125
Arşivlenen Tez
0
DOI Atanmış
0%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
Gemi dizaynı ve inşa sürecinde karşılaşılan hataların tersine mühendislik verileri ile sınıflandırılması ve analizi
Gemi inşaat sektöründe gün geçtikçe derinleşen rekabet nedeniyle dünyanın dört bir tarafında bulunan birçok tersane üzerinde maliyet, zaman ve kalite baskısı oluşmaktadır; dolayısıyla tersaneler piyasaya ayak uydurabilmek adına verimliliklerini sürekli artırmak durumundadırlar. Gemi dizaynı ve inşaatı birçok değişkeni, etkiyi, aktörü, disiplini içinde bulunduran, seri üretimin tersine armatör/otorite isterleri kapsamında her bir projenin kendine has olduğu (yüksek özelleştirmeye sahip), aylar ile yıllar mertebesinde zaman alan girift bir süreçtir. Kompleks, özelleştirilmiş ve uzun zaman alan bu proje tipinde, Yalın Düşünce'nin temelini ortaya koyan Taiichi Ohno'nun tanımladığı yedi adet tipik israf (muda) çeşidinden en ön plana çıkanı Hatalar-Kusurlu Ürünler'dir. Hatalar nedeniyle yapılan iş tekrarları ve düzeltici faaliyetler nedeniyle büyük miktarda işçilik, malzeme ve zaman kayıpları yaşanmaktadır. Her ne kadar hatasız bir süreç elde edilmesi bir ideal, ulaşılması imkanı olmayan bir durum olsa da, sürekli iyileştirme/mükemmellik arayışı prensibi kapsamında hataların olabildiğince engellenmesi veya erken safhalarda tespit edilmesi yolundaki gösterilecek çaba ile tersane maliyet ve zamandan kayda değer kazançlar sağlayabilecektir. Tez kapsamında proje sırasında oluşabilecek muhtemel hataların değerlendirildiği Hata Türü ve Etkileri Analizi'nden esinlenilerek, somut/gerçekleşmiş hata verilerinin kullanıldığı Tersine Mühendislik Verileri ile Analiz Metodu adıyla yeni bir değerlendirme sistemi ortaya koyulmuştur. Bu metod ile proje sonunda veya proje sırasında yapılacak analizler ile sonraki projelerde veya projenin geri kalan kısmında önem arz eden/etkisi büyük olan hata gruplarının tayin edilmesi ve bu hataların engellenmesi veya azaltılması hedeflenmektedir. Bu metod ile halihazırda oluşmuş ve raporlanmış hatalara ait bir veritabanı oluşturulmakta, benzer hatalar gruplanmakta, belirlenen kriterlere göre her bir hata verisinin belirlenen kıstaslara göre değerlendirilmesi sonrası hatanın etkisini betimleyen Hata Önem Sayısı (HÖS) hesaplanmaktadır. HÖS'nin alacağı farklı değerlere göre değerlendirmesi aşağıdaki şekilde tanımlanmıştır: 1.grup hata: 25
Topoloji optimizasyonu yöntemi ile ağırlığı azaltılmış, yeni bir araç taşıyıcı yüksek konteyner kavramsal tasarımı
İnsanların yerleşik hayata geçmesi ile birlikte, ham madde ve gıda, yakacak ve çağına göre teknolojik aletlerin farklı topluluklara transferi başlamıştır. Teknolojinin gelişmesiyle karayolunda hayvanla ile taşınan mallar, deniz ve nehirlerde gemiler ile akabinde demiryolu ile ve ilerleyen zamanda havayolu ile taşınmaya başlanmıştır. Bu sayede tarih boyunca yük taşımacılığı medeniyetleri birbirlerine yaklaştırmıştır. Sanayi devrimi ile birlikte gelişen sanayi bölgelerine yakın bölgelerde gelişmiş limanlar oluşmuştur. Gelişen gemiler ve limanlar yüklerin daha hızlı, güvenli ve daha ucuz taşınmasını sağlamıştır. Günümüzde ithalat ve ihracat hacminin bu seviyeye gelmesi ile birlikte, taşımacılığın önemi artmıştır. İlk üreticiden son tüketiciye kadar bütün süreçleri kapsayan bütünleşik bir yapıya dönüşmüştür. Taşımacılık, hava yolu karayolu, demiryolu ve denizyolu olarak dört ana başlık altında toplanırsa, en büyük tonajdaki yüklerin bir seferde taşınması kolaylığı sebebiyle denizyolu taşımacılığı, uluslararası ticarette hala en büyük paya sahiptir. Yakın geçmişte yaşanan ekonomik dar boğazlar, gelişen teknolojiye rağmen, taşımacılığın diğer sektörlerde olduğu gibi ekonomi odaklı olmasını zorunlu kılmıştır. Maliyetlerin azaltılması ve karlılığın arttırılması hedeflenmiştir. Sefer sürelerinin azaltılması ve yük hacminin arttırılması için yeni tip gemiler, limanlama ve elleçleme sürelerinin kısaltılması için teçhizatların kapasitelerinin arttırılması gibi gelişmeler yaşanmıştır. Endüstriyel toplum kavramının gelişmesi ile birlikte, ülkeler kendi gelişmişliklerini ve refah seviyelerini sahip oldukları endüstrileşme oranı ile ifade etmişlerdir. Otomotiv endüstrisi de gelimiş bir toplumun yapı taşıdır. Bir toplumun endüsrtileşmiş olabilmesi için kendine ait bir otomotiv endüstrisinin olması gerekmektedir. Gelişmiş bir otomotiv endütrisi de beraberinde gelişmiş bir otomotiv taşımacılığını getirmiştir. Otomotiv endüstrisi, ülkemiz ölçeğinde değerlendirildiğinde, dünya otomotiv üretiminde önemli bir paya sahiptir. Türkiye' de farklı yabancı kaynaklı farklı marka lisansları altında üretim yapılmaktatır. Otomobil, kamyon, kamyonet, otobüs, minibüs, midibüs ve traktör üretimi yapılmaktadır. Üretim yapan tesislerin topma kapasitesi senede iki milyon araça yakındır. Üretilen araçların büyük bir kısmı ihracat odaklıdır. Sadece 2016 yılında 1.5 milyon araç üretilmiştir ve 1 milyon adedi ihraç edilmiştir. Dış Pazar odaklı çalışan sektör bu sebeple Türk ekonomisi isin lokomotif sektör tanımına uygun hale gelmiştir. Ancak son yıllarda artan rekabet ve yaşanan ekonomik krizler otomotiv endüstrisi ve paralelindeki bütün sektörleri maliyet azaltma yönünde davranmaya itmiştir. Maliyet azaltmanın en kolay yolu, harcanan zamanı azaltmak ya da kullanılan malzemeyi minimum seviyeye indirmektir. Başkla bir deyişle, verimliliği maksimum noktaya getirmektir. Bu noktada geliştirilen optimizasyon yötemleri devreye girmektedir. Bu tez kapsamında, minimum malzeme kullanılması amaç fonksiyonuna sahip topoloji optimizasyonu yöntemi kullanılmıştır. Topoloji optimizasyonu, tasarım sürecinin başında, optimum malzeme dağılımını sağlamak ve yük yollarının belirlenmesi amacıyla kullanılmaktadır. Optimizasyonda amaç, yer değiştirme, direngenlik, doğal frekans gibi kısıtları sağlayarak optimum tasarımın elde edilmesidir. Optimizasyon problemlerinin amacı amaç fonksiyonunu maksimize ya da minimize etmektir. Ürün fiyatını minimize etmek ya da direngenlik sonuçlarını maksimize etmek örnek olarak verilebilir. Türkiye' de Mayıs 2018 itibariyle Türk otomotiv üretim tesislerinde üretilen binek snıfı otomobiller incelenmiştir. İnceleme sonucunda görüldüğü üzere, üretilen araçlar B ve C segmenti sınıfında ve boyut ve ağırlıkları segment ölçüleri dâhilindedir. Hem Türkiye hem de küresel otomotiv lojistiği düşünüldüğünde, üretilen ve ihraç edilen binek otomobillerin PCC gemileri dışında, bir intermodal taşımacık yöntemi olan konteyner ile taşınması amaçlanmıştır. Konteyner ile denizyolu otomobil lojistiğine dair çalışmalar incelendiğinde, otomobil taşımacılığı amacıyla kullanılan konteynerlerin büyük bir bölümünün intermodal taşımacılığa uygun olmadığı görülmüştür. Kullanılan konteynerler boyut ve ağırlıkları gereği sadece demiryolu ya da karayolu taşımacılığna uygundur. Denizyolunda otomobil taşımak amacıyla geliştirilen konteynerler ise, genellikle 40 feet ve 20 feet genel yük konteynerlerine otomobil taşıyıcı askı aparatları yerleştirilmesi ile elde edilmişlerdir. Sonradan gelen taşıma ve askı aparatlarıyla boş bir kontynerin ağırlığı daha da artmaktadır. Bu sebeple, denizyolu otomotiv lojistiğinde hâlihazırda kullanılan araç taşıyıcı konteynerlerin kullanımı maliyetleri arttırmaktadır. Bütün bu sebeplerden ötürü, tez kapsamında Türkiye' de üretilen otomobil boyut ve ağırlıklarına uygun, ISO yük konteynerleri ölçülerinde ve bu sebeple intermodal taşımacılık için uygun 40 feet uzunluğunda, 4 adet otomobile kadar taşıma kapasiteli, yapısal açıdan Türk Loydu kurallarına göre tasarlanmış bir yüksek (high-cube) konteyneri kavramsal tasarımı yapılmıştır. Kavramsal tasarm öncesi, Türk Loydu Cilt D, Kısım 55, Yük Konteynerlerinin Yapımı, Onarımı ve Testlerine ait Esaslar başlıklı kural kitapçığında belirtilen esaslara göre yapısal açıdan belirtilen hedef değerler kısıt olarak kullanılarak topoloji optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Amaç olarak minimum kütle ise kısıtların sağlanması tanımlanmıştır. Tamamlannan kavramsal tasarım için sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. İlgili Türk Loydu kural kitapçığında belirtilen gerekli yapıal analizler yapılmıştır. Analiz sonuçlarına göre, bulunan yer değiştirme ve gerilme değerleri hedefler dâhilindedir. Kavramsal tasarım araç taşıyıcı yüksek konteynerin, denizyolu taşımacılığı ile dört adet otomobili emniyetli bir şekildetaşıması için uygun olduğu görülmektedir. Ayrıca tez sonunda yapılan kavramsal tasarım, sıradan bir genel yük konteynerine göre % 30 daha hafiftir.
