Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Anabilim Dalı
Istanbul Technical University29
Arşivlenen Tez
0
DOI Atanmış
0%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
Kanal İstanbul projesinin Türk boğazları gemi trafik sistemine olası etkilerinin simülasyon tekniği aracılığıyla analizi
Dünya üzerinde hızla artan ticaret hacminin büyük bir bölümünün yüklenicisi rolü oynayan gemilerin popülasyonu her geçen gün artma eğilimindedir. Bu artış önemli noktalarda bulunan boğazların her yönden tehdit altında kalmasına neden olmaktadır. Pek çok ülke için kritik rol oynayan İstanbul ve Çanakkale Boğazları' nı da içine alan Türk Boğazlar Sistemi (TBS), artan gemi yoğunluğu ve tanker trafiği nedeniyle büyük risk altındadır. Risklerin azaltılmasını sağlayan TBS gemi trafik rejimi kısıtları, gemilerin sistem içerisinde kalış sürelerini ve sayılarını olumsuz yönde etkilemektedir. Boğazların kuzey ve güney giriş noktalarında kalış sürelerinin yarattığı kuyruk yapıları olumsuzluğun en büyük nedeni olmakta ve darboğazlara sebebiyet vermektedir. Bu olumsuzlukları gidermek için Karadeniz ve Marmara Denizi arasında tek geçiş yolu olan İstanbul Boğazı'na alternatif olabilecek Kanal İstanbul Projesi gündeme getirilmiştir. Bu tezin amacı, yukarıda yer alan olumsuzluklara alternatif olarak geliştirilmiş Kanal İstanbul Projesi' nin, TBS mevcut gemi trafiğine olası etkilerinin analizinin yapılmasını sağlayacak bir çalışma ortaya koymaktır. Analizin yapılmasında simülasyon tabanlı yazılım programlarından biri olan SIMIO üzerinde farklı modeller oluşturularak, senaryolar dâhilinde karşılaştırmalı analizler yapılmıştır.
Gemi rotasına bağlı olarak gemideki soğutma sisteminin performansının enerji, ekserji, ileri ekserji ve eksergoekonomi yöntemleri kullanılarak belirlenmesi
Bu çalışmada, deniz suyu giriş sıcaklığının yük gemisinde bulunan soğutma sisteminin performansı üzerindeki etkileri ortaya konulmuştur. İlk olarak, soğutma sistemine konvansiyonel ekserji ve eksergoekonomik analizler uygulanarak farklı deniz suyu giriş sıcaklıkları ile parametrik bir çalışma yapılmıştır. Daha sonra teknolojik, fiziksel ve ekonomik kısıtlamaların üstesinden gelmek ve soğutma sistemi hakkındaki bilgileri arttırmak için ileri ekserji analizleri uygulanmıştır. Soğutma sistemi bir kompresör, bir kondansatör, farklı buharlaşma sıcaklıklarına sahip iki evaporatör ve iki genleşme valfinden oluşur. Soğutma sisteminin ekserjetik verimliliği, diğer işletim parametreleri sabit tutulurken, kondensere giren değişken deniz suyu giriş sıcaklığına göre hesaplanmıştır. Deniz suyu giriş sıcaklıkları, gemi güzergahında olduğu varsayılan bölgesel deniz suyu sıcaklık değerleri olarak seçilmiştir. Çalışma sonucunda deniz suyunun kondensere sıcak girişinin soğutma sisteminin ekserjetik verimliliğinde bir azalmaya neden olduğu belirlenmiştir. Soğutma sistemi bileşenlerindeki ekserji tahribatının bir kısmı kaçınılmazdır ve teknolojik, fiziksel ve ekonomik sınırlamalarla kısıtlanmıştır. Kapsamlı analizlere dayanarak, kondenser ve kompresör iyileştirilerek soğutma sisteminin ekserjetik verimliliğinde en büyük gelişme sağlanabilir.
Gemi ana makine ön ısıtmasında dizel jeneratör egzoz gazları kullanımının enerji tasarrufuna etkisinin termodinamik analizi
Gemiler, dünya ticaretinde çok önemli bir paya sahiptir ve giderek daha da büyümektedir. Bu büyüme sonucunda, denizcilik sektörüne yeni gemiler dahil edilecek olması, endişelerimizin çoğaldığı bu günlerde daha fazla yakıt sarfiyatına ve emisyon yayılımına sebep olacaktır. Bu maksatla, Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) gemilerde enerji verimliliği konusunu daha hassas ele almış olup hazırda kullanılan gemilerin verimli işletilme koşullarının arttırılması ve yeni inşa edilen gemilerin enerji verimliliği daha yüksek tasarlanması konusunda teşvik edici faaliyetlerde bulunmaktadır. Bu çalışma, bir RO-RO gemisine ait ana makinenin ön ısıtma sürecinin jeneratörün egzoz gazlarından faydalanarak elde edilecek enerji tasarrufunu kapsamaktadır. Tez kapsamında önerilen yeni yöntem, farklı işletme koşullarını içeren senaryolarda gemiden alınan somut veriler sonucu elde edilecek yakıt tasarrufunu göstermektedir ve termodinamik açıdan incelenmiştir. Ayrıca geminin mevcut işletme koşullarına ait 2 adet senaryo için ve önerilen yeni yöntemi içeren işletme koşullarına ait 3 adet senaryo için MATLAP programı kullanılarak termodinamik analizler uygulanmıştır. Bu kapsamda liman süreci boyunca kazanda %22'lik bir yakıt tasarrufu sağlanmıştır. Geminin liman sürecindeki ortalama toplam yakıt sarfiyatı için de % 8'lik bir tasarruf sağlanmış olduğu görülmüştür. Ana makine ön ısıtma sistemi için iki akışkanlı ve üç akışkanlı yeni modeller oluşturulmuş olup uygulanan termodinamik analizler sonucunda önerilen yeni modellerin uygulanabilir olduğu ve daha çok geliştirilmeye gereksinim olduğu görülmüştür. Ayrıca elde edilecek yakıt tasarrufu ile yıllık yaklaşık 106 tonluk CO2 salınımının yok olacağı görülmüştür.
Karadeniz tipi balıkçı gemilerinin form optimizasyonu
Bu çalışmada, Karadeniz tipi balıkçı gemisi (KTBG) formlarının optimizasyonu yapılarak standart bir şekilde üretilebilmelerini sağlayacak boyutsuz bir ofset tablosunun geliştirilmesi amaçlanmıştır. Karadeniz tipi balıkçı gemilerinden yola çıkılarak, 40-60 metre boy, 4.0-5.5 metre derinlik ve L/B oranı 2.5-3.5 aralığında, standart bir şekilde KTBG formları üretebilen bir boyutsuz ofset tablosu oluşturulmuştur. Oluşturulan formların ağırlık ve hacimlerini hesaplayabilen formüller geliştirilmiştir. KTBG formlarının direnç değerlerini hesaplayabilmek için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yazılımı olan StarCCM+ kullanılmıştır. Boyutsuz ofset tablosuna göre üretilen formlar ile mevcut balıkçı gemilerinin direnç değerleri karşılaştırılmıştır. KTBG standart boyutsuz ofset tablosu ile 40-60 metre boy aralığında 68 adet form oluşturulmuş ve formların direnç analizleri yapılmıştır. Formların balık taşıma hacmine göre direnç sıralamaları yapılmış ve toplam ana makine gücüne göre hız değerleri bulunmuştur. Seçilen bir form üzerinden yükleme durumunun, kıça ve başa trimin direnç üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Omurga ve sintine düzenlerinin direnç üzerindeki etkisi incelenmiştir. Yumrubaşlı formların yumrubaşsız formlara göre direnç performansı karşılaştırılmıştır. X-Bow tipi baş şekli ile boyutsuz ofset tablosundaki yumrubaşın direnç açısından performansları karşılaştırılmıştır. Delta, nabla ve eliptik tip yumrubaşlı formlar tasarlanarak, yumrubaş şeklinin direnç üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Karadeniz tipi balıkçı gemilerinde bulunan 2'li ve 3'lü skeg yapılarının direnç analizleri yapılmış ve en uygun skeg konumunun değeri merkez omurgadan 4 metre mesafede bulunmuştur. HAD hesaplamaları sonucunda KTBG standart boyutsuz ofset tablosuna göre üretilen formların direnç açısından daha iyi performansta oldukları kanıtlanmıştır.
Katamaran teknelerde tünel kıç formu uygulamasının hidrodinamik analizi
Dünyada deniz yolcu ve ticari trafik hacminin artması, rekabetçi gemilerin tasarım için yeni yöntem ve modellerin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Katamaranlar yolcu ve kargo taşımacılığı alanında oldukça fazla kullanılmaktadır. Tasarım ve hidrodinamik özellikleri onları diğer gemi türlerine kıyasla farklı kılmaktadır. Hidrodinamiğin temel kavramlarından biri olan gemi direncinin belirlenmesi, dizayn aşamasında makine gücü seçimi açısından oldukça önemlidir. Çift gövdeli teknenin suda ilerlerken oluşturduğu direnç teknenin baş ve kıç formu, tekneler arasındaki uzaklık, oluşturduğu dalga sistemi gibi çok sayıda farklı etkenlere bağlıdır. Bu faktörlerin belirlenmesi ve hesaplanabilmesi analitik olarak neredeyse imkansızdır. Bundan dolayı günümüzde direnç tahmini için model deneyi veya hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında çift gövdeli teknenin kıç tasarımı ve dirence etkisi hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemiyle ele alınacaktır. Büyük boy pervane kullanımı ve ses ve titreşim azaltılması için kullanılan tünel kıç uygulaması bu çalışmada direnç açısından çift gövdeli tekneler üzerinde hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile incelenecektir. Anahtar Kelimeler: Katamaran, Direnç, Tünel Kıç, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği.
Yalpa omurga geometrisinin sönüm karakteristikleri üzerine etkilerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Yalpa hareketinden kaynaklanan büyük yalpa genlikleri istenmeyen durumlardan birisidir, bundan ötürü yalpa hareketinin ve bununla doğrudan bağlı olan yalpa sönümünün detaylıca analiz edilmesi önem arz etmiştir. Bu tez çalışmasında farklı tip geometrik şekillere sahip yalpa omurgalarının gemi modeli üzerindeki yalpa ve sönüm karakteristikleri farklı yalpa genlikleri altında deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneyler ve sayısal analizler sonucunda elde edilen boyutsuz yalpa sönüm katsayıları karşılaştırıldığında, alışılagelmiş olan levha omurga şeklinin dışındaki geometrik şekilli yalpa omurgalarının farklı yalpa sönüm katsayılarına sahip olduğu görülmüştür. Yalpa omurgalarının geometrik özelliklerinin etkili olduğu görülmüştür. Köşeli uç kısma sahip yalpa omurgalarının daha yüksek yalpa sönüm katsayılarına sahip olduğu bulunmuştur. Bu sonuçlardan hareketle, yalpa omurgası uç girdap büyüklüğünü ve dolayısıyla da yalpa sönüm katsayısını artırabilmek için, yalpa omurgası tasarımlarında levha köşe ve uçlarının sivriltilmesi önerilmiştir. Ikeda yöntemi ile de karşılaştırmalar yapılmış olup, Ikeda yöntemini iyileştirmek için önerilerde bulunulmuştur.
Gemi buhar kazanlı ısıtma sisteminde arıza risk değerlendirmesi
Gemiler, deniz taşımacılığının en önemli unsurladır. Gemilerin emniyetle ve ekonomik olarak işletilmesi sektörün öncelikleridir. Bu amaçla, bu çalışmada gemiler üzerine donatılan buhar kazanlı ısıtma sistemi arızaları analizi ve risk değerlendirmesi yapılması amaçlanmıştır. Hali hazırda ticari faaliyetine devam etmekte olan 14 gemilik bir Ro-Ro filosuna ait 2002 ve 2022 yılları arasında kayıt altına alınan buhar sistemi arıza kayıtları derlenerek bir risk haritası elde edilmeye çalışılmıştır. Bu filoya ait 296 adet buhar sistemi arıza kayıtları planlı bakım sisteminden elde edilmiştir. Çalışmada bu veriler öncelikle Bayes Ağı modeli ve ardından Hata Ağacı Analizi modeli kullanılarak buhar sisteminde en yüksek oranda riskli donanımlar belirlenmeye çalışılmıştır. Çalışmanın sonucunda gemi buhar sisteminin risk değeri %9 olarak ortaya konmuştur. Buhar sisteminin en riskli donanımının liman kazanı olduğu belirlenmiştir. Liman kazanı arızaları kendi içinde daha detaylı incelendiğinde ise arıza riski en yüksek donanımın liman kazanı ateşleme donanımı ve yüksek basınçlı yakıt pompası olduğu ortaya çıkmıştır
Karadeniz tipi balıkçı tekneleri için Türk Loydu onaylı dümen rod-yelpaze tasarımının geliştirilmesi
Trabzon'un Sürmene ilçesine bağlı Yeniay ve Çamburnu mahallelerinde yer alan Yeniçam Tersane Bölgesi'ndeki tersanelerin birçoğu, 20. yüzyılın başlarında küçük ölçekli ahşap tekne imalatıyla faaliyetlerine başlamıştır. Bu bölge günümüzde modern yapıya sahip gemilerin inşa edildiği bir gemi inşa sahasına dönüşmüştür. Bu çalışma kapsamında, bölgede üretilen Karadeniz tipi balıkçı teknelerinin dümen sistemlerinde zamanla yapılan değişiklikler incelenmiştir. Bunun yanı sıra, bölgedeki tersane müdürleri ve gemi sahipleri ile yapılan görüşmeler aracılığıyla dümenlerin mevcut durumu ve ihtiyaçları belirlenmiştir. Elde edilen veriler doğrultusunda, balıkçılık sektöründe kullanılan balık avlama ve balıkçılık yardımcı gemileri gibi türler için yeni bir dümen tasarımı geliştirilmiştir. Her bir tasarımın analizi sonucunda, dümen yelpazesi üzerindeki kuvvet ve burulma momenti değerleri hesaplanmış, bu değerlere bağlı olarak gerekli dümen rodu çapı ile dümen yelpazesi kalınlığı belirlenmiştir. Nihai tasarım, Türk Loydu klas kuruluşu tarafından onaylanmış ve imalatı gerçekleştirilmiştir.
