solvng and post-processng UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 5

6 Methods - Problems to face Weghts are sed, e. g. WP-2 net: 25 kg lead weght at the end. Assmpton: nets are rgd. Nets are flexble strctres Mesh openng s too small to model each mesh (max. mesh openng approx. 0.5 mm) Physcal propertes of the gaze are smlated by defnng a drectonal pressre loss over a poros body representng the gaze UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 6

7 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 7 Methods - Flows n poros meda, 1 ' ' 2 2 j j j j j S x x x p f x t R R C C S 2 1 Ansys CFX drectonal loss model reqres C R1 and C R2 n the streamwse drecton C R1 lnear resstance coeffcent C R2 qadratc resstance coeffcent sperfcal velocty

8 Methods - Drectonal pressre loss Magntde of the pressre loss (C R1, C R2 )? Drecton of flow ot of the gaze? UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 8

9 Methods - Drectonal pressre loss Pressre loss over gaze screens perpendclar to the flow Expermental data E. Brndrett, formla to calclate the pressre loss over gaze screens UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 9

10 k Char of Ocean Engneerng b= 100 µm, beta= 0.44, Brndrett b= 100 µm, beta= 0.44, experment b= 200 µm, beta= 0.47, Brndrett b= 200 µm, beta= 0.47, experment b= 500 µm, beta= 0.47, Brndrett b= 500 µm, beta= 0.47, experment k 1 2 p Re d Re UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 10

11 I m a g e s z e : ( 0, 0 ), b t s ( f r a m e 2 ) B r s t # ; r e c # : 1 ; 1 ( 1 ), D a t e : , T m e : 1 0 : 1 5 : 2 6 : A n a l o g n p t s : ; ; ; Char of Ocean Engneerng Methods - Drectonal pressre loss A. J. Reynolds, 1969 porosty less than 0.5 drecton of otflow normal to the gaze screen Reslts of Partcle Image Velocmetry (PIV) System - measrements 20 mm mm UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 11

12 Methods - Drectonal pressre loss Assmptons Nets are rgd Pressre loss s predcted by the formla gven by Brndrett Drecton of flow ot of gaze normal to the gaze UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 12

13 Methods - Test objects net abbrevaton moth dameter (D) n m prototype WP-2 net Enerhag model 1.4 Enerhag model 3.1 Enerhag model 3.2 length of sde (L) n m taper angle (α) n deg. mesh openng (b) n µm Twne dameter (d) n µm Porosty N E E E (β) UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 13

14 Reslts UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 14

15 Reslts Smlaton of prototyp WP-2 Net, Tranter & Heron Zooplankton samplng, UNESCO report x= m x= m x= 0.00 m UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 15

16 Reslts The prototype WP-2 net UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 16

17 Reslts Enerhag nets: E14, E31, E32 Volme flow rate Q nto the net, based on Enerhag Q net A moth UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 17

18 Reslts Enerhag nets: E14, E31, E32 F dev. n % CFD F exp E14, beta= 0.47 E31, beta= 0.57 E32, beta= 0.23 F Q Q net theory 0 Q A net moth F Q 0 A moth β fltraton effcency volme flow rate approach velocty moth area net porosty of gaze , n m s UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 18

19 Conclson Promsng reslts abot the applcaton of RANS methods to predct the hydrodynamcs of plankton nets have been obtaned. Devatons p to 13% occrred, on average 7 %. Weak pont of the smlaton s ts smplfcaton of the gaze assmed as a poros body UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 19

20 Ftre work Investgate the flow throgh nclned gazes (pressre loss, drecton of flow) experments and smlatons Fnd a way to descrbe the hydrodynamcs when cloggng of the gaze occrs Compare any knd of plankton net wth each other and fnd converson factors for each net UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 20

21 Thank yo for yor attenton! UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU UND SCHIFFSTECHNIK 21