153
Arşivlenen Tez
0
DOI Atanmış
0%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
Interaction of parametrically designed low cavitated propeller and twisted rudder
Flow problems around objects are complex problems. These problems are solved using computational methods. The developing computer technology allows to verify expensive experiments using the finite element method. A certain part of the criteria in the design work of Naval Architecture is the field of hydrodynamics. Estimating the characteristics of the ship at the design stage that can be obtained by experimental analysis with the help of computational fluid dynamics (CFD) methods also contributes to the development of experimental methods. In ships, cavitation caused by the interaction of the propeller and rudder after a certain speed, reduces the hydrodynamic properties and working life of the propeller and rudder. In addition, cavitation is one of the main causes of vibration and noise in ships. The whole physics of cavitation cannot be revealed. Cavitation problems can be solved by utilizing numerical approaches. A cavitation flow solution can be made by making some assumptions and simplifications using the Computational Fluid Dynamics (CFD) method. Today, thanks to the rapidly developing technology, the transition of two-phase flow from the liquid phase to the vapor phase can be solved by modeling cavitation flow as a result of a bubble collapse using CFD analysis. The accuracy of the CFD method used in the study was obtained by comparing it with the current experimental results in the literature. The numerical analyses in the study were performed using the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) model in the Ansys CFX CFD software. The analyses were solved by using the simplified Rayleigh Plesset bubble equation based Zwart cavitation model added to the two-phase flow VOF (Volume of Fluid) method with the SST k-Omega turbulence model. In this study, the interaction of the rudder and the propeller was studied under the influence of cavitation. In this way, it is aimed to contribute to silence by reducing the cavitation caused by propeller – rudder interaction. In the study, it is aimed to minimize the cavitation caused by the Propeller-Rudder interaction in Naval Ships. For this purpose, CFD was validated by 6 different experiments in the literature. Calculations of the interaction of the low-cavitation propeller and the twisted rudder were performed using the obtained solution method. A 5-step improvement process was applied to the propeller geometry designed within the scope of the thesis. In terms of Blade Area Ratio (BAR), Pitch and Skewness of the propeller were improved. It was observed that cavitation decreased in the propeller blades as a result of reducing the pitch and increasing the skewness. The reduction of the propeller torque moment more than the thrust force helped to increase the propeller efficiency. With the improvement of the propeller made in the thesis, the cavitation rate in the existing propeller geometry was reduced compared to the original propeller geometry, and the efficiency was increased. The rudder geometry, which was passed through 4 different improvement stages, was positioned at downstream line of the resulting effective wake field of improved propeller Alternative rudders were positioned at downstream line of the improved propeller's effective wake field. When the literature is examined, the problem of course keeping is observed when using rudder geometries with increased maneuverability on ships. Due to the irregular flow from downstream line of the propeller, the rudder geometry generates lift force even in a straight position. This force creates cavitation on the rudder geometry. Cavitation was eliminated by twisting the rudder blade from middle of span. The lower chord of the rudder was twisted in the opposite direction in order to reduce the loss of maneuvering caused by twisting the rudder and the cavitation formed on its outer surface in the direction of twisting from the middle. It was seen that the double-twisted rudder at downstream line of the effective wake field of the propeller showed better performance in terms of maneuverability and cavity area than the non-twisted and single-twisted rudder.
Investigation of sound absorption properties of ethylene -vinyl acetate polymer based fiber-reinforced composites
For sound absorption materials to be effective in controlling underwater noise, they must have good sound absorption performance. Recently, materials based on polymers have been used to build submersible vessels that go through the deep ocean. Investigated are the sound-absorbing qualities of composite materials reinforced with fibers made of polymers. The solution processing technique is used to create ethylene-vinyl acetate (EVA) as a polymer material. EVA was prepared before being used as a ply inside a fiber-reinforced composite material made using the hand-lay-up method. In the 30 mm impedance tube, the sound absorption coefficient and sound transmission loss of EVA and polymer-based fiber-reinforced composite materials were determined in accordance with ASTM E2611-19/Transfer Matrix Method) and TSE ISO 10534-2(Transfer Function Method).
A Productivity Evaluation and Improvement Methodology for Shipyards
Shipbuilding is a highly competitive sector and shipyards are high-cost investments. Shipyards require good management, where all effort is spent to produce a unique, built-to-order, usually high-technology and big-size product as an output over long periods of time. Productivity is an important performance measure during the production of such unique output. Each shipyard in the world has its own distinctive way of building ships, conditions, and facts due to internal and external factors. Building a ship in the shortest time while delivering her at the required quality and within budget is an important indication of shipyard productivity. Therefore, continuous efficiency, performance, productivity measurements, evaluations, and improvements are necessary and critical. Research on a method to calculate a dimensionless "Productivity Number" system to overview the productivity status by a shipyard's own throughout a total shipbuilding process was deemed helpful. Developing a novel method formed the research problem; a common application during ship production helped to formulate the research problem and led to a mathematical model that is based on a common application in ship design. Sixty-two references and 21 methods on the measurement and evaluation of total shipbuilding process and shipyard productivity were found during the literature review. Only three of these methods, the Compensated Gross Tonnage (CGT), Data Envelopment Analysis (DEA), and Shipyard Productivity Prediction Equation (SPPE) based evaluations were put in use by some shipyards and by the academicians. About 500 factors were reviewed in the literature that affect shipbuilding in terms of production, infrastructure, engineering, management, and workforce. Among these factors, 185 were identified as having an important impact on the shipbuilding time schedule from the start of contracting works until the delivery of the ship. This study referenced these 185 factors as distributed among major ship production stages, shipbuilding management, and ship design works, all with unique importance, magnitude, and timing. Forty-two shipyards all around the world were applied for a comprehensive survey and surveys at two shipyards were realized. This was complemented by a survey with 26 experts with experience in shipbuilding, acting as the employees of two other hypothetical shipyards. Survey results provided shipyard-specific and generalized sector information in the utilization of the mathematical model. The model provided a reliable "Dimensionless Productivity Number" for a shipyard to evaluate the shipyard's overall productivity. Results presented a Dimensionless Productivity Number of a Shipyard (U), the improvement target number, and also the same for the processes, improvement needs, and possible effects of alternative decisions on improvements. The factors to be improved on each ship production stage, ship design, and management basis became visible. The chain reaction of any improvement act on the processes, positive or negative, became recognizable. This new mathematical and visual methodology assists in shipyard's top management to numerically see the status of the shipyard's own, different than benchmarking with other shipyards; shows the priority of the factors to be improved in ship production, ship design, and shipbuilding management processes. Application of this methodology will also lead to shorter shipbuilding periods. The method developed in this study is also expected to be found interesting by the academic field for further research and by other industrial sectors, especially those that manufacture unique products over extended periods of time.
A simplified numerical study of gate rudder propulsion for a twin screw naval ship in open water
The Dynamics of fluid flow in the field of Naval Architecture have continued to challenge hydrodynamicist in analysing complex flow problem around hulls of vessels particularly involving a novel energy saving device such as gate rudder. Various attempts have been made to employ computer based programs with a remarkable success. Therefore, the development of computational methods has been instrumental in making these feat a reality. The use of computer technology lowers the extent of very expensive experimental approaches to estimate the characteristics of ship in the design stage of vessels in the field of Shipbuilding. Hence, hydrodynamicist have employed the help of computational fluid dynamics (CFD) methods to also contributes to the development of experimental methods in the field of Naval Architecture through CFD simulations. The CFD application used in application of gate rudder propulsion system to twin screw naval ship was ANSYS workbench platform. The study began with choosing a suitable naval ship with available benchmark result, hence the choice of DTMB 5415. The bare hull of DTMB was simulated for resistance validation using a multiphase volume of fluid. The turbulence model used for the study was k- ε model. The results showed that it was possible to validate the resistance of a DTMB 5415 bare hull with the model. Also, the open water propeller as well as gate rudder & propeller combination simulation was also adopted in this study so as to evaluate the powering estimate of a GATE rudder system when mounted on a twin screw ship. The result was compared with a bench result of the similar model of a DTMB 5415 fitted with a conventional rudder system. The accuracy of the CFD method used in the study was obtained by comparing it with the current experimental results in the literature. The numerical analyses in the study were performed using the Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) model in the ANSYS Fluent CFD software. Keywords: Naval Ship, Gate Rudder, Propeller, RANS, CFD.
Optimization of detail design process: Application of design structure matrix method
The comprehensive design phase in shipbuilding is crucial for the success of subsequent production activities. Notwithstanding progress in digital tools and modeling capabilities, numerous shipyards continue to encounter inefficiencies stemming from inadequate interdisciplinary cooperation, superfluous feedback loops, and inflexible task sequencing. This work seeks to tackle these issues by employing the Design Structure Matrix (DSM) method, a systematic technique for detecting and managing job interdependence in complex engineering processes. The study offers an in-depth examination of contemporary detailed design workflows in shipbuilding, pinpointing significant bottlenecks and inefficiencies. The construction of DSM models revealed the interdependencies among design activities, facilitating better task sequencing, feedback loop reduction, and enhanced interdisciplinary collaboration. A case study was conducted on the block design process, incorporating DSM analysis and workflow modeling to illustrate practical application. The paper provides an enhanced design framework that prioritizes modularization, parallelization, and digital integration. Algorithms for DSM reordering and grouping were created to save iteration cycles and enhance process transparency. The findings demonstrate that the DSM technique improves schedule dependability, minimizes rework, and augments responsiveness to client-driven modifications and regulatory mandates. This thesis highlights the promise of DSM as a transformative instrument for improving efficiency, quality, and adaptability in comprehensive ship design. The results provide actionable insights for shipyards seeking to enhance their engineering methodologies and adopt digital transformation initiatives.
An analysis and evaluation methodology for rework impact in yacht outfitting
This thesis investigates the impact of rework activities that occur during yacht outfitting processes and develops a structured methodology for their systematic evaluation. Rework, defined as the need to repeat or modify a completed or almost completed task due to design inconsistencies, production errors, or coordination failures, represents a major source of inefficiency in project-based manufacturing systems such as shipbuilding. To address this issue, the study examines the outfitting phase of a 24-meter motor yacht, within which 22 rework cases were identified and analyzed over a 23-week production period. Each case was classified according to main production domains, such as equipment installation, piping, electrical systems, interior outfitting, and painting, and evaluated through cost-based and qualitative analyses. Parameters such as initial and rework labor cost, material reuse ratio, causal origin, and environmental influence were systematically assessed. The findings reveal that the most frequent and costly rework cases occur in piping, interior, and equipment-related operations, where coordination among disciplines is most critical. The results also demonstrate that a lack of integration between design, planning, and on-site execution significantly increases rework occurrence, disrupting production flow and efficiency. The proposed methodological framework integrates quantitative cost evaluation with qualitative assessment of organizational and technical factors, providing a replicable tool for future studies and industrial applications. Overall, the research highlights the multifaceted impact of rework in yacht outfitting, emphasizing its economic and managerial dimensions, and proposes improvement strategies aimed at enhancing production quality, planning accuracy, and cross-departmental coordination within the shipbuilding industry.
İki boyutlu yalpa hareketindeki hidrodinamik katsayıların interpolasyonlu parçacık hidrodinamiği yöntemi ile hesaplanması
Su yüzeyinde salınım yapan cisimlerde meydana gelen hidrodinamik kuvvetlerin ve momentlerin tahmini için birçok analitik, deneysel ve sayısal çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmada, sayısal yöntemlerden biri olan İnterpolasyonlu Parçacık Hidrodinamiği (Smoothed Particle Hydrodynamics) kullanılarak zorlanmış yalpa hareketi yapan ikiboyutlu dikdörtgen kesitli bir cisme etkiyen moment, ek su kütle atalet momenti ve sönüm moment katsayıları, cisim çevresinde oluşan girdaplılık ve cismin hareketi nedeni ile serbest su yüzeyinde oluşan dalgalar incelenmiş ve elde edilen sonuçların literatürde yer alan diğer sonuçlarla ile mukayesesi yapılmıştır. Ayrıca tez kapsamında elde edilen sonuçlar çeşitli duyarlılık analizlerine tabi tutularak oluşturulmuş olan İnterpolasyonlu Parçacık Hidrodinamiği (İPH) sayısal çözüm algoritmasının gürbüz (robust) olup olmadığı araştırılmıştır. İPH yönteminin uygulamasında değişik algoritmalar kullanılmakta olup, bu çalışma çerçevesinde geliştirilmiş bilgisayar programı temelde, Yapay Viskozite Terimi'ni (Artificial Viscosity Term) içeren Euler Hareket Denklemi ve Süreklilik Denklemini, Zayıf Olarak Sıkıştırılabilir İPH Yaklaşımı (WCSPH) yardımı ile çözmektedir. İPH yöntemi ilk olarak 1970'li yılların sonlarında astrofizik problemlerinin çözümünde eş zamanlı olarak Monaghan ve Gingold (1977) ve Lucy (1977)tarafından kullanılmaya başlanmış, daha sonra akışkan ve katı cisim problemlerine uygulanmıştır. Bu yöntem, 1990'lı yıllardan sonra su altı patlaması, şok, bio-mekanik, çarpışma, çeşitli akışkan ve katı mekaniği problemlerinde kullanılmış olup günümüzde halen geliştirilmeye devam edilmektedir. İPH yöntemi, çözüm bölgesini oluşturan parçacıklarda yoğunluk, basınç, hız vb. kinematik ya da dinamik büyüklüklerinin zaman içerisindeki değişiminin takip edildiği Lagrange temelli bir yöntem olup ağsız yöntemlerden bir tanesidir. İPH formülasyonu kullanılarak oluşturulacak bir sayısal çözüm prosedüründe iki adet temel adım vardır. Bu adımlardan birincisi çekirdek/ağırlık yaklaşımı, ikincisi ise parçacık yaklaşımıdır. Bahsedilen yaklaşımlar birer cümle ile şu şekilde özetlenebilir. • Çekirdek yaklaşımı; herhangi bir kinematik ya da dinamik büyüklüğün, çözüm bölgesi içerisinde dağıtılmış parçacıklara bir ağırlık fonksiyonu ile atanması, • Parçacık yaklaşımı; çekirdek yaklaşımı yapılarak integral haline dönüştürülen fonksiyonun parçacıklara ayrıklaştırılarak bir toplam ile gösterilmesi, Çekirdek/ağırlık yaklaşımı ve parçacık yaklaşımı uygulanmış olan Süreklilik ve Euler denklemlerine WCSPH yaklaşımı yapılmıştır. İPH sayısal yöntemi ile geliştirilmiş algoritma ile kararlı çözüme ulaşabilmek ve sistemin sayısal stabilitesini arttırmak için Euler hareket denklemi içerisindeki basınç terimlerine yapay viskozite terimi eklenmiştir. Yapay viskozite teriminin doğrudan momentum korunumu denklemine eklenmesinin sebebi akışkana belli bir mertebede difüzyon eklenerek sayısal çözümün kararlılığının arttırılmasının sağlanmasıdır. Bu terim ilk olarak sonlu farklar algoritmaları için Von Neumann ve Richtmyer (1950) tarafından kullanılmaya başlanmış olup birçok İPH çalışmasında da kapsamlı olarak kullanılmıştır (Delorme ve diğ., 2005). Eklenen bu yapay viskozite değerinin sayısal kararlılığı sağlarken çözüm üzerindeki etkilerinin en aza indirilecek şekilde optimize edilmesi gerekmektedir. Ayrıca dikkat edilmesi gereken başka bir husus da parçacık çözünürlüğünün arttırılması ile (örneğin interpolasyon uzunluğunun (h) sıfıra yakınsaması ile) yapay viskozite terimi sıfıra yakınsar ve böylece hareketi temsil eden denklem sistemi Euler denklemlerine indirgenmiş olur (Antuono ve diğ., 2011).WCSPH yaklaşımını ise akışkanı oluşturan parçacıkların yoğunluk değerinin başlangıçtaki durumlarından %1 sapmasına müsaade eden ve parçacıkların basınç değerlerinin yoğunluk değerlerinden faydalanılarak çözüldüğü bir hal denklemini içeren yaklaşım olarak özetleyebiliriz. Tez kapsamında ayrıca literatürde sıklıkla kullanılan Yoğunluk Düzeltmesi (Shephard Filtering), Birleşik Serbest Su Yüzeyi Yapay Parçacık Ötelemesi (VXSPH) ve Parçacık Paketleme Algoritması (Particle Packing Algorithm) sayısal düzeltme algoritmaları kullanılmıştır. Yoğunluk Düzeltmesi WCSPH kullanımında basınç değerlerinin değişimini düzenleyen ve problem bölgesindeki sayısal gürültünün (numerical noise) azaltılması maksadıyla Süreklilik denkleminden elde edilen yoğunluk değerlerinin parçacıklar arasında ağırlıklandırılmış interpolasyon kullanılarak düzenlenmesi olarak ifade edilebilir ve literatürde WCSPH yaklaşımını kullanan bir çok araştırmacı tarafından (Colagrossi ve Landrini, 2003, Dalrymple ve Rogers, 2006 ve Özbulut ve diğ., 2014) kullanılmıştır. VXSPH çözüm algoritması, XSPH Hız Varyantı (Monaghan, 1994) ve Yapay Parçacık Ötelemesi (Shadloo ve diğ., 2011)'nin ortak uygulamasını içeren hibrit bir yöntem olup su yüzeyinde parçacıkların hız ve konumlarının düzenlenmesine, su altında ise parçacıkların kümelenmesinin engellenmesine etki etmektedir. Ayrıca problem sınırlarının eğik olduğu durumlarda ise sayısal algoritma içinde parçacıkların çözüm bölgesine daha homojen dağıtılmasına yarayan Colagrossi ve diğ. (2012), tarafından geliştirilen Parçacık Paketleme Algoritması (Particle Packing Algorithm) kullanılmıştır. Çalışma kapsamında geliştirilmiş olan algoritmanın doğrulanmasına yönelik beş değişik test uygulanmış olup her bir doğrulama kapsamında probleme ilişkin farklı parametrelerin değiştirildiği uygulamalara da yer verilmiştir. Birinci doğrulamada cismin hareketsiz olduğu durumda basınç değerlerinin gözlemlenmesi için yapılmıştır. Birinci doğrulamada dik havuz sınırlarına sahip ve eğik havuz sınırlarına sahip iki farklı havuz geometrisi kullanılmış ve havuz içerisindeki basınç değişiminin başlangıç şartı olarak verilen hidrostatik basınçlardan sapması zaman içerisinde incelenmiştir. Yine bu doğrulamada eğik havuz sınırlarında uygulanan PPA algoritmasının beklenildiği gibi çalışıp çalışmadığı da test edilmiştir. İkinci doğrulama, cisim hareketli ve hareketsiz haldeyken elde edilen moment değerlerinin sınanmasına yönelik yapılmıştır. Cisim hareketli haldeyken elde edilen moment değerleri literatürde yer alan deneysel ve sayısal yöntemler ile mukayese edilmiştir. Yine bu doğrulama kapsamında cismin hareketli olduğu durumda cismin açısı ve cisme etkiyen moment değerlerinin arasında bir faz farkının oluşup oluşmadığı da incelenmiştir. Üçüncü doğrulama, değişik açısal frekans ve yalpa genliklerinde hareket eden cisimden elde edilen ek su kütle atalet momenti ve sönüm moment katsayılarının, literatürdeki deneysel ve sayısal sonuçlar ile karşılaştırılması şeklinde yapılmıştır. Dördüncü doğrulamada cismin hareketi nedeni ile cismin çevresinde oluşan girdapların adet ile mevkilerinin ve cismin çevresindeki akışkan hızlarının literatürde yer alan diğer çalışmalar ile karşılaştırılması yapılmıştır. Beşinci ve son doğrulama kapsamında ise cismin hareketi nedeni ile serbest su yüzeyinde oluşan dalgalar incelenmiştir. Doğrulama faaliyetlerinden sonra, geliştirilmiş olan algoritmanın gürbüz (robust) olup olmadığının kontrolü için parçacıklar arası mesafe (dx), zaman adımı (dt) ve problem geometrisinin değişiminin sonuçlara etkisi araştırılmıştır. Her üç duyarlılık analizinde de mukayese kriteri olarak boyutsuz ek su kütle atalet momenti (a66) ve boyutsuz sönüm moment katsayısı (b66) seçilmiştir. Oluşturulmuş olan İPH algoritması farklı doğrulama ve duyarlılık analizleri ile çeşitli denemelere tabi tutulmuştur. Gerçekleştirilen bütün denemelerde literatürde yer alan deneysel çalışmalara tatmin edici doğruluklarla cevap veren algoritma, literatürde bulunan deneysel veriler baz alındığında literatürdeki diğer bir sayısal yöntem olan FSRVM'ye göre daha yakın sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Başarılı sonuçlar alınmasına rağmen geliştirilen İPH algoritmasının çözüm süresi bir hayli uzun olup kısaltılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Daha önce farklı problemlerin çözüm/doğrulaması için kullanılmış olan İPH yönteminin su içinde yalpa hareketi yapan 2 boyutlu bir cisme uygulanmasına yönelik herhangi bir çalışmaya literatür taraması esnasında rastlanmamıştır. Dolayısı ile tez kapsamında İPH yöntemi kullanılarak iki boyutlu yüzen cisimlerin yalpa hareketine ilişkin elde edilecek sonuçların literatüre bir katkı sağlayacağı düşünülmektedir. Tez kapsamında irdelenmiş olan yalpa hareketi yapan cisme etkiyen moment, yalpa hareketindeki ek su kütle atalet momenti, sönüm moment katsayısı ve serbest su yüzeyinde meydana gelen dalgalar literatüre nicel olarak katkı sağlanmaktadır. Ayrıca yine tez kapsamında incelenmiş olan girdaplılık ve cisim çevresindeki parçacıklarda meydana gelen hız vektörleri literatüre nitel olarak katkı sağlamaktadır.