Stifnerli gemi panellerinin elastik-plastik göçme analizi
The ultimate strength of stiffened ship panels is calculated by non-linear Finite Element Method (FEM), and collapse behavior of the panels is investigated in detail. An analytical formula, based on Principle of Minimum Potential Energy, is derived to evaluate the overall buckling strength of stiffened panels. Approximate methods from the literature to estimate the ultimate strength of panels are examined; one of them, namely Fujikubo and Yanagihara (FY) method, is modified for improving the accuracy of FY method. Finally but more importantly, a new method, based on Elastic Large Deflection Analysis, is developed to evaluate the ultimate strength of stiffened panels. The new method is compared with the other methods from the literature. The accuracy and efficiency of the present method is verified.
Sıkıştırmalı ateşlemeli motorlarda tasarım ve işletme koşullarına yönelik parametrelerin performans ve emisyona etkilerinin istatistiksel yöntemlerle incelenmesi
Doğalgazın ana yakıt olarak kullanıldığı sıkıştırmalı ateşlemeli motorların yanma sürecinde, performans ve emisyon oluşumuyla ilgili önemli problemler oluşabilmektedir. Sorunun temel nedenlerinden biri, piston geometrisi ve yanma sürecine ait parametrelerin etkileridir. Bu parametreler, hava ve doğalgazın karışım yüzdesini, homojen karışımın oluşmasını, yanmanın başlayacağı piston içi bölgeyi, tutuşma zamanı ve yanma hızı gibi önemli faktörleri belirler. Tasarım ve işletme koşullarına yönelik parametrelerin etkileri, deney ve sayısal akışkanlar dinamiği (computational fluid dynamics-CFD) temelli verilere ait gerçek modellerden istatistiksel yöntemlerle kurulan vekil modellerle açıklanabilmektedir. Bu yöntemlerin avantajları; daha fazla parametre kurulan az sayıdaki veriden yeterli sayıda tahmin bilgisi elde edilmesi, gerçek deney maliyetinin azaltılmasının ve CFD sayısal analiz için geçen bilgisayar süresinin kısaltılmasıdır. Bu çalışmada, metan yakıtlı sıkıştırmalı ateşlemeli motorlarda performans ve emisyon oluşumunu etkileyen piston geometrisi ve yanma süreci parametrelerinin etkileri incelenmiştir. Bu etkileri incelemek için, Deney Tasarımı metodu ile verimli örneklem noktalarından oluşturulan ait CFD verilerine, lineer regresyon ve Kriging istatistiksel yöntemleri kuruldu. Piston geometrisi ve yanma sürecine ait toplam 6 parametrenin; indike güç, özgül yakıt tüketimi ve emisyon oluşumlarına etkileri incelendi. Seçilen iki istatistiksel yöntemin modellerine ait hata oranları belirlenerek doğrululuğu test edilmiştir. Çalışma, üç önemli kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısım, gerçek veriler elde etmek için Deney Tasarımı yönteminin üç boyutlu CFD temelli yanma analizi ile birleştirilmesidir. Gerçek verilerin verimli örneklem noktalarından oluşması için sınırları belirlenen 6 adet motor tasarım ve işletme koşullarına yönelik parametrelere, Latin Hiperküp Örnekleme uygulandı. 35 adet örneklem noktaları, AVL Fire yanma analizi programında modellenerek CFD gerçek verileri elde edildi. İkinci aşama, gerçek CFD verilerine, Lineer Regresyon ve Kriging yöntemi uygulayarak vekil modellerin kurulmasıdır. Bu aşamada, kurulan istatistiksel modellerin doğrululuğunun test edilerek hata oranları belirlendi. Tahmin hata oranları karşılaştırıldığında, Kriging yönteminin daha az tahmin hatası verdiği belirlendi. Son aşama, daha az hata oranına sahip Kriging yöntemine ait sonuçlarının değerlendirilmesidir. Ayrıca Kriging yöntemi sonuçları yeni bir yaklaşımla değerlendirildi. Lineer Regresyon modelinin kurulma amacı, daha basit yapısıyla daha hızlı çözümler üretme avantajını test etmekti. Basit polinom fonksiyonu yapısı ile kurulumu daha kolay olan lineer regresyona ait hata oranları yüksek çıkmıştır. Bu çalışmada, düşük hata dağılımından ötürü motor tasarım ve işletme koşullarına yönelik parametrelerin etkilerini tahmin etmek için Kriging yöntemi seçilmiştir. Kriging modeli verilere göre şekillendiğinden temsil ve tahmin kabiliyetinin lineer regresyon modelinden çok daha güçlü olduğu ortaya çıkmıştır. Kriging modeli ise veriye göre şekil alan bir model olduğu için temsil ve tahmin yeteneğinin lineer regresyon modeline göre çok daha güçlü olduğu ortaya çıkmıştır. Kriging modellerinin hata oranlarının düşük olmasından dolayı, bu çalışmada Kriging yöntemi uygulandı. Elde edilen Kriging haritalarından parametrelerinin etkilerini tahmin edebilmek için yeni ve basit değerlendirme yöntemi geliştirildi. Elde edilen tahmin bilgilerinin literatürde benzer çalışmalarla uyumlu sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Bu çalışmanın en önemli özelliği, 6 boyutlu karmaşık bir yapıya sahip parametre uzayı Kriging yöntemi ile daha basit hale getirilerek genel bilgilere ulaşılmıştır. Ayrıca bu çalışmanın sonuçlarının, performansın ve emisyonun iyileştirilmesiyle ilgili metan yakıtlı sıkıştırmalı ateşlemeli motor çalışmalarına katkısı olacağı değerlendirilmektedir.
Kavitasyon yapan iki boyutlu hidrofoillerin FVM ve BEM ile incelenmesi
Bu tez kapsamında NACA0012'nin tabaka kavitasyonlu haldeki durumları Sonlu Hacim yöntemi ve panel yöntemi ile incelenip elde edilen sonuçlar kıyaslanmış ayrıca NACA0012 ve NACA2412 için de kavitasyonsuz haldeki durumlar, panel yöntemi ve Sonlu Hacim yöntemi ile incelenip deney sonuçları ile kıyaslanmıştır.