Denizaltı torpido tipi en kesitleri etrafında kuramsal olarak oluşturulan girinti-çıkıntıların akış direncine etkisinin iki boyutlu had analizi
Akış direnci deniz aracının yüzeyi ile akışkan ara yüzeyinde oluşan ve deniz aracının hareketini kısıtlayan ve hızını azaltan bir etkendir. Akış direncini azaltmak amacıyla denizaltı torpidosu en kesiti formuna benzer 6 farklı düzlemsel modellerin direnç katsayıları HAD ile hesaplanarak, elde edilen hız akım çizgileri akış gözleme deneyleri ile karşılaştırılmıştır. Model-A denizaltı torpidosunun en kesitine benzerliği ve modeller arasında en düşük direnç katsayısına sahip olması nedeniyle üzerine kuramsal olarak 6 farklı biyomimik yapıya benzer girinti ve çıkıntı yerleştirilerek, HAD analizi ile akış dirençleri katsayıları hesaplanmıştır. Bu çalışmada Re sayısının 10000' den düşük değerlerinde ve Re sayısının 180000' den yüksek değerlerinde biyomimik yapıların toplam direnç kuvvetini azaltmada yetersiz kaldığı bulunmuştur. Farklı Re sayılarında Model-A3 ve Model-A5'in direnç katsayısında %10 azalma sağlayarak, en uygun biyomimik tasarımlar olduğu bulunmuştur.
Gemi ana makine yanma iş elemanları arızalarının tahminlenmesi
Gemi ana makinelerinde yanlış bakım tutum faaliyetleri, yağlama yağı ve yakıt büyük çaptaki arızalara neden olan temel faktörledir. Bu arızalar sonucunda ciddi maddi kayıplar ortaya çıkarken, gemilerin arıza esnasında bulunduğu deniz trafiği düşünüldüğünde (manevra esnasında, kanal-boğaz geçişi) bu arızalar seyir güvenliğini de olumsuz etkilemektedir. Bu çalışmada makine arızalarına etki eden ana makine ve yakıt faktörleri istatistiki olarak belirlenip, arızaların zamansal tahminlenmesi amaçlanmıştır. İstatistiki sonuçlara bakıldığında arızalara sebep olan faktörler; yakıt içerisinde bulunan sülfür oranı, vanadyum, katalitik ince partiküller ve mikro karbon kalıntısı olarak belirlenmiştir. Veri setindeki arızaların oluşma saatlerinin normal dağılım göstermemesi sonucunda Yapay Sinir Ağları ile zamansal tahminlemede istenilen korelasyon analiz değeri düşük kalmaktadır (R=0,67289). Bundan ötürü durum bazlı (arıza var yok şeklinde) arıza tahminlemesi için WEKA programı vasıtasıyla diğer makine öğrenme algoritmaları kullanılmıştır. Sonuç olarak durum bazlı arıza tahminlemede Rastgele Orman modelin genel doğruluğunda %94,7 oranında başarı sağlamıştır.
Gemi makine sistemlerinde arızaların tespiti ve çözümleri için uzman sistem tasarımı
Bu çalışma, gemi makine dairesindeki arızaların teşhisi ve bu arızalara yönelik bir uzman sistemin geliştirilmesi üzerine odaklanmıştır. Toplamda 20 sistem, 137 bölüm ve bu bölümlerde yaşanan 546 arıza incelenerek kapsamlı bir veri tabanı oluşturulmuştur. Arızalar arasındaki etkileşimler, doğal dil işleme teknikleri ve Bayes ağ modeli kullanılarak analiz edilmiş; arızaların birbirleri üzerindeki etkileri belirlenmiş ve Rekürsif olasılık hesaplama yöntemi ile olasılık değerleri hesaplanmıştır. Geliştirilen uzman sistem olan ShipMach. Expert, kullanıcıların doğal dilde ifade ettikleri arıza belirtilerini anlayarak ilgili arıza kayıtlarını tespit etmektedir. Sistem, tasarlanan arayüz aracılığıyla kullanıcılara detaylı ve anlaşılır çözüm önerileri sunmaktadır. Ayrıca, arızaların ciddiyetini görsel olarak ifade etmek için renk kodlaması kullanılarak öncelikli arızaların hızlıca tespit edilebilmesine olanak sağlanmıştır. Yapılan testler sonucunda, ShipMach. Expert'in arıza teşhisinde ve çözüm önerilerinde yüksek doğruluk oranına sahip olduğu görülmüştür. Sistem, literatürde belirtilen arıza nedenleri ve etkileriyle tutarlı yanıtlar üretmiş ve gemi makine mühendisliği alanında güvenilir bir danışmanlık ve karar destek aracı olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Bu çalışma, gemi makine dairesindeki arızaların etkin yönetimi ve bakım süreçlerinin optimize edilmesi için ileri teknolojilerin başarılı bir uygulamasını sunmaktadır.
Yüksek basınç gradyanlı akışın sayısal modellenmesi
Akışkanların hareketlerinin ön görülmesi için hesaplamalı yöntemlerin kullanılması bilgisayar teknolojisinin gelişmesinin etkisiyle günümüzde gittikçe yaygınlaşan bir çalışma alanıdır. Bu konu son derece karmaşık geometriler için ve deney imkanı olmayan olaylar ya da tasarımlar için öngörü imkanı sunmakla beraber, deneysel çalışmaların maliyetini azaltmaya yönelik olarak da kullanılabilmektedir. Bu tez kapsamında yüksek basınç gradyanlı akış problemi deney imkanı son derece kısıtlı ve pahalı olan su altı patlaması probleminin çözümüne öncü olması amacıyla ele alınmıştır. Su altı patlaması problemi askeri endüstride su üstü ya da su altı gemisi tasarımından, torpido tasarımına kadar geniş bir yelpazede ele alınmaktadır. Tasarımlara yön göstermesi açısından endüstride yapılan simulasyonlar ise genellikle mukavemet hesaplamalarına uygulamasının doğruluğu açısından ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) yöntemi kullanılarak, açık (explicit) çözücüler yardımı ile yapılmaktadır. Ancak bu yöntem su altı patlamasına bağlı deformasyon probleminin ön aşaması olan patlama sonucu oluşan şok dalgasının yayılımı simulasyonları konusunda hem çözümün doğruluğu açısından hem de sayısal çözümün stabilitesi açısından zorluklar ve dezavantajlar içermektedir. Bahsi geçen zorlukların çözümü için yüksek sayıda eleman içeren çözüm ağları ve düşük zaman adımları kullanılmaktadır. Bu nedenle sayısal analizin çözümü görece uzun sürmekte ve çözüm için gerekli bilgisayar konfigurasyonu, dolayısıyla maliyet artmaktadır. Konunun önemi, elde edilen sonuçların doğruluk oranları ve çözüm süreleri göz önüne alınarak endüstride kullanılan mevcut yöntemlerden daha efektif bir yöntem arayışına girişilmiştir. Bu kapsamda uygunluğu ve avantajları Hirch ve Anderson tarafından ifade edilen Sonlu Hacimler Yöntemi ile fiziksel fenomeni temsil edebilme yeteneği Monaghan ve Liu tarafından tarif edilen İPH yöntemi örnek bir probleme uygulanmıştır. İki yöntemde kendi içlerinde uygulama metodolojileri açısından literatür incelemeleri ile optimize edilerek doğruluk oranları arttırılmıştır. Uygulama metodolojileri belirlenirken litertürde bulunan örnek problemin doğasına uygun olarak hareketi tanımlayan denklemlerin ayrıklaştırılması yapılmış, çözüm adımları ve ortam parametreleri ve sınır koşulları ona göre belirlenmiştir. Ancak tez kapsamında sunulmuş olan metodolojiler bazı değişiklikler uygulanılarak su altı patlaması problemine uygun hale getirilebilir. Bu değişikliklere ihtiyaç duyulması büyük oranda örnek çalışmanın ideal gaz tanımına uyan bir ortamda yapılması ile ilişkilidir. Bu nedenle literatürde bolca bulunan sıkıştırılabilir sıvı tanımlamalarından biri kullanılarak denklemler revize edilerek metodoloji su altı patlamalarına uygulanabilir. Bu tez çalışması kapsamında sonlu hacimler yönteminin uygulamasında ANSYS FLUENT programı kullanılmış, İPH yöntemi için ise Fortran programlama dili kullanılarak iki boyutlu şok dalgasının ilerlemesini hesaplayan bir kod yazılmıştır. Sonuçlar literatürde bulunmuş olan bir çalışma ile karşılaştırılarak doğrulanmış ve yöntemlerin uygunluk miktarı incelenmiştir. Elde edilmiş olan sonuçlar, kullanılmış olan sayısal yöntemlerin ve uygulama metodolojilerinin yüksek basınç gradyanının ilerlemesi probleminin çözümü açısından uygun olduklarını göstermekle birlikte, literatürde bahsedilmiş olan dezavantajlarını da göstermiştir.
Dış basınca maruz takviyeli silindirik kabukların yapısal stabilitesinin incelenmesi
Bu çalışmada dış basınca maruz takviyeli silindirik kabukların yapısal stabilitesi farklı yöntemler kullanılarak incelenmiştir. Dış basınca maruz takviyeli kabukların incelenmesinin seçilmiş olmasının nedeni, bu tür yapıların denizaltı mukavim tekne geometrisi olarak yaygın biçimde kullanılıyor olmasındandır. Bu tür yapılar maruz kaldıkları bu yükün belli bir değere ulaşması durumunda yapısal stabilitelerini kaybederek burkulmak suretiyle çökerler. Denizaltılar için yapının çöktüğü bu basınca çökme basıncı denilmektedir ve bir denizaltı mukavim teknesi tasarımı açısından bu hesabın yapılması önem arz etmektedir. Bu hesaba nihai mukavemet hesabı denilmekte ve hesap sonucunda takviyeli silindirin taşıyabileceği maksimum yük belirlenmektedir. Bu hesabın yapılabilmesi için çeşitli yöntemler mevcuttur. Bu tezde kullanılmış olan yöntemler denizaltıların klaslanması konusunda hizmet veren kuruluşların da günümüzde kullanmakta oldukları analitik çözümler, sayısal bir yöntem olan sonlu elemanlar yöntemi ve deneysel yöntemlerdir. Bu çalışmada ilgili yöntemler boyutları değişken yirmi bir adet takviyeli silindirik kabuk üzerinde uygulanmıştır. Yirmi adet model oluşturulurken yalnızca takviyeler arası mesafe değiştirilmiştir. Bir model ise farklı malzeme kullanıldığı için ayrı olarak değerlendirilmekte yalnızca deney sonuçları verilirken sonuçları sunulmaktadır. Bu yirmi bir model için hem analitik hem de sayısal çözümler yapılmış ve grafiklerle sonuçları sunulmuştur. Bu modellerden beş tanesi ise imal edilmiş ve hazırlanan deney düzeneği vasıtasıyla deneysel olarak da kritik burkulma basınçları tespit edilmiş ve sonuçları sonlu elemanlar yöntemi ve analitik yöntemlerle birlikte sunularak farklılıkların gerekçeleri belirtilmiştir. Takviyeli silindirik modellere dış basınç uygulayabilmek için ilk olarak basınçlı bir tank tasarlanmıştır. Bu deney tankı su ile doldurularak imal edilen modeller bu tankın içine yerleştirilmekte ve tankın içindeki su el pompası yardımıyla basınçlandırılarak deney tankı ile model arasındaki suyun basıncının yükselmesi sağlanmaktadır. Basınç arttıkça bir basınç sensörü vasıtasıyla tanktaki basınç ölçülmekte ve anlık olarak bilgisayara kaydedilmektedir. Kritik basınca ulaşıldığında ise silindirik sac burkulmakta ve tankın içindeki suyun basıncı düşmektedir. Basınç anlık olarak bilgisayara kaydedildiği için kritik burkulma basıncı hassas olarak bulunabilmektedir. Yapılan analiz nihai mukavemet analizi olduğu için kullanılan malzeme özelliklerinin bilinmesi çok büyük önem arz etmektedir. Bu sebeple seçilen malzemelerin sunulan minimum özellikleriyle yetinilmemiş ve çekme testi yapılarak kullanılan malzemenin özellikleri tam olarak tespit edilmiştir. Bu teste ilişkin rapor tezde ek olarak verilmektedir. Yapılan bu çekme testinin sonuçları analitik ve sayısal hesaplarda kullanılmıştır. Dış basınca maruz takviyeli silindirik kabukların burkulması asimetrik burkulma, simetrik burkulma ve genel kararsızlık olmak üzere üç temel modda gerçekleşmektedir ve bu modlara ilişkin çeşitli analitik çözümler mevcuttur. Bu çalışmadaki modellerin kritik burkulma yükünün hesaplanmasında yukarıda sözü edilen modlar için Reynolds T.E., Lunchick M.E. ve Bryant A.R.'e ait olan çözümler kullanılmış ve bu çözümlerin dayandığı prensipler tezde anlatılmıştır. Sayısal hesap yöntemi olarak sonlu elemanlar yöntemi seçilmiş ve bu yöntemin uygulanması amacıyla da ABAQUS paket programı kullanılmıştır. ABAQUS programı kullanılarak lineer burkulma analizi ve nonlineer burkulma analizleri gerçekleştirilmiştir. Lineer burkulma analizi neticesinde bir yapının elastik burkulma basıncı tespit edilir. Fakat lineer burkulma analizi neticesinde elde edilen değer daima gerçek yapının taşıyacağı yükün üzerindedir. Bu sebeple nonlineer etkilerin ve geometrik kusurların da çözüme eklenerek nonlineer burkulma analizi yapılması gereklidir. Bu tezdeki sonlu elemanlar analizlerinde her model için önce lineer burkulma analizi yapılmış, ardından lineer burkulma analizi sonucu elde edilen mod şekilleri ölçeklenerek geometrik kusurlu modeller türetilmiş ve bu modeller nonlineer analizde kullanılmıştır. Tezde kullanılan modellerin silindir sacı kalınlığı 1.5 mm olarak tasarlanmış ve yirmi bir adet model için burkulma basınçları bu kalınlık değerine göre analitik ve sayısal olarak çözülmüştür. Tezin karşılaştırma kısmında bu duruma ilişkin sonuçlar sunulmuştur. Diğer taraftan deney yapılan beş adet model için de 1.5 mm sac kalınlığı olması istenmesine rağmen imalat zorluklarından dolayı bu kadar küçük kalınlıkların söz konusu olduğu modellerde bu değer yakalanamamıştır. Deney sonrası modeller kesilerek imalat sonrası sac kalınlıkları ölçülmüş ve her bir model için ölçülen sac kalınlıklarına göre analizler güncellenmiştir. Sonuç olarak deney yapılan veya yapılmayan bütün modellerin burkulma modu asimetrik burkulma olarak analitik çözümlerden tahmin edilmiş ve deney yapılan modellerde de bu sonuç doğrulanmıştır. 1.5 mm sac kalınlığı kullanılan modellerde analitik ve sayısal sonuçlarda çok iyi bir uyum olduğu görülmüştür. Deney yapılan modellerde ise, iki adet modelde sonuçlar hesaplarla beklenen sonuçlarla mükemmel uyum gösterirken diğer üç adet modelde deney sonuçları beklenen burkulma yüklerinin altında kalmıştır. Yapısal stabilite problemleri imalat hatalarından ve malzeme hatalarından çok etkilenebilmektedir. Bu sebeple tezde kullanılmış olan asimetrik burkulma formülasyonunu kullanan Germanisher Lloyd klas kuruluşu bu analitik çözümü azaltma faktörüyle çarparak kullanmaktadır. Tez için imal edilen modellerin deney sonuçları da her model için Germanisher Lloyd'un nihai asimetrik burkulma basıncı formülasyonunun üstünde kalmıştır.