Optimization of Türk Loydu Rules Part C chapter 35 tentative rules for ships less than 500 GT chapter 35-A hull – July 2015
Classification Societies develop and publicly publish rules, standards, guidelines, circulars and additional rules to be applied by designers and shipbuilders during design, construction and maintenance of a ship and also to be employed by plan approval engineers and surveyors during assessment of compliance of the ships with shipbuilding practice, engineering principles and engineering, physical and scientific limits. Optimisation, which may basicly and practically defined as finding the most appropriate solution within predefined limits and adhering to required criteria, is a major concern in almost every engineering disciplines and also a significant tool in development and updating of Classification Society Rules. Reason for this is that there is always a conflict between financial concerns and safety during design stages of ships. The purpose of this thesis is therefore in brief is to find a way to update Türk Loydu Rules Part C Chapter 35 Tentative Rules for Ships Less than 500 GT – Chapter 35-A Hull – July 2015 (hereinafter referred to "the Rule" in this thesis) so that this Rule converges to its optimum form both satisfying financial and structural safety concerns in a method that ships designed according to this Rule become both strong and economical by never exceeding limit engineering values. For this purpose, five ships within the application scope of the Rule are modelled and dimensioned according to the Rule and a number of equivalent rules of other Classification Societies' Rules. To find a basis or start point for optimisation of Chapter 35, the Rule is compared with other equivalent classification societies' rules based on five aforementioned ship models. A comprehensive comparison study is performed to assess internal and external load values, plating and main and secondary structural members' scantlings obtained by those five classification societies' rules plus the Chapter 35-A which is the object of this optimisation study. A detailed "disadvantages" and "what should be done?" list is obtained after close examination and evaluation of the comparison study. Subsequently rule revision recommendations are made according to that list. Many precious findings are obtained according to the comparison study each one of which might be a subject for another commercial or academic study for updating or development of ship structural requirements. However as to focus on the most significant aspects or findings relating the rule are handled as to yield a much more concentrated study. The chosen findings are evaluated, revision requests are made, new models are generated with those rule revision recommendations and after that scantling, and weight analyses are made. Finally stress and deformation analyses are performed to see as if the change stays within the engineering limits. As the nature of practical optimisation suggests, validity of a change in a design is only acceptable if it satisfies predefined criteria and stays within accepted limits. Changes should be redesiged until reaching the criteria and staying within the limits. Similarly in this study, the basic principle for a change in the rule is only after acceptance whether the rule revision both satisfies financial and structural concerns by staying within safe engineering margins. If not, process is taken back to revision recommendation stage.
Bir gemi dizel motorunda dizayn ve işletme parametrelerinin performans ve emisyon değerleri üzerindeki etkilerinin sayısal olarak incelenmesi
Çevre kirliliğinin önlenmesi, varolan ekolojik dengenin devamı açısından çok önemlidir. Gelecek nesillerin sağlıklı bir şekilde hayat sürmeleri, ancak bu dengenin korunup ileriye taşınmasıyla mümkün olacaktır. Ne yazık ki günümüzde artan nüfus, ihtiyacı olan bu enerjiyi karşılamak için fosil yakıtlardan yararlanmış ve çevreyi kirletmiştir. Bu enerji ihtiyacı, geçmişten günümüze sürekli olarak karşılanmış ve günümüzden geleceğe de karşılanacaktır. Isınma, ulaşım, elektrik üretimi, sanayi ve hatta eğlence gibi çeşitli nedenlerden dolayı atmosfere zararlı yanma ürünleri sürekli olarak salınmıştır. Dünya üzerinde aktif çevre kirleticilerden biride, içten yanmalı motorlardır. Ulaşım ve taşımacılıkta kullanılan; gemi, uçak, lokomotif ve motorlu taşıtlar egzozlarından çıkan gazlar sebebiyle kirliliğe neden olmaktadır. Egzoz gazlarından salınan bu gazlar ''emisyonlar'' olarak adlandırılmaktadır. NOx, SOx, PM (is), CO, HC ve CO2 egzoz gazında bulunan emisyonlardır. Bir takım doğal felaketler, zararlı olan bu emisyonların sebep olduğu etkilerden kaynaklanmaktadır. NOx ve SOx asit yağmurlarına neden olurken, CO2 atmosferin aşırı ısınmasına neden olan sera etkisini tetiklemektedir. Aşırı ısınan atmosfer, küresel ısınmaya yol açmış ve buzullarda erimelere neden olmuştur. Asit yağmurları sebebiyle toprak yapısı bozulmuş, bitkiler ve hayvanlar bu durumdan olumsuz etkilenmiştir. Bu zararlı gazlar doğal felaketlere yol açtığı gibi insan sağlığı açısından da çeşitli rahatsızlıklara neden olmaktadır. Kanser türevi hastalıklar, solunum rahatsızlıkları ve cilt hastalıkları emisyonların neden olduğu ciddi problemlerdir. Tüm bu olumsuzlukların önüne geçmek adına uluslararası ve ulusal olarak birçok kararlar alınmıştır. Özellikle gemilerin ve motorlu taşıtların egzozlarından çıkan emisyonlara yönelik belli standartlar getirilmiştir. IMO gemilerden yayılan azot oksit (NOx) emisyonları için MARPOL Ek VI (Gemilerden kaynaklı hava kirliliği) ile Seviye I (Tier I), Seviye II (Tier II) ve Seviye III (Tier III) gibi standartları, kükürtoksit (SOx) emisyonları içinde yıllara göre yakıt içeriğindeki kükürt oranı değerlerini belirlemiştir. Bu standartlardan NOx emisyonları için olanları gemilerin inşa yılları ve devir sayılarına göre belirlenirken SOx emisyonları için gemi inşa yılları baz alınmıştır. Bu kurallar kademeli olarak yıllara göre yürürlüğe girmiştir. Çalışma kapsamında bir gemi dizel motorundaki yanma bir HAD programı yardımıyla sayısal olarak modellenmiş ve püskürtme açısı, döngü oranı, püskürtme avansı, püskürtme koniklik açısı ve enjektör nozul delik çapı gibi değişik parametrelerin motorun performans ve emisyon değerlerine olan etkileri incelenmiştir. Performans değerleri olarak özgül yakıt sarfiyatı, silindir içi ortalama basınç, güç, tork, silindir içi ortalama efektif basınç ve egzoz gazı sıcaklığı hesaplanırken emisyon değerlerinden NOx, PM, HC, CO2 ve CO için sayısal sonuçlar elde edilmiştir. Parametrelerin motorun performans ve emisyon değerlerine olan etkileri detaylı olarak açıklanmıştır. Sayısal sonuçların ve kullanılan matematik modelin doğruluğu, sonuçların bu motor için mevcut olan deneysel sonuçlarla karşılaştırılmasıyla gösterilmiştir. Çalışma yedi bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde; gemilerin hava kirliliğine etkisinden ve alınan uluslararası kararlardan söz edilmektedir. Emisyon ve performans değerlerine yönelik literatürde yapılan çalışmalar hakkında bilgi verilmiştir. İkinci bölümde; içten yanmalı motorlar hakkında genel bilgilere yer verilmiştir. Motorların sınıflandırılması ve teorik çevrimleri gibi bilgiler verildikten sonra dizel motor çalışma şartlarında egzoz gazından çıkan emisyonların, canlı sağlığına etkileri ve oluşum nedenleri detaylı bir biçimde anlatılmıştır. Bazı parametrelerin performans ve emisyon değerlerine etkileri hakkında bilgilere yer verilmiştir. Üçüncü bölümde; akışkanlar dinamiğinin temelini oluşturan korunum denklemleri ile yanma ve türbülans modellerinden bahsedilmiş sonrasında damlacık parçalanma ve yakıt buharlaşma modelleri ile ilgili bilgiler verilmiştir. Azotoksit (NOx) ve PM emisyonlarının hesaplanmasında kullanılan sayısal modeller hakkında bilgilere yer verilmiştir. Son olarak kullanılan HAD programı hakkında (AVL FIRE) bilgilere yer verilmiştir. Dördüncü bölümde; gemi dizel motorunun sayısal olarak modellenmesi sunulmuştur. Gemi dizel motorunun boyutları ile başlangıç ve sınır koşulları, kullanılan HAD programına girildikten sonra ağ sayısından bağımsız çözümün elde edilmesi anlatılmıştır. Beşinci bölüm; çalışmanın en önemli bölümlerinden biridir. Bu bölümde sayısal olarak modellenen yanma, çeşitli parametrelerin değiştirilmesi suretiyle incelenerek performans ve emisyon değerleri elde edilmiştir. Püskürtme açısı, döngü oranı, püskürtme avansı, püskürtme koniklik açısı ve enjektör nozul delik çapı üzerinde sayısal analizlerin yapıldığı parametrelerdir. Püskürtme açısının; 120, 125, 130, 135, 140, 145 ve 150 derecelik değerleri, döngü oranının; 1, 1.5, 2, 2.4, 3, 3.5 ve 4 değerleri, püskürtme avansının; 700, 701, 702, 703, 704, 705 ve 706 derecelik değerleri, püskürtme koniklik açısının; 4, 5, 6, 7, 8, 9 ve 10 derecelik değerleri ve enjektör nozul delik çapının; 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4 ve 0.45 mm değerleri incelenmiştir. Tüm püskürtme açıları ve döngü oranları için analizler yapılmış (7x7) bu parametrelerin tüm ikili kombinasyonları elde edilmiştir. Bu analizler yapılırken püskürtme avansı değeri 702 derece, püskürtme koniklik açısı 6 derece ve nozul delik çapı 0.3 mm olarak alınmıştır. Püskürtme avansı için yapılan analizlerde, püskürtme açısı 135 derece ile sabit tutulmuş tüm döngü oranları ve püskürtme avansı değerlerinin (7x7) ikili kombinasyonları elde edilmiştir. Püskürtme avansı analizleri yapılırken de nozul delik çapı ve püskürtme koniklik açısı değerleri önceki analizlerde olduğu gibi aynı alınmıştır. Püskürtme koniklik açısının etkisinin incelendiği analizlerde; püskürtme açısı 135 derece, döngü oranı 2.4, püskürtme avansı 702 derece ve nozul delik çapı 0.3 mm olarak alınmış olup bu şartlarda yapılan sayısal analizlerle (7x1) tüm koniklik açılarının etkisi incelenmiştir. Son olarak, nozul delik çaplarının etkileri üzerine analizler yapılmıştır. Püskürtme açısının 135 derece, döngü oranının 2.4, püskürtme avnsının 702 derece ve püskürtme koniklik açısının 6 derece alınması suretiyle tüm nozul delik çaplarının (7x1) etkileri incelenmiştir. Toplamda 112 farklı sayısal analiz yapılmış ve sonuçları elde edilmiştir. Sonuçlar; performans ve emisyon değerleri açısından hesaplanarak nedenleri hakkında detaylı açıklamalar yapılmıştır. Oluşan etkilerin daha ayrıntılı incelenebilmesi için farklı grafikler üzerinde detaylı bilgiler verilmiş ve nedenleri açıklanmıştır. Son olarak, yapılmış olan 112 analizin sonuçlarından yola çıkarak performans ve emisyonlar açısından en uygun durumun hangi koşullarda olabileceği hakkında fikir verilmiştir. Altıncı bölümde sayısal modelin validasyonu yapılmıştır. Elde edilen sayısal sonuçlar mevcut deneysel sonuçlarla karşılaştırılmış ve değerlendirilmiştir. Ayrıca, bu bölümde daha önceki bölümde sunulan emisyon ve performans değerleri de karşılaştırılmıştır. Yedinci bölüm; çalışmanın son bölümünü oluşturmaktadır. Yapılan analizlerin sonuçları bu bölümde değerlendirilmiştir. Çalışmanın ileride yapılacak olan çalışmalara hangi açıdan ışık tutabileceğinden bahsedilmiştir. Performans değerleri açısından püskürtme açısı için elde edilen sonuçlara göre yüksek püskürtme açılarının yanmayı iyileştirdiği görülmüştür. Ayrıca güç değerlerinde yaklaşık %10 oranında iyileşmelere neden olmuştur. Ancak emisyon değerleri açısından yapılan değerlendirmeler sonucu, özellikle HC ve CO emisyonlarının daha fazla etkilendikleri görülmüştür. HC emisyonları yaklaşık %80 oranında, CO gazı emisyonları ise yaklaşık %50 oranında düşmüştür. Püskürtme açısının arttırılması, silindir içi bölgesel maksimum sıcaklıkları arttırması sebebiyle azotoksit (NOx) emisyonlarının da artmasına neden olmuştur. Püskürtme açısının 120 dereceden 150 dereceye kadar belli aralıklarla arttırılması sonucu tüm döngü oranlarında güç değerleri farklı oranlarda artarken emisyon değerlerinde de farklılıklar söz konusu olmuştur. Örneğin azotoksit (NOx) emisyonları artarken, PM emisyonları düşmüştür. Döngü oranı silindir içi hava ve yakıt karışımının sağlanması için yapılmaktadır. Bu oranın aşırı arttırılması, hava-yakıt karışımının oluşmasından çok yanma kalitesini düşürmüştür. Döngü oranı değerinin arttırılması, silindir içi akış kayıplarını ve bölgesel alev sönme bölgelerinin oranını arttırmıştır. Dolayısıyla, performans değerleri özellikle güç ve tork değerleri yaklaşık %20 oranında düşmüştür. Emisyon değerleri açısından döngü oranının etkisi incelendiğinde PM, CO ve HC emisyonlarının en fazla etkilendiği görülmüştür. Döngü oranının arttırılması PM, HC ve CO emisyonlarını arttırmıştır. Püskürtme açısının ve döngü oranının birlikte kombine edilmesiyle hangi açı ve döngü oranı birlikteliğinin uygun olduğunu bulmak yanma kalitesi ve emisyonlar için büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada, hem performans değerleri hem de emisyon değerleri açısından yüksek püskürtme açılarında düşük döngü oranları koşullarının uygun olduğu görülmüştür. Ancak, bu şartlarda azotoksit (NOx) emisyonları değeri için aynı durum geçerli değildir. Çünkü, bu şartlarda azotoksit emisyonlarının yüksek oranlarda olduğu görülmüştür. Püskürtme avansının etkisi performans değerleri üzerinde yaklaşık %5 oranında etkili olmuştur. Avansın düşürülmesi sonucu yanma süresi uzamış ve güç değerleri artmıştır. Emisyonların durumu için bakıldığında avansın düşürülmesi özellikle yüksek döngü oranlarında PM, CO ve HC emisyonlarını arttırırken, azotoksit (NOx) emisyonlarını düşürmüştür. Püskürtme koniklik açısı büyüdükçe performans değerlerinin düştüğü görülmüştür. Ancak, küçük değerlerde kalması emisyonlar açısından uygun olmamıştır. Güç değerlerinin yaklaşık %5 oranında düşmesine neden olurken, azotoksit (NOx), CO ve HC emisyonlarının artmasına sebep olmuştur. Enjektör nozul delik çapı, tüm bu parametreler içinde emisyon ve performans değerlerinin etkilendiği en önemli parametre olmuştur. Nozul delik çapının arttırılması güç değerinde yaklaşık %40 mertebelerinde kayıplara yol açmıştır. Emisyonlar açısından bakıldığında tüm emisyon türlerini (NOx, PM, CO2, HC ve CO) ciddi oranlarda etkilemiştir. Enjektör nozul delik çapının arttırılması, azotoksit emisyonlarında düşüşlere neden olurken diğer tüm emisyonları arttırmıştır. Genel olarak tüm parametrelerin etkileri incelendiğinde hem emisyon değerlerinin düşük düzeylerde olduğu hem de performans değerlerinin yüksek olduğu durumun ortaya çıkarılması gerekmektedir. Elde edilen sonuçların yardımıyla püskürtme açısı için 135-145 derece, döngü oranı için 1.5-2.4, püskürtme avansı için 702-703 derece, püskürtme koniklik açısı için 4-6 derece ve enjektör nozul delik çapı için 0.25-0.3 mm aralığı önerilmektedir. Bu şartlarda çalıştırılan gemi dizel motorunda performans ve emisyon değerlerinin daha uygun aralıklarda olacağı öngörülmüştür.