Effects of leading edge tubercles on wing sail performance
In this thesis study, effects of leading edge tubercles on 2013 America's Cup boat wing sail are investigated by using commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) code Star-CCM+. Adding tubercles on the leading edge of the sail is inspired by humpback whales, which are fast and maneuverable animals along baleen whales thanks to their distinctive flippers. Understanding the basic principles of sailing physics and difference between upwind and downwind sailing plays important role on designing a boat and its sails. Therefore, as a beginning, theoretical background of sailing physics is studied and explained in the chapter 2. Basic principles of lift generation and underlying flow phenomena are also tried to be explained in this chapter. There are numerous incorrect theories about lift generation which generates misconceptions about this nature phenomenon. Most widely accepted correct theory is lift generation by turning fluid which obtained by Kutta and Joukowski. Wing sail design and current state of the art bio-inspired wing design is explained in the chapter 3 of this thesis. It has been seen from the studies of whale flippers and bio-inspired wings that tubercles on the leading edge of the wings delay stall and provide better Lift/Drag ratio in high angle of attacks (AoA) compared to the plain wing with no undulations. Current theories about the physics of this phenomena are also explained in chapter 3. It has been observed from both in literature review and in this study that tubercles play similar role as vortex generators and exchange momentum in boundary layer which attaches flow to airfoil and creates better pressure distribution. Before the investigation of wing sails, validation study is carried out to determine optimum mesh values, numerical and mathematical models. Firstly, grid independence study is carried out and best mesh setting are determined for further analysis's. NACA 0012 airfoil wing performance is compared to experimental data performed in wind tunnel by Tezel et al (2017). Wing is tested at angles ranging from 10 to 32 degrees by using Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes Equation Solver (U-RANS) of Star CCM+. It has been seen that best results are achieved with implicit unsteady method by using Shear Stress Transport k-w (SST k-w) turbulence model. Same lift and drag behavior is observed between CFD and wind tunnel tests. Also NACA 0012 wing with leading edge tubercles analyzed and compared to wind tunnel tests. Both wind tunnel and CFD study show that modified wing is giving better overall performance than base NACA 0012 wing. Modified wing did not stall as base wing at AoA around 24 degrees and continued to provide lift in high angles of attacks. To conclude, similar results are archived between wind tunnel experiment CFD analysis after validation study. 2013 America's Cup boat wingsail geometry is developed according to the race rules to be able to measure effects of tubercles on its performance. Profile selection, element number and dimensions of sail are determined according to both literature review and rule book. After design of sail geometry, test matrix for CFD analysis is generated with totally six different tubercle dimensions. Sinusoidal tubercles are placed on leading edge with different wave lengths and amplitudes varying as a function of chord length. As a beginning, plain wing sail's lift coefficient, drag coefficient and lift to drag ratio is measured in CFD with different angle of attacks ranging from 140 to 320. It has been observed that stall angle is around 260. Therefore, modified wing sails with tubercles are tested in CFD at angle of attacks 230 and 300 to see performance change in pre-stall and post-stall regimes. Best results are achieved with largest wavelength and smallest amplitude tubercles in test matrix. Stall angle remained same with modified wingsail with tubercles while increasing lift/drag ratio after stall angles and having negligible negative effect in pre-stall regime. As a final step, this modified wingsail is compared with plain wingsail in all angles of attack between 140 to 320 with incremental step of 20. Tubercle geometry on the leading edge increased wing sail performance as expected after post-stall regimes by increasing lift/drag ratio compared to plain wingsail. In small angles of attack performance almost remained same between two wingsails. Final results, comments and future study suggestions are discussed in chapter five.
Bağımsız tanklara sahip bir geminin ısıl gerilme analizi
Bu çalışma kapsamında bağımsız tanklara sahip, örnek bir asfalt tankerinin ısıl gerilme analizi gerçekleştirilmiştir. Yüksek sıcaklıklarda taşınan asfalt gibi yüklerin veya LNG gibi çok düşük sıcaklıklarda taşınan yüklerin deniz yoluyla güvenli bir şekilde taşınması, geleneksel tanker tasarımlarıyla mümkün değildir. Gemi yapısının direk bir şekilde maruz kalabileceği yüksek veya düşük sıcaklıklar, yapıda ısıl gerilmelerin oluşmasına yol açacaktır. Gemi yapısında oluşan sıcaklık gradyanları, yüksek değişimler tecrübe ediyorsa, yapıda oluşan gerilmeler göz ardı edilemez. Diğer bir husus ise gemi inşaat çeliğinin mekanik özellikleridir. Örneğin, asfalt gibi yükler taşıyan tankerlerde, 200°C – 250°C arasındaki yük sıcaklığının gemi yapısına aktarılması, malzemenin mekanik özelliklerinde düşüşe sebep olacaktır. Aynı şekilde düşük sıcaklıklardaki yükler ise gemi inşaat çeliğinin daha gevrek bir hale gelmesine neden olur. Bu yüzden konvansiyonel tasarımlar yerine, bağımsız tanklara sahip gemiler tasarlanmıştır. Bağımsız tankların gemi mukavemetine katkılarının olmamalarıyla beraber, tanklar gemi gövdesinde düşük ısıl iletim katsayısına ve yüksek bası mukavemetine sahip destek takozları sayesinde taşınırlar. Ayrıca tank ile gemi arasında bulunan ortama geçen ısı miktarını en aza indirmek için, bu tankların yalıtımları iyi bir şekilde sağlanmalıdır. Bu tez kapsamında, bağımsız tank ile gemi gövdesi arasında gerçekleşen ısı transferi, DNV-GL kurallarına bağlı kalınarak gerçekleştirilmiştir. İlk olarak bağımsız tank tipleri ve maruz kaldıkları yükler anlatılmıştır. Sonrasında, gemi inşaatında en çok kullanılan yapısal eleman tipi olan levhalara ait lineer teori kullanılarak levhaların şekil değiştirme karakteristikleri incelenmiştir. Lineer teoriye bağlı kalınarak levha eğilmesi ve levha düzlem gerilmesi problemlerinin birbirlerini etkilemediği kabul edilmiş olup, ayrı ayrı incelenmişlerdir. Levhalardaki ısıl yüklere bağlı meydana gelen ısıl gerilmelere geçilmeden önce, katı bir ortamda gerçekleşen iletim yolu ile ısı transferi incelenip sonrasında da termoelastisite teorisinin çıkarımı ve buna bağlı olarak kuplaj teriminin ihmal edildiği lineer elastisite teorisinin kullanımı için gerekli olan kabul ve varsayımlardan bahsedilmiştir. Termoelastisite teorisi ile ilgili genel bir bilgilendirme yapıldıktan sonra, levhalar için ısıl gerilme problemi incelenmiştir. İncelenen problemde levha malzemesinin lineer elastik ve izotropik olduğu kabulü yapılmıştır. Bu varsayım doğrultusunda levhalarda oluşabilecek ısıl gerilmeler iki farklı şekilde oluşabileceği anlatılmıştır. Olası ısıl gerilme şekillerinden ilki levha kalınlığı boyunca oluşabilecek sıcaklık gradyanına bağlı oluşan ısıl momentin yarattığı gerilmelerdir. Levhanın yeterince ince