Gemi direncinin deneysel belirsizlik analizi
Belirsizlik analizi en çok deneysel çalışmalarda karşımıza çıkar. Mühendislikte problemlerin çözümü için en çok başvurulan yollardan bir tanesi deneysel çalışmalardır. Deneysel çalışmalarda ise deney sisteminin oluşturulmasında genellikle doğadan ilham alınarak modellemesi yapılır daha sonra da varsayımlara ve idealleştirmelere başvurulur. Deney düzeneğinin planlanmasında, oluşturulmasında ve deneyin sonunda sonuçlarının analiz edilmesinde matematiksel ve fiziksel kurallar oldukça fazla kullanılmaktadır. Bu karmaşık sistem örgüsü içinde ise her bir deney basamağının doğru, aslında doğruya en yakın şekilde tanımlanması ve tamamlanması gerekmektedir. Çünkü bir deneyde veya üretimde, herhangi bir basamakta oluşacak bir hata diğer adımlarda etkili olacağından sonucun veya ürünün, üretim ve üretim sonrasında yapılacak test aşamalarında dizayn kriterlerini sağlamamasına yol açacaktır. Bunun önüne geçebilmek için deney düzeneğinin her basamağında yapılan işlemlerin ve bu işlemlerden doğabilecek muhtemel hataların gerçek (gerçeğe en yakın) sonucu ne kadar etkileyeceğinin nicelik olarak hesaplanma ihtiyacı doğmuştur. Bu soruna cevap olarak kullanılan belirsizlik analizi yöntemi, ölçümlerin belirsizliğini nicelik olarak belirlemek maksadıyla içerisinde hem istatistik hem de mühendislik barındıran bir alandır. Belirsizlik analizi her mühendislik alanında farklı şekilde uygulanabilmektedir. Çünkü mühendislik kollarında farklı sorunlara cevap vermesi amacıyla birbirinden farklı ve çeşitli deneyler ve hesaplamalar yapıldığından bunların belirsizliğini nicelik olarak tahmin edecek yöntemlerde farklılık göstermektedir. Her sistem için uygulanacak olan adımlar ise standarttır. İlk adım bir deney veya ölçüm düzeneği içerisinde belirsizlik oluşturabilecek kaynakların belirlenmesidir. İkinci adım ise bu belirsizlik kaynakları içerisinde mühendislik tecrübesi ile baskın olduğu düşünülen belirsizlik bileşeninden başlayarak sonuca etkisi az olan belirsizlik bileşenine doğru belirsizliğin tahmini için çeşitli yöntemler uygulanmasıdır. Deney şartlarının sonuçlar üzerine etkisini belirlemek için deney şartları aynı tutulmaya çalışılarak aynı deney çok sayıda tekrarlanır. Böylelikle sistem üzerinde oluşan muhtemel belirsizliğin sonuçlara olan etkisi istatiksel olarak incelenir. Deney veya ölçüm sonucunun ortalaması ve standart sapması hesaplanarak kesinlik (rastlantısal) limiti tahmininde bulunulur. Ölçüm sistemi içerisinde belirsizlik kaynaklarının sınıflandırıldığında eğilim (sistematik) olarak belirlenen belirsizlik kaynaklarının nicelik olarak sonuca etkisi tahmin edilir. Özellikle deney sistemi içerisinde kullanılan cihazların sonuçlar üzerinde etkisinin incelenmelidir ve nicelik olarak belirsizlik değeri tahmin edilmelidir. Nicelik olarak hesaplanan bütün bileşenlerinin karelerinin toplamının karekökü hesaplanarak bileşik standart belirsizlik bulunur. Daha sonra ise istenilen güvenilirlik katsayısı ile değerler çarpılarak genişletilmiş belirsizlik değeri elde edilir. Bu çalışmada, deneysel olarak hesaplanan model gemi direnci üzerinde oluşan belirsizliğin incelenmesi yapılmıştır. Gemi direnci, ölçeklenmiş gemi modelinin sakin suda belirli, sabit bir hızda ilerlerken üzerine gelen harekete zıt yöndeki kuvvet olarak tanımlanmaktadır. Elde edilen bu direnç değeri Froude ve Reynolds yaklaşımları kullanılarak gemi ölçeğinde direnç değerinin ve efektif güç hesaplamasında kullanılmaktadır. Bu özelliğinden dolayı gemi direnci dizayn aşamasında dikkat edilen çok önemli bir parametredir. Dizayn edilen gemi projesinin sözleşmesinde yer alan şartları, özellikle hız, sağlaması açısından gemi direnci değeri hassas ve güvenilir bir şekilde tahmin edilmelidir. İstenilen özellikleri sağlayamayan bir proje, işveren (armatör) ve yüklenici (dizayn ofis veya tersane) arasında önemli sorunlara neden olabilmektedir. O yüzden üretim planlamasını ve maliyetini önemli ölçüde etkileyen bir parametre olan gemi direnci değerini belirlemek amacıyla yapılan çalışmalar içerisinden güvenli yollardan bir tanesi de deneysel çalışmalardır. Fakat deneysel çalışmalarda da ölçüm sistemi içerisinde yer alan çeşitli ve değişik belirsizlik kaynakları, sonuçlar üzerinde oluşturmaktadır. Bu belirsizliğin incelenmesi ve nicelik olarak tahminin yapılması deney sonuçlarının güvenirliliği açısında oldukça önemlidir. Bu çalışmada, İTÜ Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı'nda yapılan gemi direnci deneylerinde sistem üzerinde oluşan muhtemel belirsizliğin mevcut yöntemlerle nicelik olarak hesaplanması üzerine kurulmuştur. Gemi model laboratuvarlarında kullanılan prosedürler Uluslararası Çekme Tankları Konferansı (International Towing Tank Conference (ITTC)) tarafından oluşturulmaktadır. ITTC'nin gemi direncinin belirsizlik analizi başlığında 2002, 2008 ve 2014 yıllarında yayımlamış olduğu birbirleriyle karşılaştırıldığında farklılıklar içeren prosedürleri mevcuttur. Aslında 2008 ITTC prosedürü 27. ITTC toplantısında güncellenerek 2014 ITTC olarak yayımlanmış bir prosedürdür. Bu yüzden bu çalışmada, 2008 ve 2014 ITTC prosedürü içerisinde güncel olan 2014 ITTC prosedürü dikkate alınmıştır. Diğer yandan 2002 ve 2014 ITTC belirsizlik analizi yöntemleri arasında bariz farklar mevcuttur. İki tip prosedür de ayrı ayrı incelenerek deney sonuçlarına uygulanmıştır. İki yöntem yardımıyla elde dilen belirsizlik tahminleri incelenerek prosedürlerin avantajlı ve dezavantajlı kısımları incelenmiştir. Gemi direnci deneylerinde oluşan muhtemel belirsizlik kaynaklarının belirlenmesi için yaygın olarak üretimi yapılan iki gemi tipi seçilmiştir. Bunlardan birinci deplasman tipi diğeri ise hızlı tekne tipidir. Deplasman tipi için Kriso Container Ship (KCS) formunun modeli laboratuvar bünyesinde üretimi yapılıp, deneyleri yapılmıştır. Hızlı tekne için ise laboratuvar bünyesinde daha önce deneyleri yapılmış olan bir modelin deneyleri bu çalışma için tekrar kullanılmıştır. KCS modelinin belirsizlik analizi için toplamda 12 kez, hızlı tekne modelinin ise toplamda 5 kez deneyler tekrarlanmış ve belirsizlik tahminleri yapılmıştır. Bu çalışmada, KCS modeli için düşük, orta ve yüksek Froude sayısı üzerinde belirsizlik tahmininde bulunulmuştur. Bunlar sırasıyla 0.16, 0.21, 0.26'dır. Hızlı tekne için ise iki Froude sayısı üzerinde belirsizlik analizi uygulanmıştır. Bu Froude sayıları sırasıyla 0.50 ve 0.90'dır. Yüksek lisans tezi kapsamında incelenen bu konu, geliştirilmekte olan bir konu üzerine mevcut yöntemlerin anlaşılmasına, uygulanması sırasında karşılaşılan sorunlara ve çözüm yollarına, sağlıklı ve güvenilir bir ölçüm için nelere dikkat edilmesi gerektiğine, mevcut yöntemlerle beraber mühendislik yorumunu kullanarak bir yaklaşım sunmuştur. Bir deney sistemi içerisinde çok fazla belirsizlik kaynağı vardır. Bunların tek tek incelenmesi mümkün değildir. O yüzden mevcut akademik birikim ile bunlardan sınırlı belirsizlik kaynakları incelenebilir. Bu çalışmada da gemi direnci konusunda yapılan deneyler üzerinde meydana gelen belirsizlikler iki farklı yöntem ile incelenmiş olup sonuçlarına yer verilmiştir. İTÜ Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarında KCS modeli için yapılan direnç deneylerinde, 0.16, 0.21 ve 0.26 Fr sayılarında, toplam direnç katsayısı (CT) üzerinde oluşan tahmini belirsizlik, 2002 ITTC yöntemi kullanılarak sırasıyla % 3.86, %2.53 ve %1.46, 2014 yöntemine göre ise sırasıyla % 3.13, % 2.10 ve % 1.16 bulunmuştur. Düşük hızlarda direnç ölçme sisteminden ve çevresel şartların daha etkin olmasından dolayı belirsizlik yüksek hızlara göre nispeten daha yüksek çıkmaktadır. Aynı zamanda 2014 ITTC yöntemi 2002 ITTC yöntemine göre daha düşük değerler vermiştir. Hızlı tekne tipi için ise sonuçlar özellikle 2014 ITTC yöntemine göre oldukça iyi seviyelerdedir. Fakat 2002 ITTC yönteminde ise model boyunun küçük olması yüzünden ıslak alan belirsizliği çok yüksek çıkmaktadır. Hızdan bağımsız şekilde sonuçlar üzerinde etkili olan bu belirsizlik her iki Fr sayısı için CT belirsizliğinin nicelik olarak %2 civarı çıkmasına neden olmaktadır. Bu yüzden ana parametreleri küçük olan modellerde 2002 yöntemine göre belirsizlik analizinin uygulanması güvenilir sonuçlar vermediği anlaşılmıştır. Aynı deney şartları ile elde edilen değerler 2014 yöntemine göre incelendiğinde belirsizlik sonuçları sırasıyla %1.33 ve %0.42 çıkmaktadır. Dizayn hızı civarında elde edilen düşük yüzde belirsizlik oldukça önemlidir. Belirsizlik bileşenlerinin toplam belirsizliğe yaptığı katkı incelenerek yapılacak olan iyileştirmeler ile belirsizlik değeri tamamen ortadan kaldırılamasa da azalacağından sonuçların güvenirliliği artacaktır. Her iki tekne tipi için de bu yorum geçerlidir. Son olarak, diğer çekme tankları ile sonuçlar karşılaştırılmıştır. Reynolds benzerliği sağlanamamasına rağmen hata aralığı % 6 civarı bulunmuştur. Ayrıca çeşitli hızlardaki direnç deneyinin videoları ek olarak CD içerisinde teze eklenmiştir. Çalışmanın nihai olarak tamamlanması için ilave olarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile sonuçların kıyaslanması tavsiye edilmektedir.