Bir petrol tankeri için organik rankıne çevrimi atık ısı geri kazanım sisteminin termodinamik analizi
Enerji talebinin günden güne arttığı ve mevcut enerji kullanımının çevreye olan olumsuz etkilerinin hissedilir boyutlara ulaştığı günümüz dünyasında, enerji verimliliği, enerji tasarrufu, yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji konuları büyük önem taşımaktadır. Dünya ticaretinin %90'ından fazlasının, uluslararası gemi taşımacılığı aracılığıyla yapıldığı düşünülürse, gemiler için de enerji verimliliği ve emisyon salınımı kavramları güncel konular arasındadır. 2050 yılı itibariyle, atmosferik karbon dioksit (CO2) konsantrasyonunun 480 ppm ile 550 ppm arasında olacağı ve bu aralığın küresel sıcaklığı 0,5 °C ile 2,5 °C arasında artıracağı tahmin edilmektedir. Deniz yolu ile taşımacılığın toplam CO2 emisyonlarındaki payı %3,3 civarındadır. Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO), gemi kaynaklı emisyon salınımına geçmişten günümüze kademeli olarak limitler getirmiş ve gemilerde enerji verimliliği konusunda düzenlemeler yürürlüğe koymuştur. Emisyon kontrol bölgelerinde ilk seviyeye göre emisyonların, azot oksit (NOX) için %80, kükürt oksit (SOX) için %90 üzerinde azaltılması hedeflenmiştir. Uluslararası gemi taşımacılığından kaynaklanan sera gazı emisyonlarının azaltılması için alınması gerekli zorunlu tedbirler, Denizlerin Gemilerden Kirlenmesini Önleme Uluslararası Sözleşmesi Ek-VI (MARPOL Ek-VI) ile kabul edilmiş, gemilerde enerji verimliliğinin sağlanması amacıyla, yeni gemiler için "Enerji Verimliliği Dizayn İndeksi" nin tayini ve 400 GT'dan büyük tüm gemiler için "Gemi Enerji Verimliliği Yönetim Planı" nın hazırlanması isterleri yürürlüğe girmiştir. Gemilerde enerji kaybı büyük oranda gemi ana makinelerindedir. Yanma prosesisinden sonra itme için kullanılan güç, yakıt enerjisinin sadece %30'u civarındadır. Soğutma ve egzoz gazı ile atılan enerji ise toplam yakıt enerjisinin yaklaşık %50'lik kısmını oluşturmaktadır. Atılan bu enerjinin geri kazanımı, enerji verimliğinin sağlanması, operasyonel giderlerin ve emisyonların azaltıması konularında önemli bir adımdır. Uluslararası Denizcilik Örgütü'nün sıkı tedbirleri sonrası makine üreticileri bu konularda farklı teknolojiler geliştirmektedir. Bu çalışmada, bir kimyasal/petrol tankerinin ana makinesinin atık ısı analizi yapılmış, verilere göre farklı atık ısı kaynakları kullanılarak Organik Rankine Çevrimi (ORC) atık ısı geri kazanım modelleri oluşturulmuş ve modellerin termodinamik analizleri yapılarak çevrim performans çıktıları hesaplanmıştır. ORC güç üretim modelleriyle geminin seyir elektrik yükünün karşılanması hedeflenmiştir. Geminin ana makinesinin soğutma (ceket) suyu, süpürme (skavenç) havası ve egzoz gazı, atık ısı kaynakları olarak modellenmiş ve analizler her bir atık ısı kaynağı bir organik Rankine çevrim modeli olacak şekilde ayrı ayrı analiz edilmiştir. Son model olarak üç atık ısı kaynağı tek bir ORC modeli için birleştirilmiştir. Çevrimlerde iş akışkanı olarak R245fa kullanılmıştır. Analiz sonuçlarına göre, ceket suyu ORC sistemiyle elektrik üretimi, %100 yükte 103,2 kWe, süpürme havası ORC sistemiyle 526,5 kWe ve egzoz gazı ORC sistemiyle 312,9 kWe olarak hesaplanmıştır. Kombine atık ısı ORC sistemiyle %100 yükte elektrik üretimi 759,2 kWe seviyesindedir ve bu değer geminin seyir elektrik yükü olan 524 kWe'in üzerindedir. Sonuçlara göre, geminin ekonomik seyir hızında kombine atık ısı ORC sistemiyle elektrik üretimi 589,2 kWe değerindedir ve bu koşulda gemi hiç jenerataör çalıştırmadan ORC sistemini kullanarak seyir yapabilir. Geminin atık ısısının Organik Rankine çevrimi metoduyla elektrik enerjisine dönüşümü, ana makine ısıl veriminde %8 ve üzerinde artış ve yıllık 14,6 g/kWh'a kadar yakıt tasarrufu sağlamaktadır. Sistemlerin tahmini ortalama amortisman süreleri ise 4-7 yıl civarındadır
Doğrusal matris eşitsizliklerine dayalı optimal kontrol yöntemleriyle yalpa hareketinin denetlenmesi
Gemi hareketleri içerisinde yalpa hareketi önemli bir yere sahiptir. Özellikle yüksek genlikli yalpa hareketlerinin gemilerin kararlılık açısından güvenli bölgelerden çıkıp devrilmelerine neden olduğu bilinmektedir. Bu nedenle gemilerin yalpa hareketinin farklı seyir şartlarında kararlı noktalarda tutulması gerekmektedir. Yalpa hareketini değerlendirmek için öncelikli olarak harekete ait parametreler doğru analiz edilmelidir. Özellikle sönüm ve doğrultucu moment değerleri, gemi dinamiğini doğrudan etkilediğinden farklı seyir şartlarında yalpa kararlılığının sağlanması açısından kritik bir öneme sahiptir. Bu katsayılar ampirik ya da deneysel olarak belirlendikten sonra geminin karakteristik değerleri de hesaba katılarak hareketle olan etkileşim için gerekli şartlar hazırlanır. Son dönemlerde yalpa hareketinin genliklerini azaltarak gemilerin güvenli seyir gerçekleştirmesini sağlama ve manevra kabiliyetini artırma amacıyla, dengeleyici kanat sistemleri birçok gemi türüne uygulanmaktadır. Yapılan uygulamalarla farklı denetleyici yapılarının da kullanımı hızla artmaktadır. Bu çalışmada balıkçı ve kayıcı olmak üzere iki farklı gemi türü için yalpa hareketinin dinamikleri incelenmiştir. Yalpa hareketine ait sönüm değerleri ampirik ve İkeda'nın deneysel sonuçlara dayalı olarak önerdiği metot vasıtasıyla bulunmuştur. Bu parametreler gemilere ait karakteristik değerlerle bir araya getirilmiş, daha sonra denetleyici dizaynı için gerekli şartların oluşması sağlanmıştır. Yalpa hareketinin kararlı bölgelerde tutulmasını sağlamak için dengeleyici kanat sistemi kullanılmış ve kanat sistemine ait kaldırma katsayıları Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleri neticesinde bulunmuştur. Geri Adımlamalı, Doğrusal Matris Eşitsizlikleri (DME) tabanlı durum geri beslemeli H2 ve H∞ denetleyici tasarımları gerçekleştirilmiştir. Yapılan benzetim çalışmaları neticesinde diğer denetleyicilere kıyasla H∞ denetleyicinin başarılı sonuçlar verdiği ifade edilmiş, özellikle kayıcı tekne için tasarlanan dayanıklı doyumlu H∞ denetleyicinin doyum matrisindeki değerlerin %57 oranında değişmesine rağmen farklı hızlarda yalpa genliklerini azaltabildiği görülmüştür. Uygulanan denetleyici yapıları ile seyir esnasında değişen parametreler göz önüne alınarak, dinamik analiz yapılmıştır.
Buji ateşlemeli bir motorda yakıt olarak sıkıştırılmış doğalgaz kullanımı ve motor performansının deneysel incelenmesi
Günümüzde dünya nüfusundaki artışla birlikte artan enerji ihtiyacı ve petrol ürünlerinin azalmasından dolayı yakıt fiyatlarının yükselmesi araştırmacıların alternatif yakıtlara yönelmesine neden olmuştur. Gün geçtikçe emisyon kısıtlamalarının da artmasıyla doğaya saldığı emisyon miktar ve türleri açısından benzin ve dizel yakıtlara oranla daha çevreci bir yakıt olan doğalgaz daha önemli bir konuma gelmiştir. Doğalgaz yakıtının özellikle ulaşım ve sanayi sektörlerine uygulanabilirlik açısından da elverişli olduğu kabul edilmektedir. Bu tez çalışmasında tek silindirli, buji ateşlemeli, su soğutmalı benzin ve dizel yakıtla çalışabilen bir deney motoru çeşitli modifikasyonlar yapılarak sıkıştırılmış doğalgaz yakıtı ile çalışır hale getirilmiştir. Bu dönüşüm ile birlikte sıkıştırma oranının 10 olduğu 1200 devir/d, 1500 devir/d ve 1800 devir/d olmak üzere 3 farklı stasyoner şartta deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen deneylerde 3 farklı devir için, motor yükünün kademeli olarak arttırılmasıyla güç, basınç, verim değerleri ile yakıt tüketim miktarları belirlenmiştir. Deneyler neticesinde yüksek devirlerde yüksek güç değerleri görülmüştür. Devir artıkça yakıt tüketim miktarları artmış ve yükleme oranı artırılınca artış oranında yükselme görülmüştür. Buna karşın deney motorunu yüksek volümetrik ve ısıl verim elde etmek için düşük devirlerde çalıştırmanın daha uygun olacağı saptanmıştır. Motora kademeli olarak yükleme yapıldıkça 18 kg motor yükünde 1200, 1500 ve 1800 devir/d için ısıl verim yüzdelerinin sırasıyla; %28, %25 ve %24 olduğu görülmüştür. Stasyoner şartlarda ısıl verim yüzdesinde motor yükü arttıkça önemli bir artış gözlemlenmiş ancak volümetrik verimde kayda değer bir değişim görülmemiştir.
Sıvılaştırılmış nitrojenin farklı yakıtlarla çalıştırılan kıvılcım ateşlemeli bir motorun performans ve emisyonlarına etkilerinin incelenmesi
Motor araştırmacıları, benzinli motorların performanslarını arttırmak ve çevresel zararlarını azaltmak için yoğun çalışmalar sürdürmektedirler. Benzin kullanımı halinde istenilen performans ve emisyon değerlerinin sağlanamadığı durumlarda ise benzin yerine geçebilecek alternatif yakıtların kullanılabilirliğini belirlemek için çalışmalar yapılmaktadır. Benzin tüketen motorlarda standartların dışına çıkmak ve alternatif yakıtlarla performans gereksinimlerini karşılamak zor olduğundan; araştırmacılar yakıtların farklı katkılarla karışımlarının performans özelliklerini ve çevresel etkilerini değerlendirmektelerdir. Bu çalışmada, farklı alternatif yakıtlara (metan, metanol, tolüen, izo-oktan, propan, hekzan, etanol, benzen) ve benzine sıvı nitrojen ilavesinin, tek silindirli dört zamanlı SI motorunun performansına ve NO oluşumuna etkileri incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Nitrojen ilavesinin etkilerini tanımlamak için önceki deneysel çalışmalarla doğrulanmış sıfır boyutlu iki bölgeli bir simülasyon modeli kullanılmıştır. Sonuçlar azot ilavesinin güç çıkışı, güç yoğunluğu ve torku arttırdığını ve tüm yakıtlarla termal verimliliği ve NO emisyonunu azalttığını göstermiştir. Maksimum güç çıkışı artışı, metanol için %33, minimum artış benzen ve tolüen için %21 civarındadır. Maksimum ısıl verimlilik düşüşü benzen ve tolüen için yaklaşık %8,5, metanol için ise minimum azalma %1'den az görülmüştür. Ayrıca çalışmada kullanılan tüm yakıtlar için nitrojen ilavesi ile NO emisyonlarında ciddi azalmalar sağlanmıştır. Nitrojen ilavesinin etkilerinin incelenmesinin ardından, %50 kütlesel nitrojen ilavesi ve farklı yakıtlar ile çalışan kıvılcım ateşlemeli motorun dizayn ve operasyon parametrelerin değiştirilmesinin motorun performans ve NO emisyonlarına etkileri incelenmiştir.
Cam ve karbon elyaf kompozitlerde elyaf oryantasyonu, katman sayısı ve çekme hızının dayanıma etkisinin araştırılması
Teknolojik gelişmelerin çok hızlı ilerlediği son yıllarda, gereksinim duyulan malzemeler ve malzeme özellikleri sürekli değişmektedir. Yeni malzeme türleri imal edilmektedir. Bunların en önemlisi metal malzemelere nazaran yüksek mukavemet, hafiflik, korozyona karşı dayanıklılık ve iyi şekillenebilme gibi özelliklerden dolayı kompozit malzemelerdir. Bu çalışmada vakum infüzyon yöntemi ile karbon elyaf ve cam elyaftan levhalar üretilmiştir. Levhalar [0/90]8, [0/90]4, [+45/-45]8, [+45/-45]4 dizilimlerinde üretilmiştir. Üretilen levhalar ASTM D3039 standartlarına göre kesilmiştir. Karbon elyaf deney numunelerinin çekme testleri 1 mm/dak çekme hızında yapılmıştır. Cam elyaf deney numuneleri ise 1 mm/dak ve 10 mm/dak çekme hızlarında gerçekleştirilmiştir. Test sonuçlarından alınan bilgiler ile sonlu elemanlar metodunda nümerik doğrulama yapılmıştır.
Gemilerdeki egzoz kulesi destek yapılarının tasarımı
Bu yüksek lisans tezinde gemilerde kullanılan ekipman tiplerine bağlı olarak hazırlanan faundeyşınlar için temel esaslar ve genel kriterlerin belirlenmesi amaçlanmıştır. Böylece yapılan uygulamalara standart getirilip uygun profil seçimi ile ağırlık tasarrufu yapılabilecektir. Çalışmanın üçüncü ve son kısmında ise yüzer bir elektrik santrali gemisinde karşılaşılan en büyük faundeyşın yapısı için, sonlu elemanlar yöntemine dayalı olarak geliştirilen bir ticari paket program (SAP2000) yardımıyla bir model tasarımı yapılmıştır. Egzoz kulesi olarak geçen bu yapı ana güverte üzerinde bulunan egzoz sistemini oluşturan ekipmanların taşıtılması ve desteklenmesi amacıyla tasarlanmıştır. Yapının tasarımında, yapının kendi ağırlığı, taşıdığı ekipmanların ağırlıkları ve rüzgar yükleri göz önüne alınmış ve farklı rüzgar yüklemeleri için üç farklı senaryo incelenmiştir. Bu incelemeler sonucunda tasarımı yapılan yapının uygunluğu kontrol edilmiş, üç farklı senaryo için sonuçlar karşılaştırılmıştır. İteratif olarak yapılan düzeltmelerle emniyetli kısımda kalarak hafif bir yapı oluşturulmaya çalışılmıştır.