olduğu kabulü yapıldığı takdirde, sıcaklığın kalınlık boyunca dağılımının lineer olduğu kabul edilebilir. Isıl gerilmelere yol açan ikinci mekanizma ise, levha düzlemi boyunca düzgün olmayan sıcaklık gradyanlarının oluşmasıdır. Bu sıcaklık dağılımının referans sıcaklığa göre farkına bağlı olarak, levha düzleminde uzamalar ve kısalmalar gerçekleşecektir. Şayet sıcaklığa bağlı yer değiştirmeler, uygulanan sınır koşulları vasıtasıyla kısıtlanırsa, düzlem içi kuvvetlerin oluşmasından dolayı orta düzlem gerilecektir. Ancak iki ısıl gerilme durumunda da ısıl yükler kayma gerilmelerine yol açmayacaktır. Tez kapsamında ısıl gerilme analizi, sonlu elemanlar yönteminin tatbiki yoluyla gerçekleştirilmiştir. Örnek geminin analizine geçilmeden önce ısıl ve mekanik yükler altındaki bir levhanın sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Genel formülasyon minimum enerji prensibinin, toplam enerji denklemine uygulanması sayesinde elde edilmiştir. Levha eleman için katılık matrisi ve kuvvet vektörleri hesaplanırken, enerji formülasyonunda elde edilen integral denklemler öncelikle fiziksel koordinatlardan doğal koordinatlara taşınılmış, sonrasında da elde edilen izoparametrik elemanlar için Gauss yöntemiyle numerik integrasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Numerik integrasyon işlem MATLAB ortamında yapılmıştır. Teorik altyapı ile bilgi verildikten sonra, örnek bir bağımsız tanklara sahip asfalt tankerinin analizleri gerçekleştirilmiştir. Tekne kirişinin ve gemiye etkiyen yüklerin, gemi boyuna eksenine göre simetrik olmasından dolayı gemi yapısının sadece iskele tarafının geometrik modeli hazırlanmış olup bu eksen üzerinde bulunan düğüm noktalarına analiz esnasında simetri sınır koşulu tanımlanmıştır. Benzer şekilde analizler esnasında sadece ısıl yüklerin etkidiği kabulüne dayanarak, gemi ortasında bulunan pompa odasının hem kıç hem de baş tarafında bulunan bağımsız tankların gemi bünyesinde benzer sıcaklık dağılımlarına neden olacağı kabulü ile model pompa odasının ortasından kıç tarafa doğru bir bağımsız tankı kapsayacak şekilde hazırlanmıştır. Pompa odasının orta kesitinde bulunan düğüm noktalarına ise simetri sınır koşulu uygulanmıştır. Gemi de gerçekleşen ısı geçişinin doğası nedeniyle, ağ örgüsü geometrik boyutlar göz önünde tutularak levha elemanlar yardımıyla oluşturulmuştur. Sıcaklık değişimlerinin boyutları ve şekil değiştirmelerin zamana bağlı etkileri göz önünde bulundurularak kuplajsız termal gerilme analiz modeli hazırlanmış olup sonuçları değerlendirme esnasında DNV-GL kurallarına bağlı kalınarak malzemenin akma değerleri sıcaklığa bağlı olarak seçilmiştir. Analizlere ilk olarak geminin sürekli rejim ısı transferi hesabı ile başlanmış, sonrasında da ısı transferi analizinden elde edilen düğüm noktalarındaki sıcaklık değerlerinin ön yük olarak uygulandığı yapısal analiz ile tamamlanmıştır. Analizler, destek takozlarında kullanılan iki farklı ara yüz malzemesi için tekrarlanmıştır. İlk ısıl gerilme analizde ara yüz malzemesi ULEPSI ticari adıyla bilinen çok katmanlı polimer malzeme kullanarak gerçekleştirilmiştir. Sonrasında ise ara yüz malzemesi gemi inşaat çeliği olarak modellenerek hesaplar tekrarlanmıştır. Analiz sonuçlarında, faklı ara yüz malzemelerinin kullanılması sonucu oluşan sıcaklık dağılımları, oluşan ısıl gerilmeler ve ısıl gerilmelerin sıcaklığa bağlı müsaade edilen gerilme değerlerinin ne kadarlık bir kısmını etkilediği irdelenmiştir. ULEPSI ve çelik ara yüz malzemeleri kullanılarak hazırlanan modeller irdelendiğinde ara yüz malzemesi seçiminin ısıl gerilmeleri azaltmada önemli rol oynadığı tespit edilmiştir. Ancak ısıl gerilmelerin daha da azaltılabilmesi adına, destek takozlarının yerleşiminin ön tasarım safhasında iteratif bir şekilde incelenmesi gerekmektedir.
Gemi pervanelerinde kavitasyon ve kavitasyon erozyonu modellemesi
Gemi pervanelerinde kavitasyon, pervanenin hidrodinamik özelliklerini, çalışma ömrünü, gürültüsünü ve gemi bünyesinde oluşan titreşimleri doğrudan etkileyen, pervane dizaynına kısıtlamalar getiren ve tam olarak anlaşılamayan karmaşık bir akışkanlar mekaniği olayıdır. Kavitasyon erozyonu ise gürültü, titreşim ve performans kaybı ile birlikte kavitasyonun en olumsuz etkilerinden birisidir. Kavitasyon ve kavitasyon erozyonu oldukça karmaşık problemlerdir ve ancak belirli yaklaşımlar yapılarak özel şartlar altında çözülebilirler. Kavitasyonun tüm fiziğini pervanedeki akış koşulları ile birlikte ortaya koyabilen bir kavitasyon modeli bulunmamaktadır. Ancak bir takım kabul ve basitleştirmeler ile pervanedeki kavitasyonlu akışın özellikleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ile kısmen elde edilebilmektedir. Kavitasyonlu bir akışı HAD ile doğru bir şekilde çözebilmek için türbülans, iki fazlı akış, sıvı fazdan buhar fazına geçişteki kütle transferi, üç boyutluluk, viskozite, kavitasyon kabarcıklarının dinamiği, patlaması ve kabarcıklar arasındaki etkileşim gibi özelliklerin hepsi aynı anda çözüme dahil edilmelidir. Günümüzde, hızla gelişen hesaplama teknolojisi vasıtasıyla yukarıda bahsedilen özellikler için çeşitli modeller kullanılarak gemi pervanelerinde kavitasyonlu akış çözülebilir hale gelmiştir. Bu tez çalışmasında, gemi pervanelerinde kavitasyon ve kavitasyonun belki de en olumsuz sonucu olan kavitasyon erozyonu HAD ile modellenerek, kavitasyon ve kavitasyon erozyonunun özellikleri hakkında daha fazla bilgi elde edilmesi hedeflenmiştir. Çalışmanın temel amacı kavitasyon ve kavitasyon erozyonunun sayısal modelinin geliştirilmesine ve dolayısıyla kavitasyon dinamiğinin anlaşılmasına katkıda bulunmaktır. Bu kapsamda, gerçekleştirilen HAD çalışması ile kavitasyon ve kavitasyon erozyonu sayısal olarak modellenmiş, gerçekleştirilen deneysel çalışma ile de farklı pervane malzemelerinin kavitasyon erozyonuna olan dirençlerinin incelenmesi konusunda bir adım atılmıştır. Çalışmadaki sayısal analizler, bir HAD yazılımı olan Star-CCM+ programında gerçekleştirilmiştir. Çalışmada öncelikle Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) modeli denenmiş ancak RANS yönteminin hidrofoil ve pervane kanatlarındaki ve etrafındaki kavitasyonu modellemede yetersiz kalması sebebi ile Detached Eddy Simulation (DES) kullanılmasına karar verilmiştir. Tezde gerçekleştirilen tüm HAD analizi çalışmalarında, türbülans DES SST (Menter) k-Omega model ile, iki fazlı akış VOF (Volume of Fluid) ile ve kavitasyon da basitleştirilmiş Rayleigh Plesset kabarcık denklemine dayanan Schnerr-Sauer kavitasyon modeli ile çözdürülmüştür. Kavitasyon erozyonunun modellenebilmesi için ilk önce kavitasyonun doğru bir şekilde modellenmesi gerektiğinden, çalışmaya literatürde kavitasyon tüneli deneyleri sonuçları bulunan PPTC pervanesindeki kavitasyonlu akış çalışmasının geçerlemesi ile başlanmıştır. Gerçekleştirilen HAD analizleri ile ilk üçü şaft açısının olmadığı, diğer üçü ise pervanenin 12o şaft açısı ile yerleştirildiği toplam altı farklı kavitasyonlu akış koşulunda pervanede ve pervanenin etrafında oluşan kavitasyon ve pervane karakteristikleri literatürden alınan deneysel sonuçlarla yakın olarak elde edilmiştir. Bu çalışmadan sonra PPTC pervanesinin analizlerinde oluşturulan HAD modelleri kullanılarak, literatürde kavitasyon tüneli deney sonuçları ve HAD sonuçları bulunan Delft hidrofoili ve NACA0015 hidrofoilinin çeşitli akış koşullarındaki HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. İncelenen iki farklı akış