Kavitasyon yöntemi ile karina temizliği ve etkileri
Evrenin sahip olduğu fosil yakıt kaynaklarının azalması sonucunda yakıt fiyatlarında hızlı bir yükseliş görülmektedir. Buda deniz yolu taşımacılığı yapanların en büyük sorunlarından biri olmuştur. Artan yakıt fiyatları karşısında tüketimde azalmaya gitmek yani birim yol başına yakıt tüketimini düşürmek konu ile ilgilenen araştırmacıların temel hedefi olmuştur. Birim yol başına yakıt tüketimini düşürmek bir diğer ifade ile gemi sevk verimini artırmak, gemi direncini azaltmak ile mümkündür. Direnç, doğrudan gemi performansı ve yakıt tüketimini etkilediğinden, gemiler için çok önemli bir olgudur. Direncin fazla olması, bir geminin aynı yolu alması için daha fazla yakıt harcaması anlamına gelmektedir. Bu da verimliliği düşürmekte ve emisyonları artırmaktadır. Dolayısıyla, gemi direncini azaltma konusu gemi mühendisleri ve gemi sahipleri için çözülmesi gereken bir sorun olarak önemini korumaktadır. Özellikle son yıllarda uluslararası kuruluşlar tarafından çevre korunması ile ilgili getirilen kısıtlar, yakıt tüketimini bir başka deyişle, gemi direncini azaltma konusunu daha da önemli bir hale getirmektedir. Tekne yüzey pürüzlülüğünün geminin performansı üzerinde negatif bir etki yarattığı ilk denizcilik faaliyetlerinden beri bilinen bir gerçektir. Tekne yüzeyi pürüzlendikçe, geminin toplam direnci artmaktadır. Gemi direnci temel olarak sürtünme direnci ve artık direnç olarak ikiye ayrılabilir. Özellikle normal ve düşük hızlarda seyreden ticaret gemileri için sürtünme direnci değerleri yaklaşık olarak toplam direncin %60-90'ı kadardır. Dolayısıyla sürtünme direncinin azaltılması, dünya üzerindeki deniz taşımacılığının kapasitesi düşünüldüğünde çok önemli bir konudur. Sürtünme direncinin azaltılması için uygulanabilecek en etkin yol, tekne yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi çalışmalarıdır. Yüzeyin iyileştirilmesi, tekne yüzeyinde pürüzlülüğe yol açan fiziksel ve biyolojik pürüzlülük etkilerinin azaltılması anlamına gelmektedir. Fiziksel pürüzlülük özellikle geminin inşaası aşamasında alınacak tedbirlerle kolayca önlenebilmektedir. Fakat fouling'in, bir başka deyişle yüzey kirliliğinin, önlenmesi veya azaltılması bu kadar kolay değildir. Çünkü fouling gemi denizdeyken oluşur ve birçok etmene bağlıdır. Geminin denizde geçirdiği gün sayısı arttıkça fouling miktarı da artmakta ve böylece yüzey özellikleri bozulan geminin direnç değerleri çarpıcı biçimde artmaktadır. Fouling'in önlenmesi veya azaltılması için kullanılan en etkili yöntem antifouling boyalardır. Bu boyalar çok çeşitli olup, salgıladıkları biyositlerle ve yüzey özellikleri sayesinde deniz canlılarının gemi yüzeyine yapışıp büyümesini engellemekte veya azaltmaktadır. Ancak antifouling boyaların tam anlamıyla çalışması için gemilerin sürekli seyir yapması gerekmektedir. Duran cisimde antifouling boyalar işlevini yerine getiremez. Geminin limanda beklemesi ve demir atması durumunda deniz canlıları yüzey üzerine yapışmaya ve yer edinmeye baslar. Bu sebeple uzun sure liman yapmış gemilerde sürekli seyir yapan gemilere göre çok daha fazla kirlilik görülür. Bu kirliliği her gemi için dizayn esnasında belirlenmiş yıllara göre havuzlanır, karina temizliği yapılır ancak gemiyi havuzlamak çok masraflı bir işlemdir. Havuzlanma periyoduna kadar ise direnci günbegün artmakta buda daha fazla yakıt tüketimi anlamına gelmektedir. Bu sebeple bilim adamları tekne sudayken temizle yöntemleri üzerine çalışmalar yapmaktadırlar İkinci bölümde genel gemi direnci teorisine değinilmiş, gemi direnci bileşenlerinden konu ile ilgili olan sürtünme direnci üzerinde durulmuş ve gemi sürtünme direnci ile ilgili yapılan çalışmalardan bahsedilmiştir. Ayrıca gemi direnci tahmin yöntemleri tanıtılmıştır Üçüncü bolümde tekne ve pervane yüzey pürüzlülüğünün nasıl oluştuğu, pürüzlülük rejimleri anlatılmıştır. Biyofilm ve biyofoulingin nasıl oluştuğu, süreçleri, foulingin etkileri ve kirlilik oranlarından bahsedilmiştir. Dördüncü bolümde karina temizleme yöntemleri olan, kavitasyon ile karina temizliği, fırça ile karina temizliğinden bahsedilmiştir. İki yöntem arasındaki farklara değinilmiştir. Kavitasyon ile temizleme yönteminde kullanılan sistemin çalışma prensibi anlatılmıştır. Örnek gemilerde uygulanan temizlik yöntemlerinin dirence etkileri grafikler ile gösterilmiştir. Uygulama bölümünde literatürde daha önce yapılmış karina temizlik öncesi sonrası durumlar verilmiştir. Hızlı bir tekne de yaptığımız test sonuçları verilmiştir. Test sonucuna göre elde edilen kazanç oranına göre maliyet analizi yapılmış ve Türk bayraklı gemilere uygulanması sonucunda ülke ekonomisine sağlayacağı kazanç verilmiştir. Son bölümde ise bu tez kapsamında elde edilen genel sonuçlardan bahsedilmiş, genel bir değerlendirme yapılmış ve ileride yapılması gereken çalışmalarla ilgili önerilerde bulunulmuştur.
Proje yönetiminde kısıtlar teorisi ve gemi inşaasında örnek uygulama
İşçilik maliyetlerinin yüksek olduğu ve bu nedenle maliyetler açısından uzak doğu ülkelerindeki tersanelerle rekabet etmekte zorlanan Türk tersaneleri, stratejik öneme sahip bu sektörde dışa bağımlı olmamak adına kriz döneminde çeşitli destek mekanizmaları geliştirerek gemi inşa sanayini canlı tutmaya çabalamışladır. Ülkemizde destek mekanizmalarının yetersiz oluşu kriz döneminde para akışı sıkıntısı yaşayan tersanelerin gemi inşa faaliyetlerini durdurmalarına neden olmuş ve pek çok tersane bakım, onarım ve tadilat çalışmaları ile ayakta kalmaya çabalamıştır. Krizle birlikte sektördeki rekabet gücümüz zayıflamış ve ülkemize karşı bir güvensizlik ortamı oluşmuştur. Bu tezin ilk bölümünde sistemlerin ve proje sistemlerinin sürekli iyileşme ve performanslarını arttırma konusunda yeni bir yaklaşım getiren Kısıtlar Teorisi konusu ele alındı. Kısıtlar Teorisi, sistemlerin işleyişine bir zincir gibi bakıp, sistemin performansının zincirin en zayıf halkası kadar olduğunu ve sistemin genel performansının sadece bu en zayıf halkayı iyileştirmekle mümkün olacağını savunan metodolojidir. İkinci kısımda ise Kısıtlar Teorisinin firmaların proje yönetim anlayışına getirdiği yeni yaklaşım olan Kritik Zincir Proje planlaması ve bu yeni proje planlama ve yönetim tarzının firmalara getirileri incelendi. Gemi inşa sektörünün içinde bulunduğu durumdan çıkışının üretim sistemlerinde yapılacak değişikliklerin ölçülmesi gerektiğine vurgu yapıldı. Diğer sektörlerde başarılı bir şekilde uygulanan bu felsefenin gemi inşa üretim sistemine entegre edilmesine çalışıldı ve seri üretim yapan bir tersanenin global kriz öncesinde üretmiş olduğu gemilerin teslimatlarına ilişkin veriler kulllanıldı. Seçilen tersanenin seri üretime yatkın bir anlayışta olmasına dikkat edildi. Tersanenin üretim metodolojisi tanıtıldıktan sonra iş akışı ve yapacağı gemi tipine göre istasyon bazındaki verileri incelenmiş ve kritik zincir, proje ve besleme stokları hesaplandı. Hesaplanan bu veriler tersanenin üretim yaparken ki kaydedilmiş gerçek verileriyle karşılaştırıldı ve teorinin gerçekleşen bitiş zamanından daha başarılı sonuçlar ortaya koyduğu gösterildi.Böylece Kısıtlar Teorisinin Gemi İnşaat Proje Yönetimine uygulandığında firmaların elde edebileceği katma değere vurgu yapıldı.
Su altı akıntı türbinlerinin hidrodinamik analizi
Son yıllarda, rüzgar ve güneş enerjisi ile deniz ve gel-git akıntıları gibi yenilenebilir kaynaklardan elektrik enerjisi üretimi önceki yıllara oranla hızlı biçimde artmıştır. Bu tür enerji kaynaklarının potansiyelleri, dünyanın gelecekteki enerji talebini güvenli, temiz ve ekonomik biçimde karşılamaya yetecek kadar yüksektir. Sualtı akıntılarından istifade ederek enerji üreten sualtı akıntı türbinleri (MCT-Marine Current Turbine), okyanus ve denizlerde işletilebilecek yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir. MCT'lerin teknik olarak uygulanabilir olduğu ve akıntı kaynaklarının, gelecekteki enerji talebinin karşılanmasına önemli katkı yapmaya yetecek ölçüde büyük olduğu bilinmektedir. MCT'ler düşük akım hızlarında dahi enerji üretebilme potansiyeline sahiptir. Ayrıca, dip akıntı hızları rüzgara göre daha kararlı ve düzenli bir yapıya sahip olduğundan, sualtı akıntı türbinleri devamlı ve öngörülebilir enerji sağlamaktadır. Bilindiği üzere MCT'ler, çalışma prensibi ve kullandıkları mekanizma ile temelde rüzgar türbinlerine çok benzerdir. MCT'ler ve rüzgar türbinleri arasındaki önemli farklardan bir tanesi oluşması engellenemeyen bir fiziksel olay olan kavitasyondur. Kavitasyon, MCT kanatlarının önemli bir kısmında meydana geldiğinden etkilerinin hesaplamalara dahil edilmesi gereklidir. Sualtı akıntı türbini dizaynında, analizinde ve optimizasyonunda yaygın olarak kullanılan klasik momentum kanat elemanı teorisi ile, momentum teorisi ve kanat elemanı teorisine ait denklemler birlikte kullanılarak, istenilen bir türbin rotoru için optimal kanat formu belirlenebilir. MBEM teorisine ait bu denklemler temelde, kavitasyon karakteristikleri hariç sualtı akıntı türbinleri ile büyük benzerlik gösteren rüzgar türbinleri için geliştirilmiştir. Ek olarak, MCT'lerde uç hız oranları, mukavemet ve kavitasyon gereksinimleri nedeni ile rüzgar türbinlerindekilere oranla oldukça düşüktür. Momentum kanat elemanı metodu, uygulanan temel düzeltme faktörleri ile dizayn aşamasında yapılacak türbin analizleri için yeterli olmakla birlikte, analitik modeldeki eksiklikler ve sualtı akıntı türbini uygulamalarında kanatlar üzerinde meydana gelebilecek kavitasyon karakteristiklerinin hesaba katılamaması dolayısı ile önemli modifikasyonlara ihtiyaç duymaktadır. Diğer yandan, kesit kaldırma kuvveti ve kavitasyon direnci katsayılarının kanat yarıçapları boyunca hesaplanabilmesi gereklidir. Türbin kanatları etrafındakı akımın analizi için panel metodu olarak da bilinen sınır eleman metodu da kullanılmıştır. Potansiyel akım teorisini temel alan bu yöntem, kesitler etrafındaki basınç dağılımları hakkında bilgi sağlayarak kanat kavitasyon performansının öngörülebilmesine imkan sağlamaktadır. Bu yöntemler, doktora tez çalışması çerçevesinde MCT'lere uygulanmış ve MCT'lerin hidrodinamik performansları incelenmiştir. Ayrıca, kavitasyonun türbin kanatları üzerindeki dağılımının simülasyonu için, pervane performansının analizinde yaygın olarak kullanılan bir sayısal yöntem olan girdap ağ metodu kullanılmıştır. Metot, düzensiz tabaka kavitasyonlu akımların incelenebilmesi için geliştirilmiş ve hassas sonuçlar elde edilebilmesi için, tekillik ve kontrol noktolarının aralıkları hata oluşumunu engelleyecek biçimde düzenlenmiştir Newcastle Universitesi Emerson Kavitasyon Tüneli'nde, üç kanatlı yatay eksenli bir model türbin kullanılarak gerçekleştirilen deneylerde itme ve tork değerleri ölçülmüş; ayrıca türbinin iki farklı şaft derinliğinde kavitasyon davranışları incelenmiştir. Zira, sualtı akıntı türbini dizayn ve optimizasyonunda hidrodinamik performansın belirlenebilmesi için gerçekleştirilen sayısal öngörülerin deneysel olarak doğrulanması büyük önem teşkil etmektedir. Kavitasyon tünelinde yapılan deneyler ile kavitasyon formları ve türbin kanatları üzerindeki dağılımı incelenmiş, türbinin önemli ölçüde tabaka ve bulut kavitasyona ek olarak kanat uçlarında girdap kavitasyon maruz kaldığı gözlemlenmiştir. İki farklı deney koşulu için türbin kanatları üzerindeki kavitasyon dağılımı girdap ağ metodu kullanılarak modellenmiş, sonuçlar deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Momentum kanat elemanı metodu öncelikle kavitasyonsuz çalışma koşullarının analizi için literatürde deneysel ölçümleri mevcut olan bir rüzgar türbinine ve kavitasyonsuz çalışma koşulu için sayısal olarak modellenmiş bir sualtı akıntı türbinine uygulanmış ve sonuçlar mukayese edilmiştir. Sayısal olarak modellenen türbinin kanatları üzerinde ideal teorik bir kavitasyon dağılımı için belirli bir uç hız oranı aralığında güç katsayıları hesaplanmış ve kavitasyonsuz durumdakilerle kıyaslanmıştır. Kavitasyona maruz bir sualtı akıntı türbininin performans analizi için, literatürde bulunan diğer bir çalışmadan faydalanılmış, türbinin kavitasyon dağılımı girdap ağ metodu kullanılarak simüle edilmiştir. Kavitasyon yapan kanat kesitlerinin kaldırma ve sürüklenme kuvvetleri sınır eleman metodu ile hesaplanarak momentum kanat elemanı metodunda kullanılmış, böylelikle kavitasyonun türbin güç üretme performansına etkisi teorik olarak hesaplanmıştır. Kavitasyon dağılımının matematiksel olarak belirlenebilmesi, kavitasyona maruz kanat kesitlerinin kaldırma ve direnç katsayılarının daha doğru öngörülebilmesini, böylelikle momentum kanat elemanı teorisinin kavitasyon yapan bir sualtı akıntı türbininin performansını hesaplama kapasitesinin artmasını sağlamıştır. Bu çalışmada sunulan yöntem kullanılarak üç kanatlı bir türbin modeli için yapılan analizde elde edilen güçte %30 teorik azalma öngörülmüştür.