Alüminyum esaslı titanyum tri-alüminit takviyeli kompozitlerin savurma döküm yöntemiyle üretimi ve aşınma özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışmada, Al3Ti takviyeli fonksiyonel dereceli (FG) Al/Al-Cu matrisli kompozit malzemelerin Savurma metoduyla üretilmesi ve aşınma özelliklerinin araştırılması amaçlanmaktadır. Kompozitlerin üretiminin ilk aşamasında sert ve aşınmaya daha dayanıklı olan Al3Ti intermetalik bileşiklerinin sıvı alaüminyum içerisinde sentezlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, alüminyum dökümünte tane inceltici elemen olarak kullanılan Al-Ti master alaşımı ağırlıkça %3 Ti içerecek şekilde çelik pota içerisinde 1200°C'de çözeltiye alınmıştır. Hazırlanan Al-%3Ti çözeltisi havada soğumaya bırakılmak süretiyle takvite fazı Al3Ti intermetalik bileşikleri soğuma sırasında sıvı Al ile Ti ekzotermik reksiyonu sonucunda kendiliğinden oluşması sağlanmıştır. Doğrutan çözeltiye almak yöntemiyle üretilen kompozitlerin takviye oranı en fazla ağırlıkca %5 civarında olmaktadır. bu oranan bir kompozit malzeme için oldukça düşüktür. Kompozitlerin takviye oranlarının artırılması, istenilen özelliklere sahip bir kompozit malzeme üretmek için oldukça önemlidir. Bu amaca yönelik olarak, doğrudan döküm yöntemi ile üretilen %5 takviye oranına sahip kompoziter yaklaşık 800°C'de savurma işlemine tabi tutulmuştur. Bu sayede sıvı alüniyum içerisindeki katı Al3Ti partikülleri savurma kuvvetinin etkisi ile kalıp dış cidarlarına doğru savruluş ve bu bölgelerde takviye oranı ağıtlıkca %20'ye kadar artırılmıştır. Savurma döküm, graviti döküm, optik mikroskop, SEM, EDAX ve XRD tekniklerinin kullanıldığı çalışmada, üretilen kompozitlare sertlik ve abrasif aşınma testine tabi tutulmuştur. Sonuçlarda Alüninyum içerine %20 Al3Ti ilavesiye sertlik testlerine %100, aşınma direncide ise %300'e varan artış gözlemlenmiştir.
Buhar devrelerinde boru tasarımı ve boru gerilme analizi
Boru hatları çok geniş bir alanda ve çok değişik basınç ve sıcaklıklardaki gaz ve sıvı akışkanların taşınmasında kullanılır. Boru hatları üzerinde çalışılırken, üç önemli soruna çözüm bulmaya çalışılır. Bunlar; optimum boru çapının belirlenmesi, optimum yalıtım kalınlığının belirlenmesi ve gerilmelerin en ekonomik biçimde alınmasıdır. Boru tasarımı da esas olarak gerilme analizine bağlıdır. Proses boruları ve güç boruları boru stres mühendisleri tarafından rotalama, nozul yükleri, askılar ve desteklerin doğru yerleştirildiğini ve seçildiğini, izin verilen boru gerilmesinin sürekli yükler, işletim yükleri, basınç testi gibi farklı yükler durumunda izin verilen değerlerin aşılmadığını doğrulamak için kontrol edilir. Boru hatları, sıvı, buhar veya havayı endüstrilerde ve birçok fabrikada nakletmek için Endüstriyel / Uluslararası Kodlar ve Standartlar tarafından yönetilir. Boru sistemi, borular, flanşlar, contalar, dirsekler, farklı rakorlar, vanalar gibi bileşenleri içerir. ASME B31.1, elektrik enerjisi üreten istasyonlar, endüstriyel ve kurumsal tesisler, jeotermal ısıtma sistemleri ve merkezi ve bölgesel ısıtma ve soğutma sistemlerinde tipik olarak bulunan boru sistemleri tasarım, malzeme, imalat, montaj, test, kontrol, işletme ve bakım için asgari gereklilikleri öngörür. Bu yüksek lisans tezinde boru devrelerinde oluşan gerilmeler, oluşum sebepleri, bu gerilmelere boru tasarımının etkisi, boru yer değiştirmelerinin nedenleri ve etkilerini ve boru gerilmeleri için iş akışı incelenmiş olup, boru gerilme analizinde genel kriterlerin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu sayede boru tasarımında boru gerilmesini göz önüne alarak bir takım esaslar ve genel kriterler belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın analiz kısmında ise buhar türbini bulunan bir enerji gemisinde türbin buhar hattının iki farklı boru tasarımında boru üzerinde oluşan gerilmeler hidrostatik yük, sürekli yükler, çalışma sırasında oluşan yükler ve ısıl genleşme durumundaki yüklerin ve türbin bağlantısındaki yük ve moment değerleri sonlu elamanlar yöntemi ile çalışan program yardımıyla hesaplanmış, model tasarım uygunluğu incelenmiş ve optimizasyonu üzerine çalışılmıştır. Hesaplama yapılırken ASME B31.1 Güç Boru Kodu standartları esas alınmıştır. Anahtar Kelimeler: Boru tasarımı, Borularda gerilme, Borularda gerilme analizi, ASME B31.1
Hızlı tekne form serileri için optimizasyona dayalı bir metodoloji geliştirilmesi
Bir deniz taşıtının kendisinden beklenen görevleri iyi bir biçimde yerine getirebilmesinin yolu, amaç fonksiyonu ile uyumlu bir su altı formuna sahip olmasından geçer. Bunu sağlayabilmek titiz ve karmaşık analizler gerektirmektedir. Bir geminin stabilite, direnç, denizcilik gibi özelliklerinin istenilen düzeyde olması ancak iyi bir gemi dizaynı sürecinden sonra mümkün hale gelir. Gemi dizaynında günümüze kadar gelen ve hala çoğunlukla kullanılmakta olan geleneksel yöntemlerin yanında, gelişen dijital sistemler ile birlikte yeni alternatifler ortaya çıkmaya başlamıştır. Günümüzün teknolojisine ayak uydurarak bu dijital sistemlerden yararlanmak, gemi tasarımını çok daha verimli hale getirebilmektedir. Geleneksel yöntemler temelde bir gemi formu oluşturarak bunu analiz ve/veya deneyler ile değerlendirip, istenilen özellikleri sağlar hale getirmeyi amaçlamaktadır. En iyiye ulaşma esas amaç değildir. Bunun sebebi deneysel yöntemlerin maliyet ve zaman açısından çok fazla iterasyona izin vermemesidir. Ampirik formülasyonlar ile yapılan analizlerin, her form için doğruluğunun kesinliği yoktur. Bu çalışmanın amacı günümüz teknolojik gelişmelerine ayak uydurarak daha verimli bir tasarım metodolojisi geliştirmeyi kapsamaktadır. Bilgisayar tabanlı simülasyonlar ile analiz metotları uygulanarak otomatikleştirilmiş bir algoritma ile en iyi çözüme ulaşmanın yolları ortaya konulmuştur. Metodolojinin uygulama kısmında yüksek süratli form karakteristikleri incelenmeye çalışılmıştır. Bu kapsamda ilk olarak metodolojinin akış şeması ortaya konmuş ve sistemin otomatik bir şekilde işleyebilmesi için, ön dizayn aşaması sonucunda ortaya çıkan sınırlar içerisinde bir parametrik model oluşturulmuştur. Belirlenen dizayn değişkenleri yardımı ile sistematik varyasyon sağlanarak 120 adet tekne türetilmiş ve bunların her biri stabilite, denizcilik ve direnç açısından incelenmiştir. Denizcilik ve direnç için hesaplamalı akışkanlar dinamiği tabanlı yazılımlar kullanılmıştır. Yapılan analizler sonucunda yüksek süratli form karakteristiğine sahip geometrilerin etkin parametrelerinin performansa olan etkisi değerlendirilmiştir. Hidrodinamik analizler sonucunda ortaya çıkan 120 adet form içerisinden bir optimizasyon yöntemi kullanarak farklı deplasman gruplarında optimum bir tekne ailesi ortaya konulmuştur. Bunun haricinde farklı hızlarda yapılan analizler neticesinde direnç açısından bu tarz formları karşılaştırabilmek için regresyon analizi ile bir bağıntı elde edilmiştir. Sunulan bu tez çalışmasında otomatik olarak işleyebilen bir metodoloji ortaya konulmuştur. Bu metottan yararlanarak optimizasyon uygulaması yapılmış ve sonucunda kayıcı forma sahip yüksek hızlarda seyredebilen belli bir boyda farklı deplasman gruplarına sahip optimum bir tekne ailesi meydana getirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, çok kriterli optimizasyon, parametrik modelleme, sistematik varyasyon, form serileri.
Kavram dizayn aşamasında yat yapım malzemesinin stabilite ve mukavemet üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Çelik; mukavemeti, kaynak teknolojsinde erişilen bilgi birikimi ve erişim kolaylığı parametreleri nedeniyle 1990'lı yıllara kadar en popüler gemi inşaatı malzemesi olmuştur. Metalurji teknolojisi alanındaki gelişmelere bağlı olarak çalışmalar üretimde kullanılacak alternatif malzeme arayışına kaymıştır. Alüminyum, düşük yoğunluğuna bağlı olarak ağırlık ve kolay form verebilme avantajları nedeniyle endüstriyel alanda dikkatleri üzerine çekmiştir. Gemi inşaatında da, adaptasyon çalışmaları tamamlandıktan sonra, kısa sürede içerisinde kısmi veya tüm gemi konstrüksiyonunda kullanılmaya başlanmıştır. Alüminyumun tek başına kullanımı haricinde, teknelerin kullanım amaçlarına bağlı olarak alüminyum ve çeliğin birlikte kullanılabilme gerekliliği doğmuştur. Yat inşaatında alüminyumun en çok tercih edildiği bölüm üstyapılardır. Böylece mali dezavantajlar minimize edilebilmekte; stabilite, mukavemet ve denizcilik kabiliyeti parametreleri de optimize edilebilmektedir. Her ne kadar klas kuruluşları boyutlandırma formüllerini alüminyuma göre uyarlamaya başladılarsa da bu henüz sınırlı sayıdadır. Bu araştırmada; teklif ve kavram dizayn aşamasında gemi mühendisine dizayn çevriminde yapmak zorunda olduğu iterasyon sayısını azaltıcı rehberlikler geliştirilmesi amaçlanmıştır. Araştırmada motor yatlar için stabilite ve mukavemet modelleri geliştirilmiştir. Tekne ana dizayn değişkenleri cinsinden ifade edilebilen stabilite karakteristiği hakkında sağlam bir öngörüde bulunulmuştur. Çalışmanın mukavemet kısmında, temel mukavemet prensiplerinden yola çıkarak üstyapı boyutlarının optimize edilerek kullanılacak malzemenin seçimine rehberlik edilmesi amaçlanmıştır. Stabilite çalışmalarında yük gemileri için Prohaska'nın yaptığı çalışmalardan yararlanarak 20-60 m. tam boy aralığındaki güncel motor yat formlarına uyarlanarak tekne dizayn değişkenlerini kullanan pratik olarak statik stabiliteyi değerlendirebilen bir rehber gerçekleştirilmiştir. Mukavemet kısmında da Navier'in denklemleri incelenmiş olup, özellikle yatlar için gerekli geliştirmeler ve sadeleştirmeler yapılmıştır. Ortaya konulan yöntemlerin doğruluğunun ispatı için hali hazırda serviste bulunan tekneler modellenmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Ayrıca değerlendirme bölümünde uzman görüşlerine başvurularak elde edilen ağırlıklı değerlendirme katsayıları metodu ile dizayn sarmalındaki iterasyon sayısının azaltılabileceği ortaya konmuştur. Araştırma sırasında yatlar için uyarlamalar veya geliştirmeler yapılmış olup; pratik yaklaşımlar yardımıyla gemi mühendisi ön stabilite ve mukavemet alanında bazı değerlere ulaşacak ve bu değerlerin istediği sınırlara yakınlığına bağlı olarak tekrar tekne ana boyutlarına ve malzeme seçimine dönüş yapması gerekecektir. Minimize edilmiş iterasyon sürecinden sonra gemi mühendisi, teklif paketinde fiyat belirleme ve dizayn sürecinin ilerleyen aşamalarında kullanabileceği değerlere ulaşabilecektir
Dört zamanlı bir dizel jeneratörün matematik modellemesi
Sanayileşme süreci, geçmişten günümüze kadar ekonomik kalkınmanın en önemli parametrelerinden biri olmakla birlikte, bilgi ve teknolojinin sürekli gelişmesine olanak veren en temel parametrelerden biridir. Dünya geçmişten günümüze kadar geçen yıllarda sanayileşme sürecinde gerçekleşen köklü değişimlerden ötürü teknolojik gelişimlerin de artışı ivme kazanmıştır. Dolayısı ile sanayi yönünden gelişmiş ülkelerin ekonomik mukayeselerinin üstünlüğünün ölçümü artık teknolojik yapıların gelişmine bakılarak yapılmaktadır. Bu tezde incelemesi yapılan içten yanmalı motorlar; geçmişten günümüze icat edilmiş en önemli buluşların arasında sayılmaktadır. İçten yanmalı motorlar günümüzde deniz, kara ve demiryolu taşımacılığında ve sanayi sektöründe sıklıkla kullanılmakta olup mühendislik yönünden de oldukça karmaşık parametreler içermektedir. Örneğin; geminin sevki sırasında ana makine, jeneratör veya makine dairesinde meydana gelebilecek önemli bir arıza sonucu operasyonun aksaması veya durması ile sonuçlanabilecek arızaların azaltılabilmesi için ilk olarak makine dairesi içerisindeki en önemli elemanlar olan ana makine ve jeneratörlerin uygun koşullarda çalıştırılması ve korunması gerekir. Operasyon sırasında ana makine ve jeneratör ile birlikte çalışan; T/C türbin, T/C kompresör, yağlama ve soğutma sistemleri gibi sistem bileşenleri, mevcuttur. Bu sistemlerde veya bileşenlerinde oluşabilecek problemler geminin sevkine direk olarak etki etmektedir. Bu tez çalışması dört zamanlı bir dizel motorun matematik modellemesi; T/C kompresörün oluşturduğu hava dolgusu ile hava girişinden itibaren, T/C türbine egzoz gazlarının türbin çarkları arasından çıkışına kadar olan sürecin modellenmesini kapsamaktadır. Hesaplamarın yapılabilmesi için silindir gazlarının ideal gaz kanunlarına uyduğu, kaçakların veya geri akışların olmadığı gibi kabuller yapılmıştır. Kütle ve enerjinin korunumu ilkesine dayanarak hava silindir içerisine alındıktan sonra püskürtülen yakıtın barındırdığı kimyasal enerjinin silindir gazları (hava, yakıt, yanmış gaz) üzerindeki sıcaklık ve basınç değişimleri tek bölgeli termodinamik model ve Wiebe Yanma Oranları Fonksiyonu kullanılarak modelleme kurgusu oluşturulmuştur. T/C kompresör, skavenç manifoldu, emme valfi, silindir içi prosesleri (sıkıştırma, püskürtme, tutuşma gecikmesi, yanma, genleşme egzoz, dolgu değişimi), egzoz manifoldu, T/C türbini ayrı birer alt sistem olarak düşünülerek modellenmiştir. Tüm bu sistemlerin ve bileşenlerinin birlikte çalışması krank açısı değişimine bağlı olarak dinamik bir şekilde modellenmiştir. Modelleme, excel üzerinde oluşturulmuş ve kontrol edilmiştir. Durum belirleyici olarak krank açısı referans alınmış, krank açısının değişimi durumlar arasında geçişi sağlayarak içerisinde bulunan modellerin birbirilerine veri aktarması ile tüm sistemin ve alt sistemlerin birlikte çalışması sağlanmıştır. Modellemeyi oluşturulan dizel motor; YANMAR 6EY22ALW Tipi 6 silindirli dört zamanlı bir dizel motordur. Silindir çapı, strok uzunluğu, emme valflerinin açılma zamanı, biyel kolu uzunluğu gibi sabit parametreler makine teknik kataloğundan alınmıştır. Değişken durumlardaki T/C kompresör ve skavenç manifoldu basınç değerleri, maksimum basınç oluşma zamanı, T/C türbin bilgileri, devir sayısı ve yakıt tüketimi gibi değerler ise makinenin değişken durumlardaki test verileri alınarak elde edilmiştir. Oluşturulan modelin farklı yüklerde çalıştırılması ile silindir içerisindeki basınç ve sıcaklık değerlerinin değişimi, egzoz manifoldu basınç ve sıcaklık değerleri, T/C Türbini tarafından üretilen güç, skavenç manifoldu basıncı ve krankşafta aktarılan güç miktarı hesaplanmıştır. Makine operasyonu sırasında makineye verilen yakıt miktarının değiştirilmesi ile ana makinede meydana gelen değişimlerin izlenebileceği bir çalışma gerçekleştirilmiştir.