koşulunda, Delft hidrofoilinin yüzeyinde oluşan kavitasyonun hacmi ve kaldırma kuvveti katsayısı literatürden alınan sonuçlar ile kıyaslanarak çalışmanın geçerlemesi ve sağlaması yapılmıştır. Benzer bir şekilde, gerçekleştirilen HAD analizleri için NACA0015 hidrofoilinde oluşan kavitasyonun da literatürden alınan deneysel ve HAD analizi çalışmaları ile geçerlemesi yapılmıştır. Böylece, oluşturulan HAD modelinin pervaneler gibi hidrofoiller etrafındaki kavitasyonlu akışın modellenmesinde de geçerlemesi yapılmıştır. Kavitasyon modellemesinde oluşturulan modellerin geçerleme (validasyon) ve sağlama (verifikasyon) çalışmaları gerçekleştirildikten sonra sıra erozyon modellemesine gelmiştir. Bu aşamada, NACA0015 hidrofoilinde oluşması beklenen erozyon şiddeti literatürde yer alan IFM (Intensity Function Method) ve GLM (Gray Level Method) ile tahmin edilmiştir. IFM yüzeyde oluşan basıncın zamana göre değişimini, GLM ise yüzeyde oluşan kavitasyonun zamana göre değişimini temel almaktadır. Her iki yöntemden de doğru sonuçlar alınması kullanılacak erozyon şiddeti aralığına (minimum ve maksimum değerler) doğrudan bağlıdır. Bu aşamada tez çalışması kapsamında erozyon şiddetinin minimum ve maksimum değerlerinin belirlenmesinde yeni bir yöntem önerilmiştir. Bu yeni yönteme göre hidrofoil yüzeyindeki erozyon şiddetinin minimum değeri, oluşturulan ortalama erozyon şiddeti grafiğindeki minimum değer; maksimum değeri ise oluşturulan histogram grafiğindeki maksimum değer olarak alınmıştır. Bu teknikle belirlenen erozyon şiddeti eşik aralıkları (thresholds) ile elde edilen erozyon tahmini görselleri deney sonuçları ile kıyaslandığında, benzer oldukları görülmüştür. Literatürden elde edilen (IFM ile farklı erozyon şiddeti aralığı kullanılarak oluşturulmuş olan) görseller ile kıyaslandığında, bahsi geçen teknik ile belirlenen erozyon şiddeti aralığı kullanılarak bu tez çalışması kapsamında elde edilen IFM sonuçlarının deneysel çalışmadan elde edilen sonuçlar ile daha benzer olduğu belirlenmiştir. IFM yüzeyde oluşan basıncın, GLM ise yüzeyde oluşan kavitasyonun zamana göre değişimine bağlıdır. Bununla birlikte, kavitasyon erozyonu hem basıncın hem de kavitasyonun zamana göre değişimlerine bağlıdır. Dolayısıyla, her iki yöntemin de tek başına kavitasyon erozyonu şiddetini tahmin etmede eksik olduğu ve hem basıncın hem de kavitasyonun zamana göre değişimini içeren yeni bir yöntem ortaya konulabileceği düşünülmüştür. Bu kapsamda, tez çalışmasının bu aşamasında literatürde daha önce hidrofoiller ya da pervaneler için hiç kullanılmamış olan yeni bir yöntem kullanılarak hidrofoil ve pervanede oluşacak erozyon tahmin edilmiştir. Ortaya konulan EPM (Erosive Power Method) yani Erozyon Gücü Yöntemi, tez çalışmasının literatüre sunduğu özgün bir yöntemdir. Bu yöntemde kullanılan EPM denklemi, literatürde birkaç çalışmada görülmüş ancak uygulamasına rastlanmamıştır. EPM denklemi, IFM ve GLM denklemlerinin bir kombinasyonu olup, her iki yöntemin de özelliklerini yansıtmaktadır. Dolayısıyla yüzeydeki hem basınç değişimine hem de kavitasyona bağlıdır. EPM yöntemi ile elde edilen NACA0015 hidrofoili yüzeyinde oluşması beklenen kavitasyon erozyonu görselleri, literatürden elde edilen deney sonuçları ile kıyaslandığında, sonuçların IFM ve GLM yöntemlerine kıyasla daha benzer olduğu saptanmıştır. Tez çalışmasının 5. Bölümü'nde, önce yukarıda bahsedilen modeller kullanılarak KCD-193 model pervanesinin altı farklı kavitasyonlu akış koşulu için gerçekleştirilen pervane performans tahmini çalışmaları verilmiştir. Bu çalışmada, hız ve türbülans şiddeti değerlerinin doğrudan Star-CCM+ programında kabul edilmesi yerine, LDV ölçümlerinden elde edilen gerçek hız ve türbülans şiddeti değerleri verileri programa aktarılarak deneyler ile HAD analizleri arasında hız ve türbülans benzerliği arttırılmıştır. Bu durum, kavitasyon oluşumu ve pervane performans değerlerinin tahmininde deneysel sonuçlar ile daha benzer sonuçlar elde edilmesini sağlamıştır. Kavitasyonlu akış analizlerinin geçerlemesi yapıldıktan sonra, KCD-193 pervanesinin iki farklı akış koşulu için deneylerden elde edilen erozyon görselleri, yukarıda anlatılan EPM, IFM ve GLM ile elde edilen görseller ile kıyaslanmıştır. Bu tez çalışması kapsamında ilk defa kullanılan EPM ile elde edilen sonuçlar, kavitasyon erozyonu deneylerinden elde edilen sonuçlar ile kıyaslandığında, pervanede erozyona uğraması beklenen bölgenin tahmininin deney sonuçları ile benzer olduğu görülmüştür. 6. Bölüm, oluşturulan hava jeti deney düzeneği ile çeşitli numunelerin erozyon testleri çalışmalarının anlatılması ile başlamıştır. Deney düzeneğinde numune yüzeyine hava püskürtülmesi sonucunda, malzeme üzerinde yeteri kadar kavitasyon oluşmaması sebebiyle, numune yüzeyinde gözle görülecek mertebede erozyon oluşmamıştır. Bu nedenle, çalışmaya önce dişçilikte kullanılan ağız duşu cihazı kullanılarak oluşturulan basit su jeti test düzeneği kurularak devam edilmiştir. Bu düzenek ile de istenilen sonuçların elde edilememesi üzerine çalışmalara yüksek basınçlı su jeti ile malzeme üzerinde kavitasyon erozyonu oluşturulması tekniği ile devam edilmesi gerektiğine karar verilmiştir. Böylece, İTÜ GİDB Fakültesi Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı'nda ASTM'nin (American Society for Testing and Materials, Amerikan Test ve Malzeme Kurumu) prosedürlerine uygun şekilde oluşturulan yüksek basınçlı su jeti test düzeneği ile kavitasyon erozyonu deneyleri gerçekleştirilerek farklı pervane malzemelerinin kavitasyon erozyonuna olan dirençleri incelenmiştir. Kavitasyon erozyonu deneylerinin geçerleme çalışması, literatürden elde edilen veriler ışığında, Al-6063 malzemesinden elde edilen numuneler kullanılarak yapılmıştır. Çalışma kapsamında literatür ile benzer şekilde, nozul ucu ile numune arasındaki mesafe (Soff) arttığında erozyon hızının azaldığı, optik profilometre ile gerçekleştirilen yüzey analizlerinde ise numune yüzeyinde oluşan en derin çukurun yüksekliğinin (hmax) Soff ile ters orantılı olarak değiştiği sonucu elde edilmiştir. Deneysel çalışmanın temel kısmında, pervane imalatında yaygın olarak kullanılan Cu1 (Ni-Al-Br), Cu3 (Mn-Br) ve Cu4 (Mn-Al-Br) malzemeleri farklı kavitasyon sayılarındaki akış koşullarında ve farklı süreler boyunca test edilmiştir. Test edilen malzemelerin çekme gerilmesi, kopma mukavemeti, şekil değiştirme hızı, Brinell ve Rockwell sertlik ile yorulma dayanımı özellikleri göz önüne alındığında, kavitasyon erozyonu açısından en dayanıklı olanın Cu4 olması beklenmektedir. Ancak testler sonucunda, incelenen üç pervane malzemesinden kavitasyon erozyonuna en dayanıklı olanın Cu3, en az dayanıklı olanın ise Cu1 olduğu saptanmıştır. Testlerden elde edilen bir diğer sonuç ise düşük kavitasyon sayısındaki akış koşullarında, yani daha fazla kavitasyon oluşumunun beklendiği durumda, kavitasyon erozyonunun artmasıdır. Sonuç olarak bu Tez çalışması ile kavitasyon HAD ile modellenmiş, kavitasyon erozyonunun tahminine yönelik yeni bir yöntem ortaya konulmuş ve farklı malzemelerin kavitasyon erozyonuna dirençlerinin incelenmesi çalışmalarının gerçekleştirilebildiği bir yüksek basınçlı su jeti test düzeneği kurulmuştur. Kurulan test düzeneği ile üç farklı gemi pervane malzemesinin farklı kavitasyon sayısı ve farklı sürelerde kavitasyon erozyonu testleri gerçekleştirilerek, malzemelerin kavitasyon erozyonuna dirençleri belirlenen parametreler çerçevesinde incelenmiştir.