İstanbul şehir hatlarının gemi ve hat analizi
İstanbul'da toplu taşıma 13 milyondan fazla nüfusa çeşitli raylı sistemler, otobüs ağları, füniküler ve deniz araçlarıyla toplu taşıma hizmeti veren sistemlerdir. Üç tarafı denizlerle kaplı ve şehri ikiye bölen bir boğaza sahip olan İstanbul için deniz ulaşımı çok önemli bir yere sahiptir. Tanzimat döneminde ulaşım imkanlarının artmasıyla İstanbul'daki yerleşim boğaza doğru yayılmaya başlamıştır ve bu durum deniz ulaşımı kullanımının yayılmasına sebep olmuştur. İstanbul'da deniz ulaşımını sağlayan birçok kuruluş vardır. Bunlar İstanbul Şehir Hatları, İstanbul Deniz Otobüsleri (İDO), Turyol, Dentur, Mavi Marmara ve Deniz Taksi'dir. Bu çalışmada kuruluşlar arasında en köklü geçmişe sahip olan İstanbul Şehir Hatları ele alınmıştır. İstanbul'daki ulaşım ağlarının, özellikle Marmaray ve Metrobüs ile, genişlemesi ve deniz ulaşımında özel sektörün etkisiyle rekabetin artması İstanbul Şehir Hatları'nın yolcu sayısında ciddi bir düşüşe neden olmuştur. 2010 yılında İstanbul Büyükşehir Belediyesi'ne bağlanan İstanbul Şehir Hatları A.Ş, İstanbul Büyükşehir Belediyesi'nin zarar eden tek şirketi olarak göze çarpmaktadır. Bu zararı incelemek için İstanbul Şehir Hatları Planlama Birimi ile fikir alışverişinde bulunulmuştur ve incelenmek üzere merkez hatlar arasında bulunan Eminönü-Kadıköy, Kadıköy-Karaköy ve Eminönü-Üsküdar hatları seçilmiştir. Bu hatlarda uygulanan seferlerdeki doluluk oranlarının çok düşük, gemi işletim maliyetlerinin ise çok yüksek çıkması sonucunda mevcut sistemde değişiklik yapılması gerektiği ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada, düşük doluluk oranlı ve yüksek işletim maliyetli mevcut sistemin yerine 3 farklı senaryo ile daha düşük kapasiteli ve düşük operasyon maliyetli yeni yolcu gemileri ile hatlardaki seferlerin gerçekleştirilmesi önerilmiştir. Böylece, yolcu başına gemi işletim maliyetleri düşecek ve yapılan seferler daha karlı bir şekilde gerçekleştirilecektir. Ayrıca, İstanbul Şehir Hatları filosuna ait gemiler yüksek kapasiteleri dışında gemi ömürlerini de doldurmuştur. Efektif kullanım ömürlerini dolduran yaşlı gemiler yüksek operasyon maliyetleri ile de seferlerdeki yolcu başına düşen maliyeti arttırmaktadır. Önerilen 3 senaryoda mevcut sistemdeki yüksek maliyetli eski gemilerin yerine gelecek gemiler, toplam işletim maliyetlerinde ciddi bir azalma ile, ilk yatırım maliyetini ortalama 2 senede amorti etmektedir. İlk yatırım maliyetinin geri dönüş süresinin çok düşük olması yeni senaryoların uygulanabilirliğini de arttırmaktadır. Anahtar Kelimeler: İstanbul Şehir Hatları , Yolcu gemileri, Gemi doluluk oranı, Gemi maliyet yapısı, Gemi kapasitesi, Gemi ömrü, Filo yönetimi
Gemi makinelerinin yataklanması ve titreşim etüdü
Değişen ve gelişen endüstriyel aşamalarla kullanılan birçok makine hem boyut hem de güç olarak büyümektedir. Gemi tasarımındaki son gelişmeler, daha büyük stroklu ve daha güçlü dizel motorların kullanıldığı, daha büyük boyutlarda, daha hafif, daha esnek gemilerin yapılmasına yol açmaktadır.Yapıyla beraber büyüyen statik ve dinamik kuvvetlerden kaynaklı gürültü ve titreşim gibi problemler ve bunların hava, akışkan ve yapı ile iletimi bu gelişmelerle büyüyen problemlerden bir kısmıdır. Yapı kaynaklı gürültü ve titreşimde ana makine ya da diğer makinelerden kaynaklı titreşim makine yatağına, yataktan ise tüm gemi yapısına iletilmektedir. Meydana gelen bu titreşimler yolcu konforu, mürettebat yaşamını ve hareketli aksamların çalışma performansını etkileyip makina ve cihazlarda bozulmalara neden olmakla birlikte yapısal elemanlarda da yorulma hasarına neden olup kontrol edilmesi gerekmektedir. Ancak gemi çalışmaya başladıktan sonra alınacak önlemlerin uygulanması hem daha zor hem de maliyeti yüksek olması sebebiyle gemi inşa esnasında teorik ve deneysel çalışmalar yapılmalıdır. Ana makine yatağı titreşimlerinin önüne geçilmesi için ilk olarak tasarım aşamasında henüz ayrıntılar geliştirilmeden önlem alınmalıdır.Yataklarda tekrar eden şekilde ortaya çıkan ve deneylerle sabit olan titreşim problemlerinin çözüm kaynağının erken safhadaki tasarım aşaması olduğu açık olup, sonradan yapılacak olan düzeltmelerin çok ağır maliyetler gerektirdiği bilinmektedir. Rezonansı önlemek ve ikaz kuvvetlerini azaltmak amacıyla detaylı hesaplamalar ve deneysel çalışmalar gerekmektedir. Bu sebeple gemi ana makinesi ve diğer makinelerin titreşim hesaplamaları çok önemlidir ve makine yatağı tasarımı yaparken yapıyı gereksiz yere ağırlaştırmadan titreşim genliklerini minimum seviyede tutmak amaçlanmalıdır. Gemi ana makine titreşim hesaplamaları yapılırken kullanılan bir teknik ise tüm sistemi çift kütle yay sistemi ile modellemektir. Bu tez çalışmasında dinamik analizler ve gemi makine yatağının duyarlılık analizleri sistemi iki serbestlik dereceli sönümlü zorlanmış titreşim denklemleri ile modelleyerek çözülmüştür. İlk aşamada sistem statik açıdan incelenmiş, dayanıklılık hesaplamaları yapılmıştır. Bulunan dinamik kuvvetler (yanma odasında piston kafası üzerine etkiyen maksimum gaz basıncı) ve dinamik yükler (motorun sabit ve hareketli parçaları, hareketli parça kütleleri, ataletleri, dönen ve doğrusal hareket eden kütlelerin oluşturduğu kuvvetler) hesaplanmıştır. Statik ve dinamik kuvvetlere karşı yatağın nasıl cevap verdiği göz önünde bulundurarak ön yatak tasarımı yapılmıştır. Yatak tasarımının doğru olması çok önemlidir çünkü doğru tasarım motorun baş-kıç vurma, öteleme ve maksimum yer değiştirmesini engelleyecektir. İkinci adımda ise, analitik model oluşturulmuştur. Ana makine ve yatağı; bir çift yay ve kütle sistemi ile modellenmiştir. Zeminin yay gibi davrandığı kabul edilmiştir. Motor test yatağının dinamik dayanım ve titreşim hesaplamalarında kullanılan datalar Deniz Kuvvetlerine ait gemilerdeki dizel motorlardan seçilmiştir. Bunun yanında, olası düşey yönde aşağı yukarı hareket, ağırlık merkezi etrafında dönerek baş – kıç vurma ve ileri geri doğrusal öteleme hareketleri incelenmiştir. Hesaplanan yer değiştirme ve dönmeler tablolarda verilmiş olup, ayrıca sonuçlar frekans – genlik grafiklerinde de gösterilmiştir. Sonuçların izin verilen sınırlar arasında olup olmadıkları kontrol edilmiştir. Son aşamada, sistemin matematik modelinin çözümüne geçilmiş, elde edilen sayısal sonuçlar değerlendirilmiş, tartışmalar ve yorumlar sonuç kısmında verilmiştir.
Gemi inşaatı sanayiinde iş kazaları ve analizi
2003-2008 yılları arasında Türkiye Gemi İnşa sektörü, dünya ticaret hacmi ve buna bağlı olarak navlun fiyatlarının da artması sayesinde ciddi bir atılım yapmıştır. Tuzla Tersaneler Bölgesi'nde aynı yıllarda gemi inşa sektöründeki canlanmaya paralel olarak, iş kazalarının sayısı yükselmiş, ölümlü iş kazalarının sayısında ise ortalama %60'dan fazla bir oranda artış gerçekleşmiştir. İş Sağlığı ve Güvenliğine İlişkin İşyeri Tehlike Sınıfları Tebliği'ne göre, her türlü gemi inşası ve bakım onarımıyla ilgilenen işyerleri olan tersaneler, çok tehlikeli sınıfta yer almaktadır. Yüksekten düşme, elektrik çarpması, yangın ve patlama, malzeme çarpması,sıkışma tersanelerde yaşanan kazaların ana sebeplerini oluşturmaktadır. Tersanelerde kaza konuları kendi içinde çeşitli başlıklara ayrılabilir. Ancak kazaların asıl nedenlerine bakıldığında ilk olarak ortaya çıkan konu işyeri ortamlarının üretime uygun şekilde olmayışıdır.Özellikle Tuzla bölgesinde dar çalışma ortamları çalışanları olumsuz şekilde etkilemektedir. Yoğun üretim temposu da çalışma ortamlarının üzerine eklendiğinde, aynı ortamda olmaması gereken farklı çalışma gruplarına ait işler bir arada yapılmakta ve tehlikeli sonuçlar ortaya çıkmaktadır. 6331 Sayılı İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu'yla beraber işverenler işyerlerinde risk değerlendirmesi yapmakla yükümlü tutulmuşlardır. Risk değerlendirmesi yapılırken amaç riskleri kaynağında yok etmek, yok edilemeyen riskleri daha az tehlikeli olanlarla değiştirmek, bunun yanında öncelikle toplu koruma önlemleri almak ve ardından kişisel koruyucu önlemlerin alınmasıdır. Buradan hareketle tersanelerde yapılacak çalışmalarda üzerinde durulması gereken önemli konular işyerini değişen teknolojilere uygun hale getirmek, çalışanlar için toplu koruma önlemlerini almak ve son olarak çalışanlara uygun kişisel koruyucu donanımları vermek ve bunların kullanılmasını denetlemek şeklinde olacaktır. Bu çalışmanın amacı tersane çalışanlarının gözünden işyeri ortamlarını görmek, gerekli iş sağlığı ve güvenliği konularında kendi işyeri ortamları hakkında farkındalıklarını öğrenmek, alınmış olan tedbirler ve çalışma ortamları arasında uyum konusunda yaşadıkları sıkıntılar hakkında ve çalışma hayatlarına etki eden sosyal faktörler konusunda bilgi sahibi olmak şeklinde sıralanabilir.