Çanakkale ve İstanbul Boğazlarından geçen Türk bayraklı kimyasal tankerlerin emisyon tahminleri
Deniz yolu taşımacılığı tarihsel açıdan incelendiğinde, coğrafi keşiflerin yapılması ve sanayileşmeye gidilen yolda en önemli aktörler arasında yerini almıştır. Diğer taşımacılık modlarına göre daha ekonomik olması ve büyük yük kapasitesi ile önemini korumaya devam etmektedir. Deniz taşımacılığı, diğer taşımacılık modlarında olduğu gibi petrol yakıtlarının kullanılması nedeni ile emisyon salınımı yaparak çevreyi kirletmektedir. Oransal açıdan bakıldığında, diğer taşımacılık modlarına göre emisyon salınım miktarı daha az olmakla birlikte geçiş hatlarında ve elleçleme yapılan limanları içeren yaşam alanlarını olumsuz olarak etkilemektedir. Bu kapsamda, gemi kaynaklı emisyon miktarının tahmini yapılarak ilgili tarafları ve toplumu bilinçlendirmek büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada öncelikle Türk Boğazları'ndan Türk Bayraklı kimyasal tanker kaynaklı emisyon tahmini yapılmıştır. Emisyonun insan ve çevre sağlığına olan maliyeti, bu kapsamda daha önce yapılmış yaklaşım yöntemleri esas alınarak tahmin edilmiştir. SO2 emisyon azaltımı ile ilgili olarak, yakıttaki sülfür oranın, IMO tarafından 1 Ocak 2020'den sonra azami % 0,5'e düşürülmesi gerektiği belirlenmiştir. Bu çalışmada, yakıt kalitesini ve maliyetini arttıracak bu sınırlamanın denizcilik sektörüne yansıtacağı ilave mali yüke ilişkin tahminde bulunulmuştur. Ayrıca, NOx emisyonun azaltılmını sağlayacak sistem ve ekipmanlar ile alternatif yakıt sistemi olan LNG ile ilgili projeler ve akademik çalışmalar incelenmiş ve NOx emisyonun azaltılması için bu sistem veya ekipmanların gemide kullanımı gerekliliği ortaya çıkmıştır. Bu gerekliliğe istinaden geçiş yapan Türk Bayraklı kimyasal tankerlere sistem ve ekipmanın kurulumunun yapılması durumunda oluşacak maliyet hesaplanmıştır.
Gemi kaynaklı emisyonların farklı yöntemlerle incelenmesi
Dünyadaki yük taşımacılığının büyük bir çoğunluğu deniz yoluyla yapılmaktadır. Diğer taşımacılık türleri olan havayolu, demiryolu ve karayolu taşımacılıklarına kıyasla çevre dostu olarak kabul edilir. Ancak uluslararası ticaret hacminin artması, gemi sayısının artışına neden olmuştur ve bunun sonucunda da gemi kaynaklı emisyon miktarları artmıştır. Deniz taşımacılığından kaynaklanan emisyonların küresel iklim ve hava kalitesine etkisi yadsınamaz bir gerçektir. Bu gelişmeler ışığında, Avupa Birliği ve Uluslararası Denizcilik Örgütü' nün özellikle SOx, NOx, PM ve CO2 emisyonlarında yaptığı büyük sınırlandırmalar, denizcilik sektörünün yeni makine teknolojileri ile tanışmasına neden olmuştur. Gemi kaynaklı emisyonların uluslararası standartlar ile sınırlandırılması, ayrıca bu emisyonların ölçülmesi, raporlanması ve doğrulanmasının zorunlu hale getirilmesi, gemilerin emisyon takibi ve değerlendirilmesi açısından denizcilik sektörünün büyük bir revizyona gitmesini zorunlu hale getirmiştir. Gemi ve liman kaynaklı emisyonların özellikle kıyı kentlerinde yaşayan insanların sağlığını olumsuz yönde etkilediği bilinmektedir. Bu hava kirliliğinin neden olduğu hastalıklarla ilgili yapılan araştırmalar gösteriyor ki; dünya genelinde yılda yaklaşık 20 bin kişi sadece gemi ve liman kaynaklı emisyonlar nedeniyle akciğer kanserine ve yaklaşık 60 bin kişi de yine bu emisyonlar nedeniyle çeşitli hastalıklara yakalanarak hayatını kaybetmektedir. Marmara Denizi ve özellikle İstanbul ve çevresindeki limanlar, Türkiye için gemi trafiğinin en yoğun olarak yaşandığı bölgelerdir. Bundan dolayı, bu tez çalışmasında Marmara bölgesinde bulunan ve yoğun bir deniz ticaretinin yaşandığı Ambarlı Limanı seçilerek; SO2, CO, NO, NO2, NOx, PM10 ve PM2.5 emisyonlarının 3 aylık süre ile gerçek zamanlı hava kalitesi ölçümleri Türkiye limanları için ilk defa yapılmıştır. 2017 yılı Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarından alınan emisyon verilerinin günlük ortalama değerleri ve ölçüm alınan aylardaki ilgili emisyona ait en yüksek değerler gösterilmiştir. Aynı zamanda, 3 ay süre ile Ambarlı limanına gelen gemilerin; tipi (türü), inşa yılı, gros tonajı (GRT), ana makine güçleri, devirleri ve yardımcı makine güçleri, limana geliş sayıları ve seyir, manevra ile limanda kalış süreleri dikkate alınarak literatürde yer alan emisyon tahmin yöntemleri kullanılarak, geliştirilen web tabanlı veri toplama yazılımı ile NOx, CO2, SO2, VOC, CO ve PM emisyonları seyir, manevra ve liman şartlarında teorik olarak hesaplanmıştır. Daha sonra, hesaplamalı akışkanlar dinamiği Star CCM+ V10.02 ile farklı açılarda konumlandırılmış tek bir gemi ve farklı işletme modundaki iki gemi modelleri kullanılarak, farklı rüzgar hızları için atmosfere yayılan SO2, NO, CO ve CO2 emisyon yayılımları incelenmiştir. Ayrıca, emisyon değerlerinin karşılaştırılması amacıyla İstabul ilinin Esenler, Kadıköy ve Avcılar ilçelerinde yer alan ölçüm istasyonlarından 2017 yılının Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarında alınan gerçek zamanlı hava kalitesi ölçümleri ile Ambarlı liman bölgesinden aynı tarihlerde alınan ölçümler karşılaştırılmıştır. Son olarak ise; 1 Ocak 2019/2024 tarihleri itibariyle SO2, NO2, PM10 ve CO emisyonları için AB Hava Limit değerlerine geçileceğinden, İstanbul ili ilçeleri ve Ambarlı Limanı için bir durum değerlendirmesi yapılmıştır.
Gemi ana makinesi yardımcı sistemlerine yönelik simülatör algoritmasının geliştirilmesi ve uygulanması
Gemi makine dairesi işletme koşulları gereği birçok gereksinimi aynı anda karşılaması gereken bir yapıdadır. Denizcilik istatistik analizlerine göre gemi kazalarına neden olan faktörlerin başında insan hatası gelmektedir. Bu sebepten, gerek makine dairesi karmaşık yapısı gerekse insan hataları göz önüne alınırsa karşılaşılan basit bir makine arızası dahi kısa sürede önlem alınmazsa büyür ve tamiri mümkün olmayan kayıplara neden olabilir. Yaşanabilecek her türlü makine arızasını olabildiğince erken fark etmek ve müdahale etmek için iyi eğitilmiş gemi makineleri işletmecilerine ve etkili bir uzman arıza teşhis sistemine ihtiyaç vardır.Bu çalışmada gemi ana makine yardımcı sistemlerinden soğutma, yağlama ve yakıt sistemleri için geliştirilen bilgi tabanlı uzman sistemin, ana makine operasyonları sırasında arıza tespiti yapması, ayrıca koruyucu bakım işlemlerinde gemi personeline yardımcı olması amaçlanmıştır.Meydana gelen arızalarda makine donanımından kaynaklanan arızalar incelenmiş ve bu tür arızalara etki eden sebeplerin ve çözüm yöntemlerinin belirlenmesi için C# programlama dili kullanarak bir uzman arıza tespit programı geliştirilmiştir. Bu program, modern ticari uzakyol gemilerinde çoğunlukla tercih edilen MAN B&W 7S50MC-C ana makine yardımcı sistemlerinin basınç, sıcaklık ve viskozite alarm sınır değerleri ve ideal çalışma aralıkları dikkate alınarak bahsi geçen ana makine yardımcı sistemlerine uygulanmıştır. Geliştirilen program gemi makineleri işletmecilerinin eğitimlerinde, makine dairesi simülatör sistemine entegre edilerek kullanılması hedeflenmektedir.Geliştirilen uzman sistem, gemi makine işletmecilerine gerekli desteği sağlamanın yanında özelikle kritik operasyonlarda ve manevralarda oluşabilecek arızalarla ilgili çabuk karar vermeyi kolaylaştırmakta ve önemli avantajlar sağlamaktadır.
Uniform olmayan akımda çalışan gemi pervanelerinde tabaka kavitasyonunun incelenmesi
Gemi pervanelerinde görülen kavitasyon, pervanelerin hidrodinamik performansına ve çalışma ömrüne etki eden, gemi bünyesinde titreşimlere ve su altında gürültüye neden olan bir akışkanlar mekaniği olayıdır.Gemi pervanelerinde görülen kavitasyon, pervanelerin hidrodinamik performansına ve çalışma ömrüne etki eden, gemi bünyesinde titreşimlere ve su altında gürültüye neden olan bir akışkanlar mekaniği olayıdır. Bu nedenle pervane dizaynı sırasında kavitasyonun pervaneye ve çevreye olan olumsuz etkilerini azaltmak büyük önem taşımaktadır. Bu ise, kavitasyonun ne zaman ortaya çıkabileceğini önceden tahmin etmek için hassas bir yöntemin gerekli olduğunu göstermektedir. Kavitasyon analizlerinin deneysel ortamlarda yapılması zaman ve maliyet gerektirmektedir. Bu nedenle özellikle son zamanlarda bilgisayar teknolojisinin gelişimine bağlı olarak deneysel yöntemlere alternatif olan değişik sayısal modelleme teknikleri geliştirilmiştir.Gemilerde görülen kavitasyon türleri arasında özellikle tabaka kavitasyonu, kavitasyon hacimlerinin zamana bağlı olarak değişmesi nedeni ile çoğunlukla şaft aracılığı ile gemi bünyesinde titreşimlere ve pervane kanatları üzerinde erozyona neden olmaktadır. Bu nedenle mevcut çalışmada bu kavitasyon türü, söz konusu modelleme tekniklerinden biri olan ?Kaldırıcı Yüzey Metodu?'na dayalı olarak incelenecektir.Bu çalışma ile gemi pervanelerinin imalat öncesi kavitasyon ve performansının kontrolünün kolay ve hızlı bir şekilde yapılması amaçlanmaktadır.
Buhar türbinlerinin kısmi yüklerdeki performans davranışlarının incelenmesi
Günümüzde hem dünyanın her yanına yayılmış irili ufaklı sanayi tesislerinin hem de gündelik hayatta insanların elektriğe bağımlılığının artmasıyla birlikte enerjiye olan ihtiyaç da hızla artmaktadır. Artan ihtiyaçların karşılanabilmesi ise ya daha büyük kapasiteli güç tesisleri yapılarak ya da mevcut tesislerin daha verimli hale getirilmesiyle mümkün olmaktadır. Güç üretim tesislerinin daha verimli çalıştırılabilmesi ise çalışma koşullarının tam olarak bilinebilmesine ve bu koşullar göz önünde bulundurularak yapılacak optimizasyonlara bağlıdır.Güç üreten tesislerin en önemli elemanlarından birisi olan buhar türbinlerinin dizayn koşulları belirli parametreler (giriş basınç ve sıcaklığı, güç ve debi miktarı, çıkış basıncı vb.) esas alınarak oluşturulur ve türbinin geometrisi, ölçüleri ve performansı bu değerlere göre hesaplanır. Dizayn koşullarında türbindeki kayıplar ve tersinmezlikler minimum, hız değerleri ve üretilen güç maksimumdur. Ancak, bir buhar türbini gerek talep edilen güç miktarının değişkenliği gerek türbin kayıpları gerekse sistemin diğer elemanlarından kaynaklanan kayıplardan dolayı dizayn şartlarında çoğu zaman çalışamaz yani daha düşük verimlerde çalışmak zorunda kalır.Bu çalışmada farklı yük koşullarında işletilen ve dizayn değerlerine sahip olduğumuz Çan Termik Santraline ait verilerden yola çıkılarak EES programında modellediğimiz sistemimizin hem termik verimi hem de türbin verimleri incelenmiştir. Yapılan analizler neticesinde tesisin yükü azaldıkça hem türbini hem de tesisin performans değerlerinin olumsuz etkilendiği görülmüştür.
Gemi çarpışmasının nümerik yöntemlerle analizi ve simülasyonu
Gemi çarpışmalarıyla ilgili çalışmalar ilk defa 1959 yılından itibaren literatüre kazandırılmaya başlanmıştır. Önceleri çarpışma analizleri, deneysel ve analitik yaklaşımlar yardımıyla oluşturulan amprik yöntemlerle irdelenirken, günümüze kadar geçen sürede meydana gelen gerçek kaza verileri ve yapılan deneysel çalışmalar yeni yöntemler oluşturulmasını ve mevcut yöntemlerin geliştirilmesini sağlamıştır. Bunun yanı sıra; gelişen bilgisayar teknolojisi ve programlama teknikleri sayesinde analitik yöntemler yerini, ayrıntılı ve probleme özel güvenilir sonuçlar üreten sayısal çözümlere bırakmıştır.Çevresel ve hayati riskler dikkate alındığında gemi çarpışma analizlerine olan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Bu paralelde yeni yöntemlerin geliştirilmesi için yapılan çalışmalar kamu ve özel sektör tarafından teşvik edilmektedir. Özellikle denize kıyısı olan ülkelerinde desteğiyle iki önemli Avrupa Birliği Projesi başlatılmış ve neticelendirilmiştir. Diğer taraftan 50 yıldır düzenlenmekte olan ISSC kongresinde gemi çarpışmaları ve dip vurmayla ile ilgili ayrı bir bölüm yapılmaktadır.Yüksek lisans tez çalışmasında, standartlara göre hazırlanan iki gemi modelinin değişik senaryolara karşı çarpışma analizleri gerçekleştirilmiştir. 3D CAD modelleme işlemi SolidWorks 2009 yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Pre-post ve sonlu elemanlar ağının oluşturulması için ise HyperMesh yazılımından faydalanılmıştır. Malzeme modeli tarifi, sınır şartlarının verilmesi ve analizin çözdürülmesi işlemleri için ise Ls-Dyna ticari yazılımı kullanılmıştır.Sonuçların doğrulanması ve güvenirliliğinin araştırılması için analitik yöntemlerden yararlanılmıştır. Nümerik yöntemler ile elde edilen analiz sonuçları ile analitik yaklaşım sonucu elde edilen sonuçlar örtüşmektedir.
Gemi ana makine ve sevk sistemlerinin titreşim analizi
Gemi; makine gücüyle hareket eden, çeşit ebatlarda amaçlarına göre tasarımı yapılan birçok mekanik, elektrik aksamında oluşan karmaşık bir yapıdır. Normal bir makinede oluşabilecek her türlü dinamik kuvvet bu sistemde de oluşur. Her çalışan makinede meydana geldiği gibi dinamik bozucu etkiler ve hidrodinamik kuvvetler sonucu gemideki mekanik sistemlerde de titreşim görülmektedir. Böyle bir durum söz konusu olduğundan inceleme yapılan sistemde hem makineden oluşan dinamik kuvvetler hem de sudan gelen hidrodinamik kuvvetler göz önüne alınmalıdır. Arzu edilen gemilerdeki titreşim cevaplarının etkisini azaltarak; mekanik aksamlarının oluşabilecek hasarlardan korumak ve yolcu konforunu arttırmaktır. Gemilerdeki titreşimin ana kaynakları olan ana makine, şaft ve pervane üçlüsü bu çalışmada incelenen sistem olmuştur. Sistem analiz edilirken; eksenel, burulma ve eksenel-burulma durumları göz önüne alınarak sistemin dinamik cevapları, Lagrange metoduyla matris yaklaşım uygulanarak analiz edilmiştir. Eksenel-burulma titreşim durumu için çeşitli bölgelerde meydana gelen genlikler Matlab-Simulink'te kurulan model sayesinde grafik olarak elde edilmiştir. Sonrasında bu grafikler analiz edilerek zorlama durumlarına göre uygun sönüm değerlerinin ne kadar etki ettikleri tespit edilmiştir.
Gemi ıslak alanının ısı değiştirici olarak kullanılmasına yönelik sayısal ve analitik inceleme
Son zamanlarda enerji verimliliğine verilen önem gemi inşaat sektöründe de derinden görülmektedir. Gemi ana makinelerinde enerji ve maliyet düşürücü birçok önlem uygulanmaktadır. Bu uygulamaların en temel olanları emisyon düşürücü ve ısıl önlemlerdir. Bilindiği gibi enerjinin en kalitesiz formu ısı enerjisidir. Mekanik veya kimyasal enerjinin ısı enerjisine dönüşmesi tüm proseslerde kaçınılmazdır. Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılması için etkin ısıl yönetime ihtiyaç duyulmaktadır.Bu çalışmada gemi ana makine ceket suyu soğutması için mevcut deniz suyu soğutma devresi haricinde bir konsept tasarlanmakta ve böylelikle bu ısıl yönetim daha etkin bir şekilde sağlanmaktadır. Deniz suyu devresinin bertaraf edilmesi hem kurulum ve bakım-tutum maliyeti hem de devrenin canlı kalması için harcanacak enerjiden tasarruf edilmesini sağlamaktadır. Çalışmada modelin CFD ve analitik yönlemlerle simulasyonu yapılmakta, 5.14 m/s, 2.57 m/s , 0.1028 m/s gemi hızlarında ve deniz suyu 0 ile 40 C arasında 9 sıcaklık değerinde değiştirilerek sonuçlar elde edilmiş bu sonuçlar analitik sonuçlarla kıyaslanmıştır. Sonuç olarak bu konseptin istenilen soğutma yükünü karşılayabildiği görülmüştür.