Gemilerin parametrik yalpa rezonansının 2.nesil stabilite kurallarına göre değerlendirilmesi
Gemilerin güvenli bir biçimde seyredebilmesi ve taşıdığı personel ile yükün güvenli bir şekilde istenilen yere sevkedebilmesi gereksinimi, gemi inşaatı mühendislerinin gemilerin tasarım aşamasından üretim aşamasına kadar uyması gereken kuralların ortaya çıkmasını sağlamıştır. Böylelikle uluslararası kuruluşlar tarafından gemilerin uyması gereken stabilite kuralları ortaya konulmuştur. Bu kurallar 1969 tarihinden itibaren IMO (International Maritime Organization) A.167 önergesiyle yürürlüğe konulmuştur. Gemi üzerine dışarıdan etkiyen kuvvetlerin de stabilite hesabına katılması amacıyla 1985 yılında A.562 önergesiyle hava kriteri yürürlüğe konulmuştur. 1993 yılında A.749 önergesiyle ilk kez bir araya getirilen bu kurallar, daha sonra MSC (Maritime Safety Committee) tarafından 2008 yılında IS Code (Intact Stability Code) - hasarsız stabilite kuralları olarak 24 metre ve üzeri gemilere uygulanacak şekilde kabul edilmiş ve 1 Temmuz 2010 tarihinden itibaren yürürlüğe konulmuştur. Ancak devam eden süreçte yaşanan kazalar, bu kuralların gemi stabilitesini değerlendirmek için yeterli olmadığı sonucuna varılmasını sağlamış ve ikinci nesil stabilite kurallarının oluşturulması gerektiği fark edilmiştir. Bu çalışmada IMO tarafından taslak çalışmaları yapılan ikinci nesil yeni nesil stabilite konularından bir tanesi olan parametrik yalpa rezonansı çalışmalarının, mevcut gemiler üzerindeki etkisinin görülebilmesi için bir tasarım ve analiz ortamı oluşturulmuştur. İleride bu parametrik yalpa rezonansı değerlendirmesi yapmak isteyen araştırmacı ve mühendislere yol gösteren bir rehber olabilmesi amacıyla, karşılaşılabilecek zorluklar ve soru işaretlerinin ortadan kaldırabilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, güncel taslak kurallar ışığında, parametrik yalpa rezonansı zafiyet kriteri seviyeleri 1 ve 2 detaylı bir şekilde incelenerek adım adım yapılması gerekenler anlatılmıştır. Bu çalışmanın ilk olarak, ikinci nesil stabilite kuralları ile getirilmesi planlanan parametrik yalpa rezonansı kriteri ve stabilite kurallarının tarihi gelişimi incelenmiştir. Sonrasında, parametrik yalpa rezonansının fiziksel olarak nasıl geliştiği ele alınmıştır. Üçüncü ve dördüncü bölümde parametrik yalpa rezonansı kriterleri ve bu kriterlerin sayısal olarak nasıl çözülebileceği üzerinde durulmuş ve son bölümde parametrik yalpa zafiyet seviyeler içerisinde bulunan kriterlerin çözümleri için uygulama yapılmıştır.
Determination of heave and pitch motions for Wigley III hull using program pdstrip and CFD approach
Ships are built in order to carry cargo, passenger, etc. upon the sea. A ship is expected to complete her mission suitably when encountering heavy weather and wave conditions. The general performance of ship and achievement of a ship design depends on having a good seakeeping performance. For this reason, estimation of ship motions is quite important in the design stage. Ship motions, which is vitally important for a safe and effective navigation of a ship, are predicted with different ways. In this dissertation, ship motions are investigated using computational methods and experimental data. Program PDStrip which is based on Strip Theory Method and publicy available and Star CCM+ as a CFD code, which is based on finite volume method, are used in order to compare experimental results. Results of the experiments, which were carried out at the Ship Hydromechanics Laboratory of the Delft University of Technology for Wigley model III are used for validation of both methods. The Program PDStrip, which is a open source software developed by H. Söding and V. Bertram based on potential approach can calculate ship motions and forces. To use Program PDStrip, firstly, input and geometry files are prepared in .txt format. Then Response Amplitude Operator (RAO) data are obtained for heave and pitch motions in output file in .txt format. The Star CCM+ is one of the popular commercial code and powerfull tool to simulate engineering problems based on viscous flow approach. In this study, geometry creation of ship model is done and discretized, boundary condition is determined, ship and wave properties are specified in this software and then ship motions are calculated and plotted. These responses have multiple peaks for time series of heave and pitch thus fast fourier transform is used to obtain corresponding response spectrum and only exact value of ship motion. For this purpose, Fast Fourier Transform analyzer is performed for every plots with a special software which is called FFT Properties. In this paper, the prediction the motion and seakeeping performance was presented at Fr= 0.2, 0.3 and 0.4 with a single wave condition. In the results of study, heave RAOs were calculated by PDStrip showed a better agreement compared to obtained by Star CCM+ as the Froude numbers increases. In other respect, Star CCM+ results had much more aligment with experimental data than PDStrip results for pitching motion with increasing Froude number and wave length / length of model. Furthermore, the maximum value of pitch RAOs were predicted with high level of accuracy via Star CCM+ in comparison with the experiments at three Froude numbers. Increase speed by higher Froude numbers causes heave and pitch peak values occured in further place of chart.
Isıl sistemlerin ileri eksergoekonomik performans analizi için ölçütler geliştirilmesi
Bu çalışmada ekserji ve ileri ekserji temelli analizler üzerine değerlendirme yapılmış, ileri ekserji temelli analizlerin uygulamaları çeşitli enerji dönüşüm sistemleri için gerçekleştirilmiştir. İleri ekserji ve eksergoekonomi analizlerinin değerlendirmediği durumlar ve cevaplandırmadığı sorular belirlenmiş, eksergoekonomik performans ölçütleriyle bu eksikliklerin giderilmesi için çalışmalar yapılmıştır. Üretilen ölçütler neticesinde, incelenen sistemler içerisindeki komponentlerin mali faydaları gözetilerek, sistemdeki ekserji yıkımı azaltma ve verimi artırma çalışmalarının ve sistemde komponentlerin iyileştirilmesi neticesinde maliyet tasarruf potansiyelleri ve tasarrufları ortaya çıkarılmıştır. Sistem geneli için tasarlanan ölçütlerin ise benzer sistemlerin karşılaştırılmasında, incelenen sistemlerin ekserji verimlerinin artırılması için gerekli olan yatırım ve yapılan yatırım karşılığında elde edilebilecek tasarruf veya zarar miktarları ortaya konmuştur. Geleneksel ve ileri ekserji, eksergoekonomi ve eksergoçevre analizleri ile sunulan ölçütler, gemi buhar ve Diesel sevk sistemlerine ve gemi Diesel sevk sisteminden türetilen atık ısı geri kazanımı sistemlerine uygulanarak, ölçütlerin uygulamasının