Bilyeli rulman hasarlarının titreşim analizi ile tespiti ve gemi makinelerinde kestirimci bakım uygulaması
Titreşimi, basit ve en genel haliyle, bir sistemin denge konumu civarında yaptığı salınım hareketi olarak tarif etmek mümkündür. Titreşim mekanik sistemlerde genellikle istenmeyen bir durum olarak karşımıza çıkmakta olup, makineler için boşa harcanan enerji, istenmeyen ses ve gürültü, yüksek gerilmeler, malzeme yorulması ile aşınması ve hatta rezonans durumunda tüm sistemin tahribatına kadar ulaşabilecek olumsuz durumlara sebebiyet verebilmektedir. Döner makineler için vazgeçilmez bir eleman niteliğinde olan rulmanlarda yetersiz ve yanlış yağlama, üretim hataları, aşındırıcı partikül varlığı, nemli çalışma ortamı, aşırı yükleme, hatalı montaj ve işletmeleri sırasındaki çeşitli sebeplerden kaynaklanan bir takım hatalar oluşabilmektedir. Rulmanların, bilezik bilye yuvarlanma yolları üzerinde veya bilyelerinde meydana gelen hatalar, rulmanın çalışması esnasında bilye ile bilezikler arasındaki temas deformasyonlarında darbe şeklinde ani değişikliklere sebebiyet vermektedir. Bu deformasyonlar hatanın bulunduğu rulman elemanı ve hatanın temas ettiği dış yükleme durumuna bağlı olarak rulmanın ürettiği bileşke kuvvette değişikliklere neden olmaktadır. Bu değişiklikler ile rulmanın doğrusal olmayan dinamik cevabı oluşmakta ve rulmanlarla yataklanmış şaftta karakteristik titreşimler meydana gelmektedir. Rulmanlar gemilerde döner makinelerde önemli bir makine elemanı olarak kullanılmaktadırlar. Rulmanda meydana gelen bir arıza dolayısıyla bağlı olduğu makinenin çalışması etkilenecek, gerek liman gerekse de seyir periyotlarında işleyişin aksamasına hatta durmasına kadar uzanan problemlere neden olacaktır. Örneğin seyir esnasında kritik bir makinenin beklenmedik, ani duruşu; yüksek bakım onarım masraflarına, gereksiz parça değişimlerine, yedek parça teminin zorluklarına, zaman kaybına, personel üzerinde baskı ile strese ve buna bağlı iş kazalarına, hatta seyrin iptaline kadar gidecek önemli kayıplara yol açacaktır. Gemilerde makine ve teçhizatı ile ilgili olumsuz bir durumla karşılaşmamak için çeşitli bakım metotları denenmekte, periyodik olarak yapılan yağ ve parça benzeri değişimler ile belirli seviyelerde başarı elde edilse de beklenmedik arızaların önüne etkin olarak geçilememektedir. Kestirimci bakım ile titreşim gözlemleme metodu makinelerde arıza meydana gelmeden müdahale edilmesi anlayışını benimseyen ve böylece plansız ve ani duruşların önüne geçilebilmesi imkanını sunan bir bakım yöntemi olup, teknolojik yeniliklerin ışığında gemilerde uygulanmasının çok faydalı olacağı değerlendirilmektedir. Kestirimci bakım kapsamında titreşim gözlemleme metoduyla döner makinelerde rulman hataları, makinelerin çalışması esnasında tespit edilecek, bu hatalar ilerleme kaydedip tehlikeleri boyutlara ulaşmadan önce, hatalı rulmanın değiştirilmesi ile birlikte makinelerin beklenmedik ani duruşlarının önüne geçilebilecektir. Bu tezde ilk olarak; mekanik titreşimler ve bazı temel kavramlar üzerinde durularak titreşim teorisine kısa bir giriş yapılmış, titreşim analizi ve veri toplama ile ilgili hususlar tanıtılmış ve gemilerde titreşim standartları hakkında bilgiler verilmiştir. Sonrasında; bakım ve gemilerde uygulanması konusunda bilgiler verilerek, koruyucu bakım, arıza çıktıkça bakım ve proaktif bakım tanıtılmış ve kestirimci bakım detaylandırılmıştır. Son olarak; rulmanlar, rulman elemanları, hasarları ve hasar frekansları ile ilgili bilgiler verilerek deney aşamasına geçilmiştir. Rulman arızalarından %34'lük oranı ile en yüksek arıza yüzdesine sahip olan yorulmaya bağlı kusurların, rulman iç ve dış bileziği üzerindeki etkisinin titreşim analizi ile araştırılması amacıyla bir deney düzeneği tasarlanmıştır. Yapılan deneysel çalışma kapsamında önce sağlam rulman 1750 RPM ve 2250 RPM hızlarında döndürülerek titreşim verileri kaydedilmiş, sonra da rulmanların yumuşak karnı olan iç bilezik ve dış bilezik bilye yuvarlanma yolu yüzeyleri hatalı rulmanlar (her bir rulmanda ve her bir yuvarlanma yolu yüzeyinde bir hata olmak üzere; 0.15 mm., 0.45 mm. ve 0.90 mm. hatalı rulmanlar) yine 1750 RPM ve 2250 RPM hızlarında döndürülerek titreşim kayıtları alınmıştır. Bu kayıtlar grafikler ve çizelgeler ile de detaylı bir şekilde sunulmuştur. Sağlam ve hatalı rulmanlara ait frekans spektrumlarının detaylı analizleri neticesinde, deney düzeneğinde kullanılmak üzere imal edilen milin dengesiz olduğu ve rulman yatağının ölçüm yapılan rulmanları tam kavrayamaması sebebiyle mekanik gevşekliğe neden olduğu gözlemlenmiştir. İç bilezik ve dış bilezik bilye yuvarlanma yolu yüzeylerinde oluşan yorulmaya bağlı hatalara (çatlak, çukur vb.) ait frekans spektrumlarındaki hasar frekansları ile nümerik yollarla bulunan hasar frekanslarının uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Bu hataların büyüklükleri arttıkça hasar frekanslarına ait genlik değerlerinin de arttığı tespit edilmiştir. Ayrıca döner makinelerde dengesizlik, mekanik gevşeklik gibi arızaların da titreşim analizi yöntemiyle tespit edilebileceği doğrulanmıştır. Sonuç olarak bu çalışma ile, rulman hatalarının ve hata büyüklüklerinin, ayrıca dengesizlik ve mekanik gevşeklik gibi mekaniksel arızaların da titreşim analizine dayalı kestirimci bakım kapsamında tespit edilebildiği doğrulanmıştır. Rulmanların gemilerde kullanılmakta olan döner makineler için çok önemli bir makine elemanı konumunda oldukları dikkate alındığında, titreşim analizine dayalı kestirimci bakım sisteminin gemilerde uygulanmasının döner makine arızalarının erken tespit ve teşhisi açısından önemi açığa çıkmıştır.
Hidrofoillerin kavitasyon kovalarının sayısal-parametrik incelenmesi
Kavitasyon lokal basıncın, ortam sıcaklığındaki buhar basıncının altına düşmesi durumunda meydana gelen fiziksel bir olaydır. Sabit sıcaklıktaki bir akışkanın lokal basıncı (p) doymuş buhar basıncının 〖(p〗_v) altına düşmesi durumunda akışkan yapısı parçalanmaya başlar. Bu olaya "kavitasyon" denir. Kavitasyon pervane dümen, stabilize için bulunan finler, pompa ve türbin kesitlerinde meydana gelebilir. Bu çalışmada sınır elemanları yöntemi ile (Boundary Element Method-BEM) iki boyutlu hidrofoiller üzerindeki basınç dağılımları hesaplanıp kavitasyon kova diyagramları (zarf eğrileri, kavitasyon bukleleri) elde edilmiştir. Her bir durum, kavitasyon başlangıç durumu ve kısmi kavitasyon durumu için ayrı ayrı incelenmiş elde edilen sonuçlar birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Çalışmada iki boyutlu hidrofoil olarak dört basamaklı NACA foil geometrileri ve bir sualtı türbinine ait S184 geometrisi kullanılmıştır. NACA foil geometrisini temsil eden 4 basamaklı sayı dizisindeki her bir rakam geometrik olarak bir değişkeni temsil etmektedirler. Bu çalışmada mevcut parametreler sistemli olarak değiştirilip farklı geometriler elde edilmiştir. Elde edilen her bir geometri için kavitasyon kova diyagramı hesaplanıp bu parametrelerin bu diyagramlara etkisi analiz edilmiştir. Bu analizler sonucunda hidrofoilin hangi durumda kavitasyon yapıp yapmadığı tayin edilmeye çalışılmıştır. Kısmi kavitasyon durumu incelenirken kısmi kavitasyon yapmaya müsaade eden bir panel yöntemi PCPAN kullanılmıştır. PCPAN programında kavitasyon boyu girdi olarak tanımlanır ve kavitasyon sayısı iteratif bir şekilde bulunur. Bu kısımda kavitasyon boyu l/c=0.5 ve l/c=0.7 için incelenmiştir. Kısmi kavitasyon için kavitasyon boyunun kord boyunun 3/4'üne eşit olduğu durum fiziksel olarak özel bir anlam taşır. Kavitasyon sayısı küçüldükçe kavitasyon boyunun arttığı bilinmektedir. Foil için kavitasyon sayısı küçüldükçe kavitasyon boyu artar. Fakat kavitasyon boyunun 3/4'üne yaklaştığında kavitasyon sayısı küçülse dahi kavitasyon boyu artmamaktadır. Bu durum kavitasyon sayısının bir sınırı geçmesine kadar böyle devem eder. Bir değerden sonra yeniden kavitasyon sayısı küçülterek kavitasyon boyu artırılabilir. Fiziksel olarak stabil olmayan bu nokta için kavitasyon kova diyagramı elde edilerek bu özel durum incelenmesi amaçlanmıştır. Fakat PCPAN programı kavitasyon boyu 0.75c tanımlandığında doğru çalışmamaktadır. Bu durumda programın doğru çalıştığı 0.75c noktasına en yakın değer olan 0.7c için hesaplar yapılmıştır. Son olarak ise bir sualtı türbini kesitine ait olan S184 geometrisi kavitasyon başlangıç durumu için incelenmiştir.
Savonius rüzgâr türbininin sonlu elemanlar yöntemi ile yorulma analizi
In this thesis, dynamic analysis of a Savonius wind turbine system is carried out by using finite element method and multibody system simulation. Fatigue life of a newly design Savonius wind turbine, which is a Vertical Axis Wind Turbine type, is estimated.
Offshore türbinlerde kullanılan bir rüzgar kanadı profili üzerindeki hava akışının karşılaştırmalı numerik analizi
It is obvious that renewable energy has started to gain more importance in the recent years with increasing concerns about environmental issues and security of energy supply. Wind energy is one of the most important sources in renewable energy. Having much more growth rate than onshore and with numerous advantages, offshore wind energy is believed to be next step in wind energy and the energy solution of the future. The research conducted in this thesis is motivated by the numerical analysis of NACA 64(3)618 blade profile of the offshore wind turbines which has been widely used in the wind energy sector recently. These analyses have been carried out by Ansys CFX and panMARE working according to different calculation methods. The effects of changing of the angle of attack on lift and drag coefficients have been examined for the blade profile. The numerical studies have been performed between -5o and 15o in different values of angle of attack. Besides, two different wind velocity ( 3 m/s and 11.4 m/s) are used in these studies. By this means, the effects of the altering wind velocity on the airflow around the blade profile have been investigated. The research report is composed of six chapters. In the first two sections, the information related to offshore wind turbine technology and wind energy are handled and also the scope of the thesis and the purpose are mentioned. After examining the key factors that effect wind energy in detail, the geometry and aerodynamics of airfoil and the characteristics of NACA profiles are discussed in the third part. Additionally, the information about the underlying methods of Ansys CFX and panMARE programs and their solution methods are presented. The fifth section covers the numerical analyses of NACA 64(3)618 airfoil by Ansys CFX and panMARE and the comparison of the results between these analyzers. The conclusion part and recommendations are addressed with key factors in the last part of the thesis.