Imo ikinci nesil hasarsız stabilite kriterlerinin incelenerek mevcut gemiler açısından değerlendirilmesi
Gemilerin denizlerde güvenli bir şekilde seyredebilmesi için yeterli sephiyeye ve stabiliteye sahip olması gereklidir. Gemilerin sefer boyunca denizde emniyetli bir şekilde seyredebilmesi için, gerekli stabilite kriterlerini sağlamalıdır. Gemilere uygulanan ilk uluslararası stabilite kuralları 1968 yılında zorunlu hale getirilmiştir. Uluslararası Denizcilik Örgütü IMO (International Maritime Organization) tarafından uygulamaya konan bu kriterler 100 m'den büyük yük ve yolcu gemilerini kapsamaktadır. Bu önergedeki kriterler gemilere etki eden dış etkilerle ilgili herhangi bir unsuru nazari dikkate almamaktadır. Bu yüzden, IMO 1985 yılında hava kriterlerini yürürlüğe koymuştur. IMO 1993 yılında gemilere uygulanan stabilite kriterlerini toplayarak yürürlüğe koymuş ve daha sonra 2008 yılında ise 2008 IS CODE başlıklı kurallarda mevcut stabilite kurallarını biraraya toplamıştır. Uygulanan bu stabilite kriterlerini karşılamasına rağmen bazı mevcut gemilerin devrilmesi IMO'nun uygulanan kurallar hakkında yeni çalışmalar yapmasına zemin hazırlamıştır. Bu çalışmalar genellikle gemilerin maruz kaldığı dinamik kuvvetler üzerinde yoğunlaşmıştır. 2005 yılından itibaren IMO alt komitesi Stabilite, Yükleme Hatları ve Balıkçı Gemilerinin Emniyeti SLF (Stability and Load Lines and on Fishing Vessels Safety), İkinci Nesil Hasarsız Stabilite Kriterlerini oluşturmak amaçlı çalışmaya başlamıştır.Bu tez çalışmasında, Uluslararası Denizcilik Örgütünün 2010 ve 2011 yılında yaptığı Stabilite, Yükleme Hatları ve Balıkçı Gemilerinin Emniyeti alt komitesi delegasyonunda sunulan İkinci Nesil Hasarsız Stabilite Kriterlerinden parametrik yalpa için Seviye 1 Zafiyet Kriteri üzerine yapılan ön çalışmalar örneklerle incelenmiştir. Bu kriterlerin temelinde neler istendiği ve mevcut gemileri nasıl etkilediği üzerinde durulmuştur.
Gemi dizel motorlarındaki hareketli elemanlarda oluşan hasarlar ve nedenleri
Gemilerin sevki için gereken gücü üreten makinelerin yüksek bir oranını dizel motorları sağlamaktadır. Gemilerde kullanılan diesel motorları diğer alanlarda kullanılan diesel motorlarına göre yağlama, yakıt, egzoz sistemleri açısında belirgin farklılıklar göstermektedir. Çalıştıkları deniz koşulları dikkate alındığında bu sistemlerdeki farklılıkların ne kadar önemli olduğu kolayca görülebilmektedir. Gemi dizel motorlarında uygulanan periyodik bakımlar gerek çalışma saatlerine gerekse çalıştırdığı ortama göre gerçekleştirilmektedir. Bu bakımlar dikkate alınmadığında karşılaşılabilecek sorunlar ciddi boyutlara ulaşabilmektedir. İhmal edilen, önemsenmeyen, dikkatten kaçabilen küçük arızalar ?su ve stim kaçakları, yağ sızıntıları, eksiklikleri- daha sonra tamiratı uzun süreler alıp geminin işletilmesini engelleyen önemli büyük arızalara neden olabilmektedir.Günümüzde işletilen gemilerin karşılaştığı kazalar ?çatışma, karaya oturma- teknik arızalar her geçen gün görülebilmektedir. Kısa süreler içinde aynı mevkilerde karşılaşılan karaya oturma, yatak sardırma olayları en basit örneklerdendir.Gemilerin işletilmesinde ve gerekli elektrik enerjisinin üretilmesinde kullanılan diesel motorlarında karşılaşılabilecek sorunlar maddi ve manevi olarak büyük kayıplara neden olabilmektedir. Arıza süresince işletmeden alıkonulan gemi bir kazanç kapısı olmaktan çıkıp tamamen masraflara açık bir nesne olmaktan öte gidememektedir. Bu bakım-tutum, tamirat süresinde karşılaşılan kayıpları telafi etmek için harcanacak ekstra imkânlar da gemi sahibi ve personel için de manevi olarak yaptırımlar yaratmaktadır. Bu çalışmada gemi dizel motorlarında ki hareketli elemanlarda karşılaşılabilecek arızalardan, onları yaratan nedenlerden ve arızaların giderilmesi için gerçekleştirilen operasyonlardan bahsedilmeye çalışılmıştır. Bir cıvatanın bile uygun torkta sıkılmamasından kaynaklanabilecek hasarlar büyük olabilmektedir ki hareketli elemanların birinde karşılaşılabilecek bir problem sistemi bir bütün olarak düşündüğümüzde önemli arızalara neden olabilmektedir.Çalışmanın birinci bölümünde gemi dizel motorları devir sayılarına göre sınıflandırılmıştır. Düşük, orta ve yüksek devirli dizel motorlar hakkında kısaca bilgiler ve örnekler verilmiştir.İkinci bölümde de motorlardaki hareketli elemanlar resimler ve tanımlamalar ile anlatılmaya çalışılmıştır.Üçüncü bölümde de gemi dizel makinelerde ki hareketli elemanlarda karşılaşılan arızaların nedenleri ve arızaların oluşum aşamaları ve karşılaşılan arıza sırasında nasıl bir yol izleneceği resimler ve örnekler ile anlatılmıştır. Resimler ve örneklerle desteklenen çalışmada teorik bilginin yanında Arkas Denizcilik ve Nakliyat A.Ş. firmasına bağlı olan M/V Tomriz A gemisinde edinilen tecrübelerden de fotoğraflar yardımı ile tamamlanmıştır.Gemi üzerinde çalışan gerek zabitlerin gerekse personellerin bu çalışmamda konu olan arızalarla karşılaşmamaları dileğiyle?
Kimyasal tankerlerin maliyet analizi ve optimum boyutlarının belirlenmesi
Sürekli artan dünya ticaret hacmine bağlı olarak, deniz taşımacılığı sektörü de hızla gelişmektedir. Deniz taşımacılığı sektörünün en önemli kollarından biri olan kimyasal tanker taşımacılığı da bu gelişmeye paralel olarak, günden güne artmaktadır. Ticarette asıl olan karlılıksa, küresel rekabet koşulları içinde karlılığı maksimize edebilmenin birinci koşulu, minimum maliyete inşa edilen gemi filosuna sahip olmaktan geçmektedir.Bilindiği gibi gemi inşa projesi, mühendislik açısından ele alınan onlarca birbirine bağımlı parametrenin optimize edilmesiyle oluşur. Bir projenin hayata geçirilmesi; ancak onun maliyet açısından ekonomik olmasıyla mümkündür. Gemi inşa projeleri de yüksek finansman gerektiren projeler olduklarından; bu projelerin maliyet analizinin ayrıntılı bir şekilde yapılarak, hem inşa sürecinde hem de işletme sürecinde minimum maliyete sahip gemilerin inşa edilmesi, temel mühendislik problemidir. Diğer taraftan küresel ekonomik sistem içinde günden güne yaşanan fiyat dalgalanmaları, ortaya konulan gemi inşa projelerinin maliyetlerinin ön dizayn aşamasında olabildiğince hassas bir şekilde belirlenmesini zorunlu kılmaktadır.Bu tez çalışmasında, 30000 DWT'dan küçük kimyasal tankerlerinin ana boyutlarının, güçlerinin, ağırlık bileşenlerinin ve maliyetlerinin öngörülmesi amacıyla yaklaşık formüller türetilmiştir. Yakın zamanda inşa edilen gemi bilgileri kullanılarak elde edilen bu formüllerden yararlanılarak, sistematik analiz yöntemiyle farklı hız ve DWT'a sahip kimyasal tankerlerin minimum inşa maliyetine göre optimum boyutlarının belirlenmesi için bir yaklaşım sunulmuştur.
Gemi üretiminde iş akışlarında dar boğazların analizi ve çözüm önerileri
..
Güverte genişliğinin burulma zorlamasına etkisinin incelenmesi
Gemilerde burulma momentleri, özellikle, gemi omuzluklarından gelen dalgalardan ve gemi boy eksenine göre simetrik olmayan yüklemelerden oluşurlar. Konteyner gemileri gibi büyük güverte açıklıklı gemilerde, bu burulma momentlerinden kaynaklanan kayma gerilmeleri, dikkate değer büyüklüklere ulaşmaktadır. Gemi omuzluklarından gelen dalgaların oluşturduğu burulma momenti, gemi boyunca değişmektedir. Ayrıca, gemi ambarlarının başladığı enine kesit oldukça rijit olduğu için, gemi boy eksenindeki şişmeler engellenmektedir. Bu nedenlerle, üniform burulma teorisinin sabit burulma momenti ve enine kesitlerin boy ekseninde serbest şişebilmesi ön şartları gerçekleşmemekte, gemi enine kesitinde kayma gerilmelerinin yanında, gemi boyu ekseninde şişme normal gerilmeleri oluşmaktadır. Bu çalışmada, gemi boy eksenine eğik gelen dalgaların ve simetrik olmayan yüklerin oluşturduğu burulma momenti etkisindeki gemi enine kesitine sahip bir dubada oluşan kayma gerilmelerine ve boyuna şişme normal gerilmelerine, güverte genişliğinin (a) etkisi incelenmiştir.Bu amaç için, duba, statik burulma momenti, dalgalardan kaynaklanan burulma momenti ve simetrik olmayan yüklerin oluşturduğu burulma momenti etkisinde bırakılmıştır. Ardından da, üniform burulma teorisi ve üniform olmayan burulma teorisi baz alınarak, güverte genişliğinin gemi genişliğine oranının (a/B) 0 (tam açık kesit); 0,219; 0,250; 0,281; 0,313; 0,344; 0,999 (yaklaşık kapalı enine kesit) veya 1(tam kapalıenine kesit) olması durumları için kayma gerilmelerinin ve normal gerilmelerin enine kesitteki değerleri hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: Gemi mukavemeti, gemi elemanları, geniş güverte açıklıklı gemiler
Gemi inşaa sanayisinde proje yönetimi ve proje yönetim planına ilişkin bir örnek
Ülkemizde ve dünyada son yıllarda yaşanan ekonomik krizlerden en çok etkilenen sektörlerden biri de gemi inşa sanayi olmuştur. Gerek yurtiçinde gerekse yurtdışındaki daralan pazarlardan pay alma yarışındaki firmaların içinde bulunduğu rekabet ortamı, onları rakiplerinden daha kaliteli ve daha az maliyetli ürün/hizmet üretmek zorunda bırakmıştır. Bu durum firmaların klasik yüklenici anlayışından uzaklaşıp, elindeki kaynakları verimli bir şekilde yönetmesini ve kullanmasını gerektirmektedir. Günümüzde her sektörde olduğu gibi gemi inşaat sektöründe de çağdaş yönetim anlayışıyla birlikte kurulan proje yönetim sistemleri, tersanelerin karmaşık faaliyetlerini planlı, düzenli ve kontrollü bir şekilde yerine getirmelerini; üstlenilen projeleri öngörülen süre, kalite ve maliyette tamamlamalarını mümkün kılmaktadır. Bu tez kapsamında yukarıda bahsedilen proje yönetimi sistemi kavramları üzerinde durularak proje (yönetim) planı ve hazırlanışı hakkında bilgi verilecektir. Örnek bir proje, proje yönetimi perspektifinde incelenerek proje yönetim planı oluşturulacaktır. Sorunların ana kaynağı olarak; proje yönetim sistematiğinin yeterince kavranılmamış olmasından ve planlama kültürünün eksikliğinden dolayı, proje (yönetim) planı hazırlanmadan uygulama aşamasına geçildiği tespit edilmiştir.Sorunların proje (yönetim) planı ile çözüleceği savı ortaya atılarak proje(yönetim) planının, sorunların çözümündeki önemi açıklananacaktır. Çalışma ile ülkemizdeki tersanelerimizde yeteri kadar yaygınlaşmamış proje yönetim sisteminin tanıtılması, planlama bilincinin oluşturularak şirketlerin kurumsal kimliğe ve etkin yönetim anlayışına kavuşmalarına çalışılacak olup ayrıca,tersanelerin taahhüdü altında bulunan projeleri daha verimli yürütmesi ve proje yönetim işlevini standardize ederek etkinliği sağlamak amacıyla kendi bünyesinde kuracağı planlama departmanı ve geliştireceği bilgisayar destekli proje yönetim sistemi için bir ön çalışma olması hedeflenmiştir.
Gemi eğilme momenti ve kesme kuvveti kesit zorlarının bureau veritas kuralları ve nümerik yöntem ile analizi
Gemilerin ön dizayn aşaması genel olarak, deneyimlerden toplanan ve çok sayıda klas kuruluşu tarafından da kural olarak yayınlanmış olan ampirik formüllere dayanmaktadır. Bu formüller, dizayn ofisleri için zaman kaybını engellemekte ve aynı zamanda klas onayını temin etmede de yararlı olmaktadır. Bu formüllerin, basitleştirilmiş çok sayıda kabülü içermesi nedeniyle, klas kuruluşları, kendilerini güvence altına almak için, güvenlik payı bırakmaktadırlar. Bu güvenlik payı, geminin gereğinden daha ağır olmasına ve bu nedenle de, olabileceğinden daha az yük taşıyabilmesine yol açmaktadır. Güvenlik payının büyüklüğünün irdelenmesi, bu çalışmanın amacını oluşturmaktadır. Bu irdelemede, dalga kaynaklı eğilme momenti ve kesme kuvvetleri, örnek olarak seçilmiştir. Bilindiği gibi, bir doğa olayı, üç ana yöntem ile incelenebilmektedir: 1. Deney Yöntemi, 2. Analitik Yöntem, 3. Nümerik Yöntem. Bu çalışmada, klas kuruluşlarından olan Bureau Veritas tarafından ampirik formüllerle verilen dalga kaynaklı eğilme momenti ve kesme kuvvetleri, nümerik yöntem kullanılarak bulunan değerler ile karşılaştırılmıştır. Nümerik yöntem, doğa olayının matematiksel ifadesi olan diferansiyel denklemin yaklaşık yöntemle çözülmesinden oluşmaktadır. Bu çalışmada ise, güvenlik payının büyüklüğü, problemin nümerik olarak çözüldüğü üç boyutlu panel yöntemini kullanan bir ticari paket program yardımıyla, beş farklı L/B= 5.56, 5.40, 6.10, 6.12, 5.25 oranında olan ve aynı CB= 0,66 katsayısına sahip gemi yüzeyleri kullanılarak irdelenmiştir.
Bir balıkçı teknesinin yalpa hareketinin dinamik analizi ve kontrolü
Gemiler mevcut kuralların getirdiği gereklilikleri sağlamalarına rağmen stabilite konusundaki eksiklikler nedeniyle araştırmacılar için geçerliliğini koruyan bir alan olmuştur. Seyir halindeki bir geminin, zorlayıcı hidrodinamik kuvvetlerden dolayı yalpa hareketinin kararlı bölgenin dışına çıkabileceği bilinmektedir. Çalışmamızda yalpa hareketi için doğrusal olmayan bir yalpa denklemi kullanılmıştır. Yalpa hareketini optimum seviyelere getirmek için yalpa dengeleyici kanat tercih edilmiştir. Model gemi olarak alınan bir balıkçı gemisi yalpa denkleminin,Lyapunov metoduyla stabilite analizi yapılmış ve sistemin kararlı bölgede olduğu ifade edilmiştir. Doğrusal olmayan yalpa denklemindeki doğrultucu moment ve sönüm katsayıları ampirik formüllerle hesaplanmıştır. Yalpa dengeleyici kanata ait kaldırma katsayıları ise StarCCM+ paket programı ile hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) analizi yapılarak bulunmuştur. Balıkçı gemilerinde avlanma ve seyir durumları göz önüne alındığında stabilite konusunun daha önemli olduğu görülmektedir. Bu yüzden iki farklı kontrol yöntemi kullanılarak yalpa dengeleyici kanat sayesinde doğrusal olmayan yalpa hareketinin ve kararlılığının optimum değerlere gelmesi sağlanmıştır. PID ve MPID kontrol yöntemleriyle yalpa hareketi minimize edilmiştir. Kontrollü ve kontrolsüz durumlardaki yalpa açısı ve hız diyagramları çizilmiş ve sonuçlar mukayese edilmiştir. Simülasyon sonuçlarından, balıkçı gemisi yalpa dengeleyici kanat sisteminde MPID kontrol yönteminin PID?ye göre daha verimli bir kontrol yöntemi olduğu görülmüştür.