nasıl yapılacağı, sonuçlarının nasıl değerlendirileceği gösterilmiş ve geleneksel ve ileri ekserji temelli analizlere göre sağladığı katkı uygulamalar üzerinden gösterilmiştir. Üçüncü bölümde ileri ekserji, eksergoekonomi ve eksergoçevresel analizlerin nasıl uygulanacağı ve sonuçlarının nasıl değerlendirileceği, geleneksel ekserji, eksergoekonomi ve eksergoçevresel analizlere göre sonuçlarının ne gibi üstünlükler sağladığı verilmiştir. Öncelikle, ileri ekserji ve ileri eksergoekonomi analizleri detaylı bir şekilde, pompa, kazan, türbin ve kondenser olmak üzere dört komponentten oluşan basit bir Rankine çevrimine uygulanmıştır. Uygulanan her adımın tek tek gösterildiği bu sistemde, analizlerin sonuçları değerlendirilmiş ve yorumlanmıştır. Daha sonra bir geminin ana makinesinin turboşarjer sonrası egzoz çıkışına eklenen bir turbojeneratör sistemine uygulaması verilmiştir. Egzoz gazının 160 C sıcaklığa kadar düşürülmesi kabulüyle, ardından ana makine yükünün dört farklı değerine ve sistemin dört farklı maksimum basıncına göre turbojeneratör sisteminin kabuller dahilinde üretilebilecek maksimum güç üretimi sağlanmış, öncelikle geleneksel ve ileri ekserji analizleri uygulanarak sonuçları değerlendirilmiştir. Daha sonra, turbojeneratör sisteminin katkısı ile ana makinenin özgül yakıt sarfiyatı ve özgül egzoz gazları miktarlarındaki azalmalar tespit edilmiştir. En iyi performansı sağlayan parametreler analizlerin sonuçları yardımıyla belirlenmiştir. Ardından aynı sistemin tam ana makine yükünde üç farklı basınç için eksergoekonomi ve ileri eksergoekonomi analizleri gerçekleştirilmiş ve sonuçları değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, eksergoekonomi ve ileri eksergoekonomi analizleri sonuçlarının vasıtasıyla en uygun çalışma şartları belirlenmiştir. Son olarak, gemi ana makinesinin tam yoldan başlayarak dört farklı konumda olması durumunda, turbojeneratöründe egzoz gazının kullanılmasının ardından kalan yüksek sıcaklıklı atık ısının aşırı kızdırılmış ve doymuş buharlı iki organik Rankine çevrimi ve bu iki çevrimde çalışması için seçilen dört farklı akışkanda geleneksel ve ileri ekserji analizi uygulanmış ve analiz sonucunda en iyi performansın, en düşük özgül yakıt tüketimi ve özgül egzoz emisyonlarının gerçekleştiği yük, sistem ve akışkan analiz sonucunda belirlenmiştir. Dolayısıyla, farklı sistemlerin karşılaştırılmasında ileri ekserji analizinin de nasıl uygulanacağı gösterilmiştir. Peşi sıra ileri eksergoekonomi analizi aynı sistemlere bu sefer tam yol yükte, bir akışkan daha eklenerek, geleneksel ve ileri ekserji ve eksergo ekonomi analizleri uygulanmış, incelenen her iki istemde en iyi performans gösteren akışkanlar belirlenmiş ve bu akışkanları içeren sistemler detaylı olarak karşılaştırılmışlardır ve sonuçta belirtilen analizlere göre en iyi sistem ve akışkan ikilisi belirlenmiştir. Ardından geleneksel ve ileri eksergoçevresel analiz daha önce belirlenen en iyi sistem ve akışkan ikililerine uygulanmış ve ekserji temelli analizlerin tamamlanması sağlanmıştır. Tüm analizlerin sonucunda karşılaştırmaya giren sistem ve akışkanların en iyisi belrilenmiştir. Dördüncü bölümde, geleneksel ve ileri ekserji temelli analizlerle eksergoekonomik performans ölçütlerinin uygulanacağı sistemler olan, çok büyük ham petrol taşıyıcı gemi için buhar sevk sistemi, Diesel sevk sistemi ve Diesel sistemin atık ısısından faydalanmak üzere, egzoz gazı ve süpürme havasından atık ısı geri kazanan sırasıyla on bir ve on beş farklı akışkanla oluşturulmuş konsept organik Rankine sistemleri tanıtılmış, yapılan çalışmalar derlenmiş, ve sistemlerle alakalı veriler tanımlanmış ve verilmiştir. Ardıl bölümlerde, bahsi geçen sistemlerin analizleri gerçekleştirilmiş sonuçları değerlendirilmiştir. Beşinci bölümde gemi buhar sevk tesisinin komponentleri üzerine geleneksel ve ileri ekserji temelli analizleri ile eksergoekonomik performans ölçütleriyle analizleri gerçekleştirilmiştir. Uygulama için yapılan kabuller, incelenecek komponentler ve denge denklemleri verilmiş, bunlara uygun olarak analizler yapılmıştır. Geleneksel ve ileri ekserji analizlerin sonuçları değerlendirilmiş ve buradan çıkan yorumlara göre komponentlerin iyileştirme öncelikleri sıralanmıştır. Geliştirilen eksergoekonomik performans ölçütlerinin uygulanması neticesinde çıkan sonuçların nasıl yorumlanacağı, bir mühendisin önceliklerine göre hangi parametrenin önem arz ettiği hakkında bilgiler verilmiş ve bu bilgiler ışığında değerlendirmeler yapılmıştır. Altıncı bölümde, çok büyük ham petrol taşıyıcı bir gemiye ait Diesel sevk sisteminin incelenmesi için seçilen kısımları ve komponentleri üzerine dğelerlendirmeler yapılmış, kabuller ve denge denklemleri verilmiş, geleneksel ve ileri ekserji temelli analizlerle birlikte yeni parametrelerle de incelemesi gerçekleştirilmiştir. Gemi buhar sevk sisteminde belirtilen yorumlama yöntemine göre sonuçlar değerlendirilmiş ve komponentlerde ekserji yıkımını iyileştirmek için yapılması gereken yatırımlar üzerine yorumlar yapılmıştır. Beş ve altıncı bölümlerde incelenen bir sistemin içindeki komponentlerin değerlendirmesi yapılırken, yedinci bölümde geleneksel ve ileri ekserji temelli analizlerle beraber eksergoekonomik performans ölçütlerinin benzer sistemlerin karşılaştırılmasında nasıl kullanılacağı üzerine yoğunlaşılmış ve konsept olarak kurulan organik Rankine sistemleri üzerinde uygulamalar yapılmıştır. Bu bölüm iki parçadan oluşmuştur. Birinci parçada, altıncı bölümde incelenen Diesel sevk tesisinin egzoz gazından atık ısı geri kazanımı konsepti üzerine on bir farklı akışkana sahip on bir sistemin genetik algoritma kullanılarak maksimum net güce optimize edilmesi neticesinde optimum çalışma şartlarına göre genel olarak analizleri gerçekleştirilmiş ve ölçütlerle değerlendirilmesi yapılmıştır. Yapılan analizlerin sonucunda her bir analizin sonuçlarının değerlendirilmek üzere önerdiği sistemler belirlenmiştir. İkinci parçada ise yine altıncı bölümdeki Diesel sevk sisteminin ana makinesi için gerekli olan süpürme havasının kompresörden çıkışında sahip olduğu yüksek sıcaklık ve basınçtaki halinden organik Rankine sistemine enerji geçişi ile atık ısı geri kazanımı sistemi kurulmuştur. On beş farklı akışkan için kurulan on beş farklı sistemin maksimum net güce göre genetik algoritma kullanılarak optimum çalışma şartları belirlenmiş ve belirlenen sistemlerin genel olarak analizleri gerçekleştirilip, ölçütlerle değerlendirmeleri yapılmıştır. Yapılan analizler neticesinde önerilen iş akışkanları ve bunlara bağlı sistemler belirlenmiştir. Son bölümde ise yapılan çalışmanın değerlendirmesi ile analiz souçlarının yorumlanması yapılmış, ileriye dönük daha ne gibi çalışmaların yapılabileceği sunulmuştur.