Ham petrol tankeri kargo tankları ısı transferi ve kargo ısıtma sistemi analizi
Crude oil is one of the most actively traded commodities in the world. Oil transportation has become a complex and highly technical operation. One of the major difficulties in the transportation is the high viscous fluids that require efficient and economical ways to transfer the heavy crude. Heavy crude oils have a density approaching or even exceeding that of water. They are usually extremely viscous, with a consistency ranging from that of heavy molasses to a solid at room temperature. Heavy crude oils are not pumped easily through the pipelines because of the high concentrations of sulfur and several metals, particularly nickel and vanadium. Crude oils are complex fluids that can cause a variety of difficulties during the production, separation, transportation and refining of oil. One of the most prominent challenges is transportation of heavy and extra heavy crude oil from ship to the station. The transportation of heavy and extra-heavy oil presents many operational difficulties that limit their economical viability. Therefore, solving this operational difficulties is very essential due to the economical aspects in terms of increasing use of heavy and extra heavy crude oil in the future. The most widely and efficient enhanced oil recovery technologies are the thermal techniques. Thermal methods reduce the viscosity of heavy crude oil by several orders of magnitude rapidly, in contrast to non-thermal methods in which the mode of viscosity reduction is quite slow. Heating is a common method utilized to overcome the above noted problems of transporting heavy oil from ship to the station. The basis for this method lies in the fact that as heavy oil is heated, the viscosity of the heavy oil is reduced and thus made easier to pump. Therefore it is important to heat the oil to a point where the oil has a substantially reduced viscosity. This method is aimed at reducing viscosity as well as the energy required for pumping, to enhance flowability of the oil. However, heating to increase the temperature of the fluid involves a considerable amount of energy and cost as well. Thus, identifying correctly the heating system requirements, development of appropriate heating system, calculating correctly the factors that affect heat transfer rate is important in terms of energy conservation ,environment effectiveness and cost. This thesis aims to develop appropriate cargo heating system, to determine correctly the heating system requirements, calculating correctly the factors that affect heat transfer rate, to determine the optimal cargo heating management plan,in terms of energy conservation, saving cost depend on fuel consumption and environment effectiveness. Furthermore, this thesis is aimed to find optimal methods scientifically to determine the cargo oil heating time in order to save energy during oil transportation. In this thesis, in the first section presents general information, purpose and scope and literature review about development of cargo oil heating system and plan in oil tankers. In order to accomplish our purpose which was mentioned above, initially 100,000 dwt crude oil tanker (aframax) preliminary design is performed in the second section. In addition to this part, aframax tanker`s main dimensions and its cargo tanks capacities which are necessary to calculate heat transfer rate and coefficients are determined in this chapter. Additionally, crude oil tanker main engine and generating sets are identified and selected. In the third section, general theories of conduction and convection heat transfer are described. Natural and forced convection correlations for vertical and horizontal plates are explained in briefly. In the next chapter, Shell and Spirax Sarco cargo heating systems solutions are analyzed and examined with the values which are written in their literature. In this examination, quantity of heat requirements for Shell and Spirax Sarco are calculated and then these heat requirements for both solutions are compared with each other. Finally, steam consumptions for this cargo heating solutions are determined and compared. In the fifth section, heat transfer coefficients for each section of cargo tanks are calculated under different conditions independently. Spirax Sarco and Shell heat transfer coefficients which are written their literature for double side, deck and double bottom are compared with independent solution of heat transfer coefficients for double side, deck and double bottom. Heat requirements differences occured due to the heat transfer coefficients differences between Shell, Spirax Sarco and our independent solutions and heat requirements for each solutions are compared. Additionally, these two solutions and our independent solution's boiler fuel consumption onboard crude oil tanker is compared with each other. In the sixth section, modeling of heat transfer from heat equipment to the cargo is performed. Cargo heating methods are explained and appropriate one which is called submerged heating coil is implemented to proposed design ship. Finally, discussions and reviews of the obtained numerical results are discussed in the last section of the thesis. Suggestions for any academic studies, research and development in the future are mentioned in final part.
Hasarsız stabilite kriterlerinin karşılaştırmalı değerlendirilmesi
Günümüzde ticari gemilere uygulanan stabilite kriterlerinin gelişim süreci eski tarihlere dayanmasına rağmen, bunun yazılı kural haline getirilmesi 1960'lı yıllarda olmuştur. Gemilerde ilk resmi Uluslararası stabilite kuralları IMO (International Maritime Organization) A.167 önergesiyle 1968 yılında uygulanmaya başlanmıştır. Temel olarak bu önerge, gemilerin başlangıç metasantr yüksekliği ve doğrultucu moment kolu eğrisi altında kalan alan değerleri için bazı kriterleri içermekteydi. Gemilere etki eden dış unsurlarla ilgili herhangi bir parametre dikkate alınmamakta idi. Bundan dolayı, IMO 1985 yılında A.562 önergesiyle, gemilerin yalpa ve rüzgarın bileşik etkisi altındaki durumunu inceleyen hava kriterini yürürlüğe koymuştur. 1993 yılında ise daha önceki önergeleri A.749 önergesinde toplayarak, bu kriterlerin, 24 metre ve daha büyük tüm gemilere uygulanmasını zorunlu hale getirmiş ve daha önceki önergeleri yürürlükten kaldırmıştır. Daha sonra, A.749 önergesi 1998 yılında "Intact Stability (IS) Code" (Hasarsız Stabilite Kodu) olarak güncellenmiş ve 2008 yılında nihai halini almıştır. Ancak askeri gemilerde, ticari gemilerde olduğu gibi uluslararası kabul görmüş ve bütün ülkelerin kullandığı kurallar bulunmamaktadır. Genellikle ülkelerin kendi donanmalarına ait kullandığı kurallar bulunmaktadır. Ancak, birçok ülkenin askeri gemi kurallarının çıkış noktası 1944 yılındaki bir faciaya dayanmaktadır. 1944 yılında Amerikan donanmasının Pasifik Okyanusunda tropik bir fırtınaya yakalanması sonucunda kısa süre içinde 3 adet destroyer batmış ve dördüncüsü de bacasının rüzgar basıncı altında kırılması sayesinde kurtulmuştur. Bu facia, Amerikan donanması için stabilite kurallarının geliştirilmesinde etkileyici rol oynamıştır. Ilk kurallar 1962'de Sarchin ve Goldberg tarafından yayınlanmıştır. Bu kurallar diğer ülkelerin donanmaları tarafından adapte edilmiştir. Askeri gemilerin stabilitesi amaçları gereği büyük önem taşımaktadır. Çünkü geminin hem gerekli stabilite kurallarını sağlaması, hem de görevini yerine getirecek kabiliyette olması gereklidir. Görevini yerine getirirken herhangi bir zafiyete uğramaması gerekmektedir. ANEP 77 hasarsız stabilite kodu ile amaçlanan, NATO'ya üye ülkeler ve bu kodu kullanmak isteyen diğer ülkelerin inşa edecekleri askeri gemiler için ortak bir standart oluşturmaktır. Bu çalışmada da ANEP 77 askeri gemi kodu ile dünya genelinde kullanılan Alman askeri gemi kodu olan BV 1030-1, İngiliz askeri gemi kodu olan NES 109 ve ticari gemilere uygulanan uluslararası stabilite kodu olan 2008 IS kod'un hasarsız stabilite kriterleri ve hangi yatırıcı moment kollarının nasıl hesaplanacağı ile ilgili bilgiler verilmektedir. Böylelikle genelde uygulanması amaçlanan bir kodun mevcut kodlarla karşılaştırması elde edilecektir. Sonuçlar bölümünde yukarıda belirtilen 4 adet kodun bir ticari kuru yük gemisi ve 2 adet savaş gemisi üzerinde uygulanması ve karşılaştırmalı sonuçları verilmektedir.
Geniş ambar ağzı açıklıklı konteyner gemilerindeki çarpılmanın incelenmesi
Dünya ekonomisindeki hacim artışı sebebiyle, deniz taşımacılığında hedeflenenleri karşılamak amaçlı, deniz ticaretinin en önemli ayağı olan konteyner gemilerinin boyutları büyümüş ve kapasiteleri artırılmıştır. Daha fazla konteyner taşıyabilmek için gemiler, daha geniş ambar açıklıkları ile inşa edilir duruma gelmiştir. Geniş ambar açıklıklı gemilerde meydana gelen yapısal problemleri çözmek amaçlı birçok çalışma yapılmıştır. Geminin seyri esnasında maruz kaldığı burulma yüklemesi bu problemlerin başında gelir. Sunulan bu çalışmada geniş ambar açıklıklı konteyner gemilerinde burulma yüklemesinden meydana gelen çarpılma gerilmelerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Geniş ambar açıklıkları gemide süreksizlik noktası yarattığından burulma rijitliğini azaltıcı rol üstlenir. İnce cidarlı yapılar olan konteyner gemilerinde ise burulma rijitliği konusu oldukça önemli olup, son yıllarda yapılan çalışmalarda başat bir rol üstlenmiştir. İlk bölümde konteyner gemileri hakkında genel bilgi verilmiştir. Bunu takip eden ikinci bölümde yapısal problemleri beraberinde getiren geniş ambar açıklıklarına değinilmiştir. Bu süreksizlik yapısının dizayn aşamasında nasıl dikkate alınması gerektiği belirtilmiştir. Üçüncü bölümde burulma konusu anlatılmıştır. Açık güverteli gemilerde burulmanın önemine değinilmiştir. Takip eden bölümlerde ise gemi kiriş kabulü ile burulma momentinin nasıl hesaplanacağı anlatılmış olup, bu hesabı gemi kirişinin burulmaya olan tepkisinin analizi izlemiştir. Bu bölümde son olarak gemi gövdesinin burulma momenti karşısında uğradığı deformasyonlara yer verilmiştir. Bölüm dörtte, burulma kaynaklı çarpılma konusu öncelikle teorik olarak ele alınmıştır. İlk olarak, konteyner gemilerinin güverte yapısında meydana gelen deformasyon ve gerilmeler incelenmiştir. Daha sonra çarpılma temel olarak iki kesit grubunda anlatılmıştır. Açık ve kapalı kesitlerde çarpılmanın nasıl oluşacağı, serbest ve kısıtlanmış çarpılma denklemlerine yer verilmiştir. Takip eden bölümlerde ise çoklu ve karışık kesitlere değinilmiştir. Beşinci bölümde teorik olarak bu çalışmada sunulan ifadeler, örnek bir konteyner gemisi kesiti üzerinden çözülmüştür. Konteyner gemi kesiti öncelikle çift yalnızca çift dip olarak ele alınmıştır. Kesitin özellikleri ve müteakiben çarpılma fonksiyonları hesaplanmıştır. İkinci kesitte ise birinci kesitin ara güverteli haline yer verilmiştir. Aynı şekilde ikinci kesit için de çarpılma katsayısı belirlenmiştir. Üçüncü ve son kesitte ise, ana ve ara güvertesi olan bir yapı göz önüne alınmıştır. Çapılma katsayısının hesabının ardından; güvertelerin kesitin rijitliğini artırdığı gözlemlenmiştir. Sonuç bölümünde ise kesitlerin çarpılma katsayıları karşılaştırılmıştır. Gemi kesitinin kapalı kesite yaklaştıkça, çarpılma rijitliğinin arttığı ve buna bağlı olarak da çarpılma katsayının azaldığı görülmüştür.