Su altı patlaması altında gemi panelinin davranışının sayısal yöntemler ile incelenmesi ve optimizasyonu
Askeri amaçlı gemi inşaa sanayindeki hızlı gelişmelere paralel olarak, su altı patlama kaynaklı şok analizlerine olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Özellikle askeri amaçlı geliştirilen projeler gizlilik esasına dayandıkları için, yapı ile ilgili olan analiz ihtiyaçlarının milli imkanlar ile karşılanması son derece önem arz etmektedir. Bu doktora tezinde en temel gemi yapısal elemanları olan plak yapılarının su altı patlama kaynaklı şok yüklerine karşılık mukavemet analizleri gerçekleştirilmiştir. Patlama kaynaklı şok profili için yeni bir basınç fonksiyonu önerilerek, literatürde mevcut olan Cole basınç fonksiyonu ile kıyaslanmıştır. Anlık basınç yükü etkisi altındaki katmanlı kompozit bir plağın lineer olmayan dinamik denklemleri virtüel iş ilkesi kullanılarak elde edilmiştir. Geometrik nonlineerlik etkileri ince plaklar için von Kármán büyük yer değiştirmeler teorisi kullanılarak hesaba katılmıştır. Yer uzayı için yaklaşık bir çözüm kabul edilmiştir. Zaman uzayında lineer olmayan diferansiyel denklemleri elde etmek için Galerkin yöntemi kullanılmıştır. Bağlı ve lineer olmayan diferansiyel denklemlerin çözümü için MATHEMATICA yazılımı kullanılmıştır. Katman sayısı 3 olan kompozit plağın düzgün yayılı statik basınç yükü altındaki mukavemet ve hasar analizleri Tsai-Wu ve Tsai-Hill yaklaşımları ile Galerkin yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca; bir sonlu elemanlar çözücüsü olan NASTRAN yazılımı ile kompozit plağın sonlu eleman modeli oluşturularak statik analizler gerçekleştirilmiştir. Galerkin ve sonlu elemanlar yöntemiyle elde edilen plak orta noktası deformasyonları ve Tsai-Wu ile Tsai-Hill hasar indeksleri mukayese edilerek doğrulama gerçekleştirilmiştir. Sönümlü ve sönümsüz halde dikdörtgen kesitli kenarlarından ankastre mesnetli anlık basınç yüküne maruz 3 katmanlı kompozit plağın geometrik doğrusal olmayan dinamik analizleri benzer şekilde Galerkin ve Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Su altı patlaması sonucu oluşan anlık basınç yükü için Cole yaklaşımına göre şok basıncının plak üzerine ilk geldiği pik değeri ve basıncın eksponansiyel azaldığı ikinci kısmı daha iyi bir şekilde ifade eden basınç fonksiyonu önerilmiştir. Önerilen basınç fonksiyonu MATHEMATICA ve ANSYS yazılımları kullanılarak kompozit plağa dinamik bir şekilde tatbik edilmiştir. Suyun sönüm etkisinin incelenebilmesi ve önerilen basınç fonksiyonun doğruluğunun test edilebilmesi için MATHEMATICA yazılımı kullanılarak geliştirilen algoritma ile bir dinamik sonlu elemanlar çözücüsü olan LS-DYNA yazılımı sonuçları karşılaştırılmıştır. Sönümlü durumda basınç fonksiyonu plak boyutları olan x ve y ile plağın hızı olan w' bağlıdır. Bu durumda toplamda 3 değişken mevcuttur ve ANSYS yazılımı aynı anda 3 değişkenin tarif edilmesine izin vermemektedir. Bu nedenle sönümlü analizler için ankastre mesnetli çelik plak LS-Dyna yazılımı kullanılarak analiz edilmiştir. 40 gr TNT tipi patlayıcının suyun 0,15 m altında patlaması senaryosu analiz edilerek çelik plak üzerine etkiyen basıncın zamana bağlı değişimleri mukayese edilmişlerdir. Çelik plak tercih edilmesinin bir diğer sebebi ise literatürde çelik plağa ait deney sonuçlarının mevcut olmasıdır. Ramajeyathilagam K. vd çelik malzemeye sahip plaklar için patlama testlerini gerçekleştirmişlerdir, çelik plakların patlama analizleri LS-Dyna yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiş ve deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Son bölümde su altı patlama yüklerine maruz katmanlı kompozit plakların çok amaçlı optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda; çok amaçlı genetik algoritma yaklaşımlarından olan Bastırılamayan Sıralamalı Genetik Algoritma yöntemi kullanılmıştır. Katmanlı kompozitlerin su altı patlama yüklerine karşılık dinamik çözümlerini yapan Galerkin programına optimizasyon algoritması eklenerek optimum kütle ve hasar indeksine (Tsai-Wu teorisine göre) sahip plak yapıları ve bunların dizilim açıları belirlenmiştir. 0,15 metre suyun altında 20 gr TNT patlamasına maruz 3, 5, 7 ve 9 katmanlı kompozit plakların su altı patlama kaynaklı şok yüklerine karşılık çok amaçlı (NSGA-II) optimizasyonları gerçekleştirilmiş ve elde edilen optimum çözümler için kütle değerleri ile hasar indeksleri hesaplanmıştır.
Miller çevrimine göre çalışan aşırı doldurmalı bir dizel motoruna buhar enjeksiyonunun performans ve emisyonlar üzerindeki etkisinin incelenmesi
Gemi kaynaklı emisyonların, özellikle NOx emisyonlarının, çevre üzerinde birçok zararlı etkilerinin olduğu bilinmektedir. Gemilerden salınan kirleticilerin sınır değerlerini belirleyen MARPOL (Gemi Kaynaklı Kirliliğin Önlenmesi Uluslararası Konvansiyonu) kuralları, yakın gelecekte gemi dizel motorlarından kaynaklanan NOx emisyonlarına önemli sınırlandırmalar getirecektir. Bu nedenle, gemi kaynaklı NOx emisyonlarını azaltmak için yeni ve hızlı uygulanabilir yöntemlerin geliştirilmesi gereklidir. Yeni yöntemlerin geliştirilmesi ve motorlara uygulanması esnasında, ekolojik performansı belirleyen emisyon seviyeleri kadar, ekonomik performansı belirleyen efektif güç ve özgül yakıt sarfiyatı da hesaba katılarak, optimum tasarım ve işletme koşulları belirlenmelidir. Bu çalışmada, emme valfinin geç kapatılması tekniğine dayanan Miller çevrimi, elektronik kontrollü buhar enjeksiyonu ve aşırı doldurma uygulamalarının, tam yük şartlarında çalışan tek silindirli bir dizel motorunun performansına ve NOx emisyonlarına etkileri teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Teorik çalışmalar kısmında, termodinamik analizlere dayalı parametrik çalışmalar, tek bölgeli ve iki bölgeli yanma simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Parametrik çalışmalarda, Dual-Miller çevriminin termodinamik analizi ve performans optimizasyonu yapılmış ve diğer gaz çevrimleriyle karşılaştırılmıştır. Ayrıca, yanma ve ısı transferinin çevrim performansı üzerine etkileri de parametrik olarak incelenmiştir. Aşırı doldurma basınçlarına bağlı optimum buhar sıcaklıkları ve debileri belirlenmiştir. Sonlu zaman termodinamiğine dayalı ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılabilir yeni bir model geliştirilmiştir. Ayrıca, tek ve iki bölgeli yanma simülasyonu modelleri geliştirilmiştir. Bu modellerle, Miller çevrimi, buhar enjeksiyonu ve aşırı doldurmanın motor performansı ve NO emisyonları üzerine etkileri incelenebilmektedir. Deneysel çalışmalarda, standart ve üç farklı kam mili (5, 10 ve 15 derece krank açısı geç kapanma için) üç farklı buhar oranı (%10, %20 ve %30) ve üç farklı aşırı doldurma basıncı (1.1, 1.2 ve 1.3 bar) için emisyon ve performans sonuçları elde edilmiş ve standart değerlerle karşılaştırılmıştır. Sonlu zaman termodinamiği modeli (SZTM) ve yanma simülasyonu modelinden (YSM) elde edilen teorik sonuçlar deney verileriyle karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, aynı çevrim basınç ve sıcaklık oranlarında Dual-Miller çevrimine göre çalışan bir dizel motorun, Dual-Dizel çevrimine göre çalışan dizel motordan daha yüksek performansa sahip olduğunu göstermiştir. Dolayısıyla, aynı performansta Dual-Miller çevrimi daha düşük yanma sıcaklıkları ve NOx oluşumuna neden olmaktadır. Ayrıca, püskürtülen buhar sıcaklığının silindir içinde yoğuşmaya neden olmadığı teorik olarak gösterilmiştir. Çalışmada, iki bölgeli model tek bölgeli modele göre deney verilerine daha yakın sonuçlar vermiştir. Bu nedenle, yanma simülasyonu modeli olarak iki bölgeli model seçilmiştir. Deneysel sonuçlarla YSM ve SZTM'nin sonuçları karşılaştırılmıştır. Maksimum hata SZTM ve YSM için sırasıyla, %10 ve %6'dır. NOx emisyonları açısından, en iyi koşul kam 57 ve %30 buhar oranı ile elde edilmiştir. Fakat motor performansı belirgin olarak düşmektedir. Performans ve tüm emisyonlar birlikte düşünüldüğünde, kam 57, %20 buhar oranı ve 1.1 bar aşırı doldurma basıncının olduğu koşullar optimum olarak bulunmuştur. Bu koşullarda, NOx, HC, CO, CO2 ve özgül yakıt sarfiyatı (ÖYS)'nın maksimum düşüş oranları sırasıyla, %46, %46, %74, %8 ve %15.3'tir. Bununla birlikte, maksimum moment artış oranı ise %22.5'tir. Sonuçlar, bu yöntemlerin birlikte, sabit devirlerde çalışan gemi dizel motorlarında ve güç tesislerinde uygulanmasının ekolojik ve ekonomik olarak çok faydalı olacağını göstermiştir.
Tersanelerde imalatı yapılacak gemi tipinin bulanık topsıs ve bulanık vıkor yöntemleri ile belirlenmesi
Gemi inşa sektöründe, tersanelerdeki yeni inşa talepleri birçok ulusal ve uluslararası faktörlere göre değişim göstermektedir. Bu faktörler başta ekonomik ve siyasal nedenler olmak üzere, stratejik ve sosyal birçok farklı nedene dayanmaktadır. Dünya genelinde yaşanan ekonomik krizler özellikle son yıllarda Türkiye'deki tersaneleri de etkilemiş, sipariş miktarlarının ve dolayısıyla üretim miktarlarının düşmesi tersanecilikte büyük tehlike yaratmaktadır. Bu kapsamda, tersanede üretilebilecek olan projenin seçilmesine karar vermek, doğru ve karlı bir yatırım yapmak adına oldukça önemlidir. Bu çalışmada, gemi inşa sektöründe görev alan üst düzey yöneticilerden oluşan karar vericilerle yapılan görüşmeler sonucu, seçim kriterlerinin belirlenmesi ve seçim kararının oluşturulması için bulanık mantık dahilinde TOPSIS ve VIKOR yöntemleri aracılığıyla Türkiye'deki bir tersanede üretimi gerçekleşecek olan gemi tipinin seçilmesi incelenmiştir. Bu amaçla, belirlenen karar vericilerle yapılan görüşmeler sonucu üretimi gerçekleşecek olan gemiler, teknik özelliklerine ve görev alma koşullarına göre gemi tipi olarak gruplandırılmıştır. Oluşturulan kriterler ve alternatif olarak ifade edilen gemi tipleri, belirlenen karar vericiler tarafından dilsel ifadeler yardımıyla ayrı ayrı değerlendirilmiş ve daha sonra bu değerlendirmeler üçgen bulanık sayılar kullanılarak TOPSIS ve VIKOR yöntemleri yardımıyla sayısal olarak analizi yapılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Bulanık mantık, çok amaçlı karar verme yöntemi, TOPSIS, VIKOR, gemi seçimi
Gemi inşaatında kullanılan 316L paslanmaz çeliklerin metal ark kaynağındaki duman emisyonlarının hesaplanması
Gemi imalatı geçmişten günümüze kadar gelen en eski üretim ve yöntemlerinden birisidir ve günümüz teknolojisi ile gelişimine devam etmektedir. Gemi inşaatı sektörü yolcu taşımacılığından, yük taşımacılığına, savunma sanayii gibi pek çok farklı alanda hizmet vermektedir. Gelişen ekonomiler ve buna bağlı mal ve hizmet talebindeki artış, gemicilik sektörünün de aynı oranda büyümesine neden olmaktadır. Bu sayede her geçen gün daha fazla ve daha büyük gemi ihtiyaçları doğmaktadır. Bu talep daha fazla üretim sağlarken, aynı zamanda da insan sağlığına ve çevreye daha büyük zararlar vermektedir. Tersanelerde imalat yöntemleri gereğince parçaların birleştirilmesi işleminde kaynak yöntemleri kullanılmaktadır. Bunun yanı sıra raspa ile yüzey hazırlama ve boyama süreçleri ana işlemler olarak tanımlanmaktadır. Kaynak, raspa ve boya süreçleri insan ve çevreye zararı olabilecek en önemli imalat süreçleri arasında yer almaktadır. Kaynak dumanının insan sağlığına olan olumsuz etkileri yapılan bilimsel çalışmalarla kanıtlanmıştır. Ancak kaynak dumanının oluşumu ve işçi maruziyetleri konusundaki çalışmalar çok kısıtlıdır. Bu nedenle kaynak dumanının oluşum hızının hesaplanması, hem dumana maruz kalan işçinin sağlığı hem de çevresel etkiler açısından önem arz etmektedir. Bu çalışmada gemi inşaatında genellikle ambarlarda kullanılan AISI 316L paslanmaz çeliklerde elektrot ark kaynağı esnasında oluşan duman oluşum hızı ölçülmesi amaçlanmaktadır. Bu amaçla özel olarak tasarlanmış ve imal edilmiş duman kabini içerisinde örtülü elektrot ark kaynağı yöntemiyle 70, 100 ve 125 amper'de 25, 35 ve 45cm/dk hızlarında 45 saniye süre ile kaynak dikişleri çekilerek filtre üzerinde tutulan partikül miktarları ölçülmüştür. Bu partikül miktarlarından da duman oluşum hızları hesaplanmıştır. Bu hesaplamalar özellikle ülkemizdeki kaynak dumanı işçi maruziyetleri üzerine yapılacak çalışmalar için bir başlangıç teşkil edecektir.
Askeri gemilerde yaşam döngüsünün operasyonel ve mali analizi
Gemiler asırlardır ulaşım, ticaret ve savunma için kullanılan araçlardandır. Bu nedenle de gemi inşa sektörü oldukça köklü birikim ve tecrübeye sahip bir sanayi koludur. Askeri gemiler de ülke savunmalarının vazgeçilmez ve en önemli silahlı unsurları arasındadır. Gemilerin ömürleri ortalama 30-40 yıl arasındadır. Oldukça fazla sayıda alt sistem ve ekipmana sahip olmalarından ve dünya taşımacılık ticaretinde ilk sıralarda yer almalarından ve çok fazla sayıda olmalarından ötürü ömürleri boyunca sayısız ve yüksek maliyetli bakım onarıma tabi tutulmaktadırlar. İlk yatırım maliyeti sonrasında 30-40 yıllık ömürleri boyunca kullanım ve idameleri için harcanacak meblağın ilk yatırım maliyetinin dahi üzerinde olması bu sürecin optimize edilmesi ve en maliyet etkin şekilde sürdürülmesi ihtiyacını da beraberinde getirmektedir. Gemilerin yaşam döngüsünün mali boyutunun yanında çevreye olan etkileri de oldukça önemli bir husustur. 30-40 yıllık ömürleri boyunca sayıca ve boyut olarak birçok endüstri kolundan daha fazla atık/hurda parça kaynağı olan gemilerin söz konusu parçalar nedeniyle çevreye ne denli zarar verebileceği de aşikârdır. Bu durumun bir nebze dahi önüne geçebilmek maksadıyla gemi kaynaklı atık/hurda malzemelerin geri dönüşümünün/yeniden kullanımının sağlanması çevre temizliğine dolayısıyla dünyaya kayda değer bir fayda sağlayacaktır. Bu çalışma kapsamında askeri gemilerin ömürleri boyunca ihtiyaç bakım, onarım ve idame ihtiyaçları operasyonel ve mali açıdan analiz edilmiş, kullanım ve idame sürecinde bakım onarım faaliyetleri sonucunda ortaya çıkacak hurda/atık malzemelerin mümkün olması durumunda geri dönüşümünün sağlanması suretiyle ilave gelir elde edilmesi ve gemilerin çevreye olan olumsuz etkilerinin azaltılması hususlarında tavsiyelerde bulunulmuştur.
Gemilerin Ana Tahrik Sistemi Seçiminde Maliyet Etkisinin İncelenmesi
Gemiler, temel fonksiyonlarını ve kabiliyetlerini ana tahrik ve sevk sistemi ile yaparlar. Tahrik ve sevk sistemlerinin belirlenmesi, tasarlanması bu sebeple büyük önem arz etmektedir. Tahrik unsurunun en önemli parçası ana makinedir. Ana makine, jeneratör, dişli grupları ve diğer yardımcı ekipmanlarla üretilen mekanik veya elektriksel güç, şafta bağlı ya da şafta bağlı olmaksızın pervanelere ve iticilere iletilerek kontrol mekanizması oluşturulur. Bu şekilde sevk sistemimizi oluşturmuş oluruz. Günümüzde yaygın olarak kullanılan birkaç tahrik ve sevk sistemi mevcuttur. Bir gemide bu sistemlerden hangisinin kullanılmasının uygun olacağının belirlenmesi için ciddi bir mühendislik çalışmasının yapılması gerekmektedir. Tahrik sistemleri, gemilerin ömür boyu maliyetleri içerisinde en büyük maliyet bölümünü oluşturduklarından dolayı, hangi tahrik sisteminin ne kadarlık bir maliyete sahip olacağının analiz edilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, genel olarak tahrik ve sistemlerinin özelliklerini ve maliyetleri araştırılmıştır. Ana tahrik sistemlerinin maliyet kıyaslaması yapılmıştır. Sonuç olarak gemilerin tahrik sisteminin seçiminde maliyet etkisinin göz ardı edilemez bir etkiye sahip olduğu, bunu yanısıra ise seçim kriterinde başka parametrelerin de olduğu görülmüştür
Gaz türbinlerinde yanma odalarının teorik incelenmesi ve nümerik olarak modellenmesi
Günümüzde gaz türbinlerinin, alternatiflerine nazaran yapısının daha basit olması, hafifliği, güvenilirliği, maliyetinin düşüklüğü, çok çeşitli yakıt kullanabilmesi ve temiz enerji kaynaklarıyla uyumlu çalışabilmesi gibi özelliklerinden dolayı gaz türbinleri, enerji üretiminde çok önemli bir konuma gelmiştir. Bununla birlikte gaz türbinleri yanma odası üzerine büyük bir ilgi oluşmuştur. Bunlar arasında yanma odasının yanma performansının arttırılması ve yanma ile oluşacak NOX, SOX, CO ve CO2 emisyonlarının azaltılma ihtiyacı büyük bir önem taşımaktadır. Bu nedenle bu tezde, boru tipli bir gaz türbini yanma odası için Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği esaslı modelleme tekniği kullanılarak 2 boyutlu yanma modeli oluşturulmuştur. Yanma modeli metan, etan ve propan yakıtlarının iki basamaklı yanma reaksiyonu ve girdap ayrışma modeli kullanılarak oluşturulmuştur. Türbülans modeli olarak standart k-ԑ modeli, radyasyon modeli olarak da P-1 Model'i kullanılmıştır. Bu çalışmada öncelikle 30 kW'lık ısıl güce sahip bir yakıcıda metan gazının farklı ekivalans oranlarındaki yanma işlemleri modellenmiştir. Bu modellerde sırasıyla 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 ve 1 ekivalans oranlarındaki yanma sonuçlarındaki sıcaklık dağılımları ve NOX oluşumları incelenmiştir. Sonra gaz türbinlerinin yanma odasında soğutma havası ve radyasyonla ısı transferi etkisinin sonuçları incelenmiştir. Ayrıca ısıl gücün yanma üzerindeki etkilerini incelemek için 50 kW'lık ısıl güce sahip bir yakıcı ile sonuçlar kıyaslanmıştır. Çok çeşitli yakıt yelpazesine sahip olan gaz türbinleri için metan, etan ve propan yakıtlarının yanmasıyla oluşan sıcaklık değerleri ve NOX emisyonları incelenmiştir. Gaz türbinlerinde NOX ve CO emisyonları için oluşturulmuş analitik yaklaşımlar üzerinde durularak birkaç yaklaşım ile sayısal simülasyonun sonuçları karşılaştırılmıştır.