Bir feribottan yayılan egzoz emisyonlarının deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Deniz taşımacılığı, diğer taşımacılık türlerine kıyasla en temiz taşımacılık türü olmasına rağmen, büyüyen deniz trafiği nedeniyle gemilerden kaynaklanan emisyonlar hava kirliliğini önemli derecede etkilemektedir. Deniz taşımacılığının hava kirliliğine olan önemli katkısı nedeniyle, gemi emisyonları ve çevreye olan etkileri son yıllarda birçok çalışmada yer almıştır. Gemi egzoz emisyonlarından kaynaklanan hava kirleticileri ve sera gazları; küresel ısınmaya, asit yağmurlarına ve hava kalitesinin azalmasına neden olurlar ve insan sağlığı üzerinde olumsuz etkilere sahiptirler. Ayrıca limanların yaşam alanlarına yakın olmasından dolayı gemi kaynaklı emisyonlar karasal hava kalitesini oldukça fazla etkilerken insan sağlığını da ciddi ölçüde etkilemektedir. Artan deniz taşımacılığına bağlı olarak gemilerin çevreye olan zararları artmıştır. Bu zararları azaltmak ve kontrol altına almak amacıyla ülkeler, uluslararası kuruluşlar ve çevre kuruluşları çeşitli düzenlemeler hazırlamış ve bu düzenlemeler kademeli olarak yürürlüğe girmiştir. Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) MARPOL Ek VI, Türkiye Cumhuriyeti Ulusal Mevzuatı, Avrupa Birliği Mevzuatı ve Kaliforniya Hava Kaynakları Kurumu (CARB) limitleri gemi egzoz emisyonlarına sınırlamalar getiren düzenlemelerdendir. MARPOL Ek IV Gemi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Önlenmesi Tüzüğü'nde gemilerin egzoz gazlarından çıkan başlıca azotoksit (NOX) ve kükürtoksit (SOX) gibi emisyonların küresel ve özel bölgelerde sınırlandırılmasına ilişkin düzenlemeler getirilmiş ve emisyonlar için limit değerler belirtilmiştir. Türkiye MARPOL Ek VI sözleşmesine çok yakın zamanda Şubat 2014 tarihinde taraf olmuştur. Türkiye'nin Marpol Ek IV'ya taraf olmasıyla birlikte gemi kaynaklı emisyonların incelenmesi, ölçülmesi, azaltım metotlarının geliştirilmesi büyük önem kazanmıştır. Gemi egzoz emisyonlarının MARPOL Ek VI limitlerine uygunluğunun denetlenmesi için egzoz emisyon ölçümlerinin yapılması gerekmektedir. Egzoz emisyon ölçümleri yapılarak gemilerden yayılan ortalama egzoz emisyon miktarı belirlenerek gemilerin limitlere uygunluğu değerlendirilir. Gemilerde egzoz emisyon ölçümleri, IMO tarafından yayınlanan NOx Teknik dokümanında tarif edilen şekilde gerçekleştirilmektedir. Ayrıca gemilerin egzoz emisyonlarının MARPOL Ek VI limitlerine uygunluğunun denetlenmesi konusunda uyulması gereken prosedürler NOx Teknik dokümanında sunulmaktadır. Gemi egzoz emisyonlarının deneysel olarak incelendiği çalışmalar ile emisyon faktörleri belirlenmektedir. Belirlenen emisyon faktörleri ile belirli bölgeler veya global ölçekte belirli bir zamanda yayılan egzoz emisyon miktarları teorik yöntemlerle hesaplanmaktadır. Bu çalışmalarla emisyon envanterleri oluşturularak gemilerden kaynaklanan emisyonların atmosfere, çevreye ve insan sağlığına etkileri incelenmektedir. Gemi egzoz emisyonlarının deneysel olarak çalışılması ile egzoz emisyon faktörleri geliştirilmekte ve doğrulanmaktadır. Gemi egzoz emisyon faktörleri çeşitli kurum ve kuruluşların yaptığı çalışmalarla belirli tipteki gemiler için belirlenmiş ve yayınlanmıştır. Bununla birlikte belirli bölgelerde farklı çalışma koşullarına sahip gemiler için emisyon faktörlerinin belirlenmesi, lokal ölçekte yapılacak emisyon envanter çalışmaları için büyük önem taşımaktadır. Yapılan bu çalışmada Marmara Denizinde yolçu ve araç taşımacılığı yapan tipik bir feribottan yayılan egzoz emisyonları deneysel metotlar ile belirlenmiştir. Gemi egzoz emisyonlarının ölçümleri sonucunda NOX egzoz emisyonu 11.909 g/kWh olarak belirlenmiştir. Türkiye'nin taraf olduğu IMO kurallarına göre, feribot üretim yılı göz önünde bulundurularak seviye 1 NOX limitlerine tabidir. Gemi ana makinesinin devri olan 750 rpm değeri kullanılarak yapılan hesaplama sonucunda feribotun uyması gerekli NOX egzoz emisyon limiti 11.97 g/kWh olarak belirlenmiştir. Değişik makine yüklerinde ölçülen NOX emisyon değerlerine göre spesifik NOX emisyon değeri olan 11.909 g/kWh, seviye 1 NOX limitlerine uygun görülmüştür. Ayrıca Türk Ulusal Mevzuatı, denizcilik yakıtları kükürt içeriği limitlerine göre feribotta kullanılan yakıt kükürt içeriği % 0.1'i geçmemelidir. Ölçüm yapılan feribotta kullanılan yakıtın kükürt içeriği değeri % 0.0005 olarak belirlenmiştir. Feribotta kullanılan bu yakıt yürürlükte olan denizcilik yakıtları kükürt içerik değerlerine uygun bulunmuştur. Ayrıca CO, CO2, O2 ve HC spesifik emisyonları sırasıyla 0.67 (g/kWh), 611.14 (g/kWh), 1350.10 (g/kWh) ve 0.623 (g/kWh) olarak belirlenmiştir. Bu çalışmada feribottan yayılan egzoz emisyon miktarları teorik yöntemlerle, literatürde yayınlanmış verilere göre ve deneysel ölçümlerde elde edilen verilere göre hesaplanmıştır. Bu hesaplamalarda feribotun bir seferinde yayılan egzoz emisyon değerleri belirlenmiştir. Hesaplamalar sonucunda elde edilen egzoz emisyon değerleri kıyaslanmıştır. Bu sonuçlara göre azot oksit ve karbon dioksit emisyonları için yapılan hesaplamaların yakın olduğu ve değişik metotlarla yapılan hesaplamalar arasında kabul edilebilir farklar olduğu belirlenmiştir. Ancak bu çalışmada kullanılan CO, HC ve SO2 emisyon faktörlerinin bu feribot tipinden yayılan emisyon miktarı hesabı için yüksek hata değerlerine sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca yapılan çalışmalar ile bu feribot tipi için teorik egzoz emisyon hesabında kullanılabilecek, feribotun değişik seyir durumları, değişik seyir durumlarında geçen süre ve toplam seyir süresi ve değişik seyir durumlarında makine yükü değerleri belirlenmiştir. Son olarak, bir yılda feribottan yayılan emisyon miktarı aylık olarak NOX, SO2, CO2, CO ve HC kirleticileri için hesaplanmıştır.
Yüksek hızlı kavitasyon tüneli için daralma, difüzör ve dirsek geometrilerinin hidrodinamik dizaynı
Yüksek akış hızına ve kapalı çevrime sahip, basınç kontrolünün yapıldığı, hidroakustik, hidrodinamik ve kavitasyon incelemelerinin gerçekleştirildiği kavitasyon tünelinin hidrodinamik dizaynı, kavitasyon tüneli ile ilgili literatür incelendiğinde başlıca araştırma konusudur. Özellikle daralma, difüzör ve dirseklerin hidrodinamik dizaynı, tünelin test kesiti içerisindeki akış kalitesini ve tünelin genel boyutlarını belirleyen temel öğelerdir. KATMANSİS projesi kapsamında fakültemiz bünyesine kazandırılacak yüksek hızlı kavitasyon tüneline referans bilgi kaynağı olması amaçlanan bu tez çalışmasında tünel için daralma, difüzör ve dirseklerin hidrodinamik dizaynı yapılmıştır. Akım ayrılması hadisesinin bulunmaması ve bütün kısımlar için minimum enerji kaybının elde edilmesi tünelin verimini belirleyen faktörlerdir. Özellikle tasarım aşamasında kavitasyon tünelinin performansını belirleyen, test kesiti içerisinde erişilebilecek minimum kavitasyon sayısı, tübürlans şiddeti ve sınır tabaka dışında kalan kısım için her yöndeki akım düzgünlüğünün dağılımının kontrolü başlıca dizayn kriterlerdir. Bölüm 1'de kavitasyon tünelleri ve incelenecek kesitler hakkında literatür çalışmalarına yer verilmiştir. Bölüm 2'de test kesiti içerisindeki akışın, minimum kavitasyon sayısı olarak belirlenen 0.2 civarında olması, akış düzgünlüğü çalkalanmasının bütün yönlerde tünel içi referans akış hızının %1'inden az olması, türbülans şiddetinin %1'den az olması ve test kesiti içerisinde sınır tabaka gelişiminin minimum düzeyde tutulması olmak üzere genel dizayn kriterlerinden bahsedilmiştir. Test kesiti içerisindeki akım kalitesini direkt olarak kontrol eden ve bu kesitten hemen önce yer alan daralma bölgesinin dizaynı, daralma oranı, daralma uzunluğu ve daralma girişinde ikinci türevin ve büküm noktasının kontrol edildiği daralma profili olmak üzere dört ana kriter üzerinden yapılmıştır. Test kesitindeki akışı düzgün bir şekilde tahliye etmek için, genişleme oranı ve difüzör açısının kontrol edildiği difüzör bölgesi tanıtımına yer verilmiştir. Tünelin maksimum uzunluğunu kontrol eden bu bölge aynı zamanda, genişleme oranı ile akışın tünel içerisindeki ortalama akış hızını da etkilemektedir. Dolayısıyla tünel içerisindeki toplam basınç kaybının minimum tutulabilmesi için ele alınması gereken temel kısımlardandır. Son olarak daralma girişi ve difüzör çıkışında yer alan dirseklerin dizaynı için seçilmiş olan, profil şekli, profil boyu, hücum açısı ve profil sayısı oranı kriterlerine yer verilmiştir. Bu kriterlerin kavitasyon tüneli üzerindeki etkilerinden bahsedilmiştir. Yapılan dizayn çalışması Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. HAD analizleri teorisi hakkında bilgiler Bölüm 3'te sunulmuştur. Aynı zamanda bu kısımda, analizlerin gerçekleştirildiği sonlu hacimler metodundan, hız basınç ayrıklaştırılmasının yapıldığı SIMPLE yöntemi ve türbülans modeli olarak seçilen SST k-ω modeli hakkında detaylı bilgiye yer verilmiştir. Bölüm 2'de bahsedilmiş olan her kesit için incelenen vakaların sonuçları Bölüm 4'te verilmiştir. Dizayn aşamasında gerçekleştirilen analizler, tünelin servis hızı olan 10m/s için ele alınmıştır. Uygun olarak belirlenen geometriler için ayrıca 2m/s'lik düşük hıza ve test kesiti için en yüksek hız olarak belirlenen 15m/s'lik akış hızına sahip vakalar gerçekleştirilmiştir. İlk olarak ele alınan daralmanın giriş ve çıkış alan oranına bağlı olarak kontrol edilen daralma oranı 5 ve 6 için analizler gerçekleştirilmiş ve test kesiti içerisindeki etkileri incelenmiştir. Daralma oranının artması ile test kesiti içinde hesaplanan türbülans şiddeti ve akış düzgünlüğü olumlu olarak etkilenirken, daralma girişi taban köşelerinde sınır tabaka içinde akım ayrılmaları gerçekleşmiş, dolayısıyla istenen kriterleri sağlayan daralma oranı 5 seçilmiştir. Daralma uzunluğunun kısa olması, ani basınç değişimine bağlı ters basınç gradyanlarının arttırdığı için daralma uzunluğunun test kesitine olan oranı L_c/h=4.6'nın incelendiği vakada akım ayrılması oluşmaktadır. Dolayısıyla daha uzun daralma boyuna sahip L_c/h=4.75 oranı ile gerçekleştirilen analizlerde ayrılmanın bulunmadığı uygun sonuçlar elde edilmiştir. Test kesiti içerisinde sınır tabakanın gelişmesi arzulanmadığı için daha uzun daralma geometrileri üzerine çalışmalar yapılmamıştır. Daralma duvarı profili için altıncı dereceden dört terimli polinom tercih edilmiştir. Böylelikle büküm noktasının yanı sıra daralma girişi ikinci türevinin de kontrol edilmesine imkan sağlanmıştır. Büküm noktasının daralma üzerindeki konumu, test kesiti içerisinde elde edilecek minimum basınç katsayısı üzerinde etkili olurken, daralma girişinde profilin ikinci türevi ise bu bölgedeki akış kalitesini etkilemektedir. Büküm noktası test kesitine yaklaştıkça, test kesiti içerisinde elde edilecek minimum kavitasyon sayısının artmasına, uzaklaştıkça ise daralma girişinde akım ayrılmasına sebep olmasından ötürü büküm noktasının konumu (x_c^i)⁄L_c =0.5 olarak belirlenmiştir. Daralma girişi ikinci türevinin farklı değerleri, daralma girişinde akım ayrılmasına sebep olduğu için d_2=0 en uygun sonucu vermiştir. Bölüm 4.2'de incelenen difüzör geometrisinde, iki ana parametre olan genişleme oranı ve difüzör açısı incelenmiştir. Birbirlerine direkt etki eden bu iki parametre kontrolü ile minimum enerji kaybına ve minimum difüzör uzunluğuna sahip geometri tasarlanmıştır. Tasarım aşamasında sabit difüzör açısına sahip geometrileri içeren vakalardan istenen sonuçların alınmadığı görülmüştür. Dolayısıyla ilk olarak tünel boyunca tünelin köşelerine uygulanan pah modifikasyonu ile daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Fakat sonuçların istenen düzeyde olmamasından dolayı, basamaklı yapıya sahip ve üç farklı basamakta kontrol edilen difüzör geometrisi üzerine çalışmalar yapılmıştır. Neticede genişleme oranı d=2.8 olan ve 19.5m uzunluğuna sahip farklı difüzör açılarına sahip geometri dizayn edilmiştir. Son olarak Bölüm 4.3'te analizleri gerçekleştirilmiş 2B dirsek geometrisinin sonuçlarına yer verilmiştir. Profil geometrisinin, bu bölgeden geçen akış üzerindeki etkisi çok büyüktür. Analizlerin sonucunda NACA9410 geometrisi ile gerçekleştirilen vakalarda çok büyük akım ayrılması bölgesinin oluştuğu görülmüştür. Dolayısıyla bu tünel için özgün iki farklı prototip geliştirilmiştir. Minimum basınç kaybı ve maksimum akış düzgünlüğünü sağlayan dirsek geometrisi için ayrıca profil sayıyı oranı, profil boyu ve profilin hücum açısı incelenmiştir. Neticede, profil sayısının artması ve boyunun uzamasına bağlı olarak, bu bölgedeki toplam ıslak yüzey alanı artmaktadır. Minimum basınç kaybını verecek değerlere sahip geometrinin tasarlanması için değişik değerlere sahip vakalar incelenmiştir. Bu kısımda elde edilen tecrübeler daralmadan önce ve difüzörden sonra yer alan dirseklerde uygulanmıştır. Sonuç olarak tasarlanan dirsek geometrisi için geliştirilmiş P-2 profili, profil sayısı oranı 2.2, profil boyu L_P=0.75m ve hücum açısı olarak α=-5 değerlerine sahiptir. Tasarlanan kesitlerin hepsini içeren tek bir akış hacminden oluşan vaka farklı hız değerleri için Bölüm 4.4'te incelenmiştir. Böylelikle bütün geometrilerin birbirleri ile olan etkileşiminin dahil edildiği analizlerde, test kesiti içerisinde kontrol edilen kriterlerin sağlandığı sonuç sunulmuştur. Ayrıca tünelin ihtiyaç duyduğu maksimum pompa gücü, bu kısımda incelenen maksimum hız olan 15m/s için incelenen vaka üzerinden hesaplanmıştır.