Yolcu gemisi kaynaklı kanalizasyon atıklarının gemi formu ve sistemlerine bağlı olarak tahmini
Yolcu gemisi sektörü turizm açısından oldukça önemli olması sebebiyle bütün dünyada sürekli gelişen ve genişleyen bir ağa sahiptir. Bu gelişmeye paralel olarak sürekli artan yolcu gemisi kaynaklı atıklar denizlere ve dolayısıyla ekosisteme oldukça zarar vermeye başlamıştır. Yolcu gemisi kaynaklı olan atıklar; yolcu gemisi yaşam mahalli, mutfak, çamaşırhane vb. yerlerden atılan pis su, sintine suyu, katı atıklar ve zararlı atıklar olarak sınıflandırılabilir. Bu sorun neticesinde gemi kaynaklı atıkların, denize mümkün olduğunca az zarar vermesi ve verimli bir şekilde bertarafı için ulusal ve uluslararası düzenlemeler ve sözleşmeler oluşturulmuştur. Bu düzenlemeler ve sözleşmeler kapsamında atık yönetim sistemleri geliştirilmiştir. Oluşturulan sözleşmelerden en önemlisi Gemilerden Oluşan Deniz Kirliliğinin Önlenmesi için Uluslararası Konvansiyon (MARPOL 73/78)'dur. Bu yüksek lisans tez çalışmasında Birleşik Devletler Çevre Koruma Kuruluşu (EPA)'nun yolcu gemisi atıklarına ciddi sınırlandırmalar getiren ve gelişmiş atık sistemlerinin geliştirilmesine sebep olan çalışmaları ve yolcu gemisi kaynaklı pis su (kanalizasyon) atıklarının yapısı, arıtılma sistemi, arıtıldıktan sonraki atık konsantrasyonu ve denize dağılımı, denize dağılımında gemi formunun etkisi, EPA Yolcu Gemisi Boşaltımı Değerlendirme Raporu'nda belirtildiği gibi incelenmiştir. Ayrıca yolcu gemilerinde kullanılan atık arıtma sistemleri araştırılarak, arıtma sisteminden çıkan pis suların yapıları birbiriyle karşılaştırılmıştır. EPA tarafından atık su konsantrasyonları ölçülen bir geminin atık su konsantrasyonları baz alınarak, Akdeniz sularında çalışan 4 adet yolcu gemisinin atık su boşaltımlarının denizdeki seyrelme oranı EPA'nın seyreltme faktörü formülüyle hesaplanmıştır. Hesaplanan konsantrasyonların MARPOL Annex IV standartlarına uygunluğu irdelenmiştir. Yapılan boşaltımların karadan 12 mil açıkta yapıldığı kabul edilse de, atık suyun boşaltımdan önce mutlaka arıtma sistemlerinde arıtılması gerektiği görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Seyreltme Faktörü, Yolcu Gemisi Pis Su Arıtma Sistemleri, EPA
Gemilerde kullanılan soğutma sistemlerinin değişken çevre şartlarına göre performans analizi
Kyoto Protokolü, hidrokarbon yakıt ile çalışan enerji sistemlerinde karbon salımını azaltmayı öngörmektedir. Mevcut teknolojiler incelendiğinde, içten yanmalı motorlar, kazanlar gibi hidrokarbon esaslı yakıt tüketen sistemlerde karbon salımını doğrudan azaltacak bir yöntem hali hazırda bulunmamaktadır. Günümüzde, karbon salımını azaltmanın en etkin yolu, yakıt tüketen sistemlerde verimliliği artırıcı yöntemler geliştirmektir. Enerji tüketen kara tesisleri ve ulaştırma vasıtalarında olduğu gibi son yıllarda gemilerden kaynaklanan karbon salımının da azaltılması hedeflenmektedir. 1 Ocak 2013 tarihi itibariyle IMO'nun (International Maritime Organization – Uluslararası Denizcilik Örgütü) MARPOL (International Convention For The Prevention Of Marine Pollution From Ships - Gemilerden Kaynaklanan Kirliliğin Önlenmesi Uluslararası Sözleşmesi) EK VI MEPC-63 (Marine Environment Protection Committee – Deniz Çevresini Koruma Komitesi) düzenlemesine göre 400 GRT ve üstü tüm gemilerde düşük karbon salımı ve gemilerin verimli işletilmesi amacıyla Gemi Enerji Verimliliği Yönetim Planı'nın (SEEMP - Ship Energy Efficiency Management Plan) hazırlanması zorunludur. MARPOL EK VI MEPC.1/Circ.684 yönergesine göre de gemilerin verimli işletilmesinin izlenmesi amacıyla Gemi Enerji Verimliliği Operasyon Indeksi' nin (EEOI – Energy Efficiency Operation Index) hesaplanması zorunlu hale gelmiştir. Gemilerde enerji tüketen bileşenlerden bir tanesi de soğutma ve iklimlendirme sistemleridir. Mevcut gemilerde soğutma sistemleri ekstrem şartlara göre ve sabit devirde çalışacak şekilde tasarlanmaktadır. Bu sistemlerde kondanserde yoğuşma için soğutucu akışkan olarak deniz suyu kullanılmaktadır. Deniz suyu sıcaklığı arttıkça soğutucu akışkanın kondanser çıkışında yoğuşmayı temin edebilmek için kompresör çıkış basıncını arttırmak gerekmektedir. Bu durumda, kompresörün çektiği güç de artmaktadır. Deniz suyu sıcaklığı düştüğünde ise soğutucu akışkanın yoğuşmasını temin edecek kompresör çıkış basıncı da düşmektedir. Böylelikle kompresörün güç ihtiyacı azalmaktadır. Mevcut sistemlerde düşük deniz suyu sıcaklıklarında kompresör sabit devir ve sabit çıkış basıncında çalıştığından sistemdeki enerji tasarruf potansiyelinden faydalanılamamaktadır. Bu tez çalışmasında, gerçek bir gemiye ait soğutma sistemi verileri ele alınarak sabit soğutma yükünde, değişken buharlaşma ve değişken yoğunlaşma sıcaklıkları için 5 farklı soğutucu akışkan ile soğutma çevrim analizleri yapılmıştır. Bu kapsamda, değişken devirli kompresör kullanılması durumunda ortaya çıkabilecek enerji tasarruf potansiyelinin parasal karşılığı, bu tasarrufun değişken yakıt fiyatları için karşılığı ve değişken devirli soğutma sistemi için yapılacak yatırım maliyetinin geri ödeme süreleri ile tasarruf edilen yakıt sebebiyle atmosfere salınan emisyon miktarlarındaki azalma da hesaplanmıştır. Ayrıca, soğutma sisteminin farklı çevre şartlarına göre çalışması durumunda sistemdeki ekserji kayıpları hesaplanarak ekserji kaybına neden olan faktörler analiz edilmiştir.
Bir otto motorunda bölünmüş yanma odasının performansa etkisinin iki bölgeli yanma modeli ve had kullanılarak incelenmesi
İçten yanmalı motorlarda soğuk akışın ve yanmanın HAD ile modellenmesi için kullanılan birçok yazılım bulunmaktadır. Bu yazılımların güvenilirliği yapılmış çalışmalarla doğrulanmıştır. Deney öncesinde ön çalışma olarak yanma odası konseptleri iki bölgeli yanma modeli ve HAD kullanılarak test edilebilir. Bu bağlamda, tez çalışmasında tek silindirli buji ateşlemeli bir motor için bölünmüş ve normal yanma odasında deneyleri gerçekleştirilecek TÜBİTAK projesinin yanma analizleri iki bölgeli yanma modeli ve HAD kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İki bölgeli yanma modeli ile gerçekleştirilen analizler normal yanma odası içindir. HAD ile yapılan analizler ise bölünmüş ve normal yanma odasında kısmi ön karışımlı yanma için alev modeli kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Analizler farklı eşdeğerlik ve sıkıştırma oranlarında yapılmıştır. Yapılan analizler birbirleri ile kıyaslamalı olarak çözümlerde verilmiştir. Bu çözümler silindir içi ortalama basınç, sıcaklık ve kütle hesaplarının yanısıra; indike güç, indike özgül yakıt sarfiyatı ve indike termik verim hesaplarını kapsamaktadır. Bu hesaplar bölünmüş ve normal yanma odalarında motor performansının farklı durumlarda nasıl değiştiğini göstermektedir. Yapılan çalışma bölünmüş yanma odasında metan yakmanın yüksek sıkıştırma oranlarında avantajlı olabileceğini göstermiştir.
Gaz türbinli gemilerde ekserji ve termodinamik analiz
Bu tezde Brayton çevrimine göre çalışan LM 2500 gaz türbininin kompresör girişi, yanma odası girişi, türbin girişi ve egzoz sıcaklıkları kontrol paneli üzerinden değer gösterme sistemi DDI(Digital Display Indicator) vasıtasıyla tespit edilmiş ve bulunan değerler ile kompresör giriş ve çıkışındaki havanın ,yanma odası giriş ve çıkışında hava yakıt karışımının ve yanma odasına girişte yakıtın fiziksel ve kimyasal ekserji değerleri çeşitli kompresör değerlerine göre sayısal olarak hesaplanmıştır. Öncelikli olarak hal noktalarının ürettikleri ekserji değerleri hesaplanmış, daha sonra toplam ekserji üretimi bulunmuştur. Daha sonra hal noktalarının ekserji kayıpları sayısal olarak hesaplanmıştır. Daha sonra DDI sisteminden elde edilen değerler göre havayı mükemmel gaz olarak kabul ederek sistemin termodinamik analizi yapılmıştır. Sistemde yakıt olarak metan gazı kullanılmış ve hava yakıt oranı yüzde 2 olarak kabul edilmiştir. Yapılan analizler neticesinde birim zamanda akan akışkan miktarından bağımsız olarak kompresör işi, türbin işi, sisteme giren ısı , sistemden çıkan ısı ,çevrimin ısısal verimi ve geri iş oranları bulunmuştur. Anahtar Kelimeler :Gaz Türbini,Ekserji,Termodinamik Analiz,Entalpi,Entropi
Kısa mesafeli yoğun yolcu taşımaya yönelik deniz aracı konsept tasarımı ve işlevsellik yönünden değerlendirilmesi
İstanbul Boğazı'nda deniz taşımacılığının hem kullanılan deniz araçları yönünden hem de işletme mantığı açısından yeniden ele alınması gerekliliği bir gerçektir. Her ne kadar hem kamu hem de özel teşebbüsün arttırdığı yatırımlar kalite ve çeşitlilik çıtasını yukarı çekmiş olsa da alternatif ve etkin çözümlere ihtiyaç olduğunu söylemek yanlış olmaz. Bu bakış açısıyla hazırlanan tez çalışmamızın giriş bölümünde neden böyle bir tez çalışması yapılmasına gerek duyulduğu anlatılmış ve çalışmanın hedefi ortaya konulmuştur. İkinci bölümde mevcut deniz taşımacılığının bir değerlendirilmesi yapılmış; olumlu ve olumsuz yönleri, çalışmamıza rehber olması açısından ele alınmıştır. Daha sonraki bölümde gemi dizaynı ve aşamaları ele alınmıştır. Bu bölümde ayrıca ?konsept dizayn? kavramı da ana hatları ile ele alınmıştır. ?Alternatif Taşımacılık Sisteminin Özellikleri? başlığı altında tekne, iskele ve işletme anlamında alternatif sistemin özellikleri ana hatları ile anlatılmıştır. Uygulama bölümünde dizayn edilen ?alternatif konsept tekneler ve özellikleri?, karar vericilere değerlendirme yapabilmesini sağlayacak şekilde yer almıştır. Bu bölümde ayrıca teknelerin değerlendirme kriterleri belirlenmiş ve yapılan değerlendirme anketlerinin sonuçları verilmiştir. Çalışmamızın sonuç bölümünde teknelerle ilgili anket sonuçları ?Çok Kriterli Karar Verme Yöntemiyle? işlevsellik açısından değerlendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Alternatif, konsept, tekne, dizayn, yolcu gemisi, mevcut sistem, çok kriterli karar verme yöntemi.
Bir tersanenin üretim planlamasının hazırlanması
Tersaneler çok sayıda insanın bir arada çalıştığı, üretim yapan işletmelerdir. Tersanelerin ürünü gemidir. Bir geminin inşaatı esnasında birbiriyle bağlantılı birçok aşama bulunmaktadır. Bu aşamalar arasında uyumluluk olması geminin tamamlanması açısından önemlidir. Üretilen gemi miktarındaki artış nedeniyle tersanelerde üretimin planlanması gerekliliği doğmaktadır. Tersanelerdeki üretim tipi proje tipi üretim olmakla birlikte, planlama için Gantt şeması, PERT ve CPM gibi proje yönetim teknikleri kullanılmaktadır. Tersane yönetimi gemilerin eksiksiz ve zamanında teslimi için, hazırlanan tüm planların uygulamasını yönlendirmek, üretimi takip etmek ve herhangi bir aksaklık durumunda gerekli tedbirleri almak durumundadır. Bu tez bağlamında bu konu üzerinde durularak örnek bir platform destek gemisinin bir tersane için seçilerek kabuk halindeki üretim planlama aşamaları incelenmiştir. Geminin blok planından hareketle her bir faaliyet tanımlanarak, faaliyetlerin gerçekleşme zamanları ve dolayısıyla geminin tamamlanma süresi kritik yol metodundan hareketle tespit edilmiştir. Ayrıca geminin tamamlanma süresi Microsoft Project programı kullanılarak da gösterilmiştir.
Yalpa sönümleyici sistemlerin analizi
Yalpa hareketi gemilerin denizlerde yaptığı hareketler arasında en fazla önlem alınması gerekenidir. Yalpa hareketi yapan bir gemide karşılaşılan başlıca sorunlar; yüklerin hasar görmesi, yolcular için rahat bir seyahat ortamı sağlanamaması, gemideki personelin işlerini gerektiği gibi ve zamanında yapamaması, gemi rotasının dalgalara göre sürekli değiştirilmesi ve gemi mukavemeti açısından ortaya çıkan problemlerdir.Geminin bir başka hareketi olan baş - kıç vurma hareketi ile bir karşılaştırma yapıldığında ortaya çıkan momentler daha küçük olduğu için yalpa hareketinin kontrol altına alınması daha kolaydır. Bu kuvvetlerden yalpa hareketinin kısıtlanması ile geminin daha kısa sürede daha fazla yol alması sağlanır.Yalpa hareketinin genel karakteristiklerine ilişkin birçok çalışma yapılmış olup genel olarak istenilen yalpa açılarının küçültülmesi ve periyot sürelerinin uzatılmasıdır. Bu sistemlerden bazıları kağıt üstünde kalırken büyük kısmı başarı ile uygulanabilmiş ve geliştirilmiştir.Dizayn edilen bazı tasarımlar gemiye verebilecekleri ciddi hasarlar ve çözülememiş güvenlik sorunları nedeniyle kullanımda pek sık görülmez.Yalpa sönümleyici bir sistemle donatılması gereken bir gemide mevcut koşullar iyice araştırılmalı, kapsamlı bir değerlendirmeden sonra en uygun sisteme karar verilmelidir. Unutulmaması gereken yalpa sönümlemek için birçok başarılı sistem tasarlanmıştır. Ancak, her geminin ihtiyacı farklıdır. Kapsamlı bir çalışma yapılmadan tercih edilen yalpa sönümleme sistemi sonucunda, işe yaramayan ve boş yere hacim kaplayan bir grup teçhizat yığını ile baş başa kalınabilir.Bu tezde kullanılmakta olan başlıca yalpa sönümleme sistemleri ele alınacak ve seçim kriterleri hakkında bir fikir verilmeye çalışılacaktır. Tezde belirtilen noktalara dikkat edildiği sürece çalışma şartları belirli bir gemi için ne tür bir yalpa sönümleme sistemi seçilmesi gerektiği hakkında bir fikir elde edilebilir.Anahtar kelimeler: Yalpa hareketi, yalpa sönümleme sistemleri, yalpa sönümleme sistemi seçilmesi.