Matris deplasman yöntemiyle iki boyutlu gemi enine çerçevelerinin yapısal analizini yapan bir bilgisayar programı hazırlanması
Bu çalışmada gemi enine çerçevelerinin yapısal analizini yapabilecek bir bilgisayar programı geliştirilmesi amaçlanmıştır. Gemilerin ön dizaynında yapı hakkında fazla ayrıntı gerektirmeden çözüm yapabilen pratik analiz programlarına ihtiyaç duyulur. Gemi çerçeveleri değişken kesitli olabilmektedir. Bu yüzden programın değişken kesitli çerçeveleri de çözebilmesi istenmiştir. Kullanımının kolay olması, görsel arayüzünün olması, yazılan kodun sadeliğini ve okunabilirliğini arttırmak için nesne yönelimli programlama yaklaşımlarını uygulaması, gelişen teknolojiyle beraber artan bilgisayar kapasitelerini yüksek oranda ve verimli kullanabilmesi için modern uygulama programlama arayüzlerini kullanması hedeflenmiştir. Gemilerin ön dizaynında karşılaşılan çerçeve yapılarının yapısal analizinde Matris Deplasman Metodu en çok kullanılan yöntemlerden birisidir. Metot bir çeşit sonlu elemanlar metodudur. Direkt metotlar arasında yer alır. Bazı sonlu elemanlar yöntemlerindeki gibi şekil fonksiyonlarına ihtiyaç duymaz. Katılık matrisi direkt olarak kiriş teorisinden çıkartılır. Matris deplasman metodu kiriş elemanının bütün serbestlik dereceleri doğrultusundaki deplasmanlar sıfır iken her bir serbestlik derecesi doğrultusunda birim deplasman oluşturacak kuvvetleri elde ederek katılık matrisi oluşturur. Matris olarak ifade edilmiş eleman rijitlik ilişkileri daha sonra kod numaraları yöntemiyle çerçeve sistemini temsil eden tek müşterek matris haline getirilir. Aynı şekilde elemanlara etkiyen kuvvetlerden de müşterek bir kuvvet vektörü elde edilir. Elde edilen matris sistemi çözülerek deplasman vektörü elde edilir. Daha sonra bu deplasman vektörünün elemanları yine kod numaraları yöntemiyle elemanlara aktarılır ve eleman kuvvet dengesi yazılarak elemanın katılık matrisi deplasman vektörüyle çarpılıp endirekt yük vektörüyle toplanır. Bunun sonucunda müşterek eksenlerde ifade edilmiş eleman yük vektörü elde edilir. Elde edilen kuvvet vektörü transformasyon matrisiyle çarpılarak elemanın kendi eksenlerindeki kuvvet vektörü bulunur. Bu kuvvet vektörü elemanın mesnet tepkilerini içerir. Bu vektör elde edildikten sonra elemanın kesit tesir diyagramları bulunabilir. Bu çalışmada geliştirilmiş olan program hedeflendiği gibi değişken kesitli enine çerçevelerinin çözümünü yapabilmektedir. Değişken kesitli durumda iken elemanın uç momentleri Üç Moment Yönteminin en genel haliyle bulunur. Program kullanıcıdan eklenen kiriş parçalarının her birinin atalet ve kesit alanı dağılımlarını polinom şeklinde ister. Kullanıcı kirişlere yayılı yükleri ve tekil yükleri arayüzden ekler. Program yayılı yüklerin de polinom şeklinde ifade edilmesini bekler. Kullanıcı istediği çerçeveyi oluşturduktan sonra çözüm butonuna basar ve program sistemi çözer. Çıktı olarak eğilme momenti dağılımı, kesme kuvveti dağılımı, eksenel kuvvet dağılımı ve gerilme dağılımı verir. Program nümerik integral hesaplarında Simpson Yöntemini kullanır. Sabit kesitli çerçeve gibi basit durumlarda program, geliştirilen polinom sınıfı sayesinde analitik integraller alabilmekte ve nümerik çözüme gerek kalmadan hızlı bir şekilde hesap yapabilmektedir. Ayrıca program, paralel programlama yöntemlerini kullanarak çok çekirdekli bilgisayarlarda kısa sürede sonuç üretebilmektedir. Bu çalışmada geliştirilen program analitik çözüm ve muadili programlarla değişik çerçevelerde verdiği sonuçlar bakımından karşılaştırılmış ve sonuçların doğru olduğu anlaşılmıştır. Sonuç olarak hedeflenen program geliştirilmiş ve gemi çerçevelerinde kullanılabilecek pratik, kullanımı kolay ve kullanışlı bir analiz programı elde edilmiştir.
Gemi pervanesi performans karakteristiklerinin lineer olmayan kanat elemanı momentum teorisi ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemleriyle incelenmesi
Gemi pervanelerinin kavramsal tasarım aşamasından, detay tasarım ve üretim aşamasına kadar olan süreci oldukça uzun ve maliyetlidir ve çözülmesi zor mühendislik problemleri içermektedir. Özellikle detay tasarım aşamasında yapılan hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizlerinde harcanan süre ve model testlerinin maliyetleri göz önüne alındığında, bu süreci ve maliyetleri azaltabilmek için kavramsal tasarım aşamasında hızlı ve kabul edilebilir sonuçların alınabileceği mühendislik kodlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bunun için muhtelif düşük mertebe doğruluklu mühendislik kodları mevcuttur. Bunlardan birisi de kanat elemanı momentum teorisidir. Kanat elemanı momentum teorisi, kanat elemanı ve momentum teorisinin birleşiminden oluşmaktadır. Kanat elemanı teorisi, pervane kanadının radyal kesitlerininin kaldırma ve direnç katsayıları değerlerinden yararlanarak, pervanenin ilerleme oranı, itme ve tork katsayılarına bağlı açık su performans değerlerinin hesaplanmasını sağlamaktadır. Bu teoride her bir kesite etki eden itme ve güç katsayılarını hesaplayabilmek için indüklenmiş hücum açısı değerinin tespit edilmesi gerekmektedir. İndüklenmiş hücum açısı değeri ise momentum teorisi ile hesaplanır. Momentum teorisi, akım tüpü içerisindeki sonsuz sayıda kanatlı bir pervane olarak ele alınan pervane diski eksenindeki ve akım yönündeki, hız ve basınç değerlerininin, enerjinin ve eksenel momentumun korunumu ilkerlerine bağlı olarak hesaplanabilmesini sağlamaktadır. Bu teoriye göre akım, viskoz ve rotasyonel olmayan ve sıkıştırılamaz olarak kabul edilmektedir. Bu nedenle enerji kayıpları ihmal edilmektedir. Bu iki teorinin matematiksel modellenmesi sırasında ihmal edilen etkilerin eksikliklerini kapatmak amacıyla kanat elemanı teorisi ve momentum teorisinin birleştirilmesiyle kanat elemanı momentum teorisi ortaya atılmıştır. Lineer Kanat Elemanı Momentum Teorisi denkleminin kapalı hali McCormick tarafından sunulmuştur. McCormick, kanat boyunca bütün radyal kesitlerin küçük hücum açılarına sahip olduğunu kabul etmiştir. Ayrıca lokal indüklenmiş direncin itme kaysayısına etkisinin ihmal edilebilir olduğunu varsaymıştır. Bu yaklaşımlarla Kanat Elemanı Momentum Teorisinin kapalı formunu elde etmektedir. Ancak bu yaklaşımın özellikle yüksek ilerleme sayılarında hatalı sonuç verdiği bilinmektedir. Kanat elemanı momentum teorisinde pervanenin performans değerlerini hesaplayabilmek için kanat kesitlerinin kaldırma kuvveti (CL) ve direnç kuvveti (CD) katsayılarının tespit edilmesi gerekmektedir. Bunun için Python'da geliştirilen lineer olmayan kanat elemanı momentum teorisi programı, XFOIL programından, her bir kesitin hissettiği Reynolds sayısında bu değerleri çekmektedir. Bu sebeple bu tez çalışmasında ilk olarak XFOIL programının farklı başlangıç koşullarında verdiği sonuçları inceleyebilmek için NACA0012 kesiti geliştirilen kaynak-dipol yötemi programı, XFOIL ve hesaplamalı akışkanlar dinamaği ile çözülmüş ve sonuçlar deney sonuçları ile kıyaslanmıştır. Ardından lineer kanat elemanı momentum teorisindeki kabullerden ve ihmal edilen etkilerden kaynaklanan hatalardan kaçınmak için geliştirilen lineer-olmayan kanat elemanı momentum teorisi programı ile standart test pervanesi olan DTMB4119 pervanesinin açık su peformansı incelenmiştir ve Analitik Kanat Elamanı Momentum Teorisi, HAD ve açık su pervane deneyi sonuçları ile kıyaslanmıştır. Sonuçlara göre ortalama ilerleme sayılarında lineer olmayan kanat elemanı momentum teorisi sonuçlarının deney sonuçları ile uyumlu olduğu görülmüştür. DTMB4119 pervanesinin ardından, çalıklı DTMB4382 pervanesi, geliştirilen lineer olmayan kanat elemanı momemtum teorisi programı ile çözülmüş ve sonuçlar deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Kanat elemanı momentum teorisiyle çalıklık modellenemediğinden, çalıklığın pervane performansına etkisi incelenmiştir. Son olarak DTMB4119 pervanesi hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile çözülmüş ve açık su performans değerleri sonuçları deney sonuçları ile kıyaslanmıştır. İlerleme sayısı arttıkça kullanılan k-ε türbülans modelinin ve duvar fonksiyonunun viskoz etkileri hassas modelleyememesi sonucu hata oranının arttığı gözlemlenmiştir. k-ε türbülans modeli ve duvar fonksiyonu yerine k-ω SST türbülans modeli kullanılmasının daha doğru sonuç vereceği düşünülmektedir.
Multi-criteria optimization of high speed naval vessels: A pareto approach
In a ship design process, determining the main dimensions is one of the most fundamental work packages which seems quite underestimated when considered its continuous effects on the whole design. It could be a time-sink to turn the design cycle more than usual and specify these dimensions again and again because of encountered problems which might be predictable at first. In this study, a preliminary design process of a high speed naval combatant will be discussed to overcome mentioned situations by using Pareto Analysis. Pareto fronts can be obtained from at least two conflicting parameters which are relatively more important than the other parameters for the ship's purpose/mission and these parameters are completely depend on the designer's call. Once the Pareto front is obtained for this ship type, oncoming similar ship designs could take less time and be more accurate.
Numerical analysis of a hydrofoil in close proximity to free surface
In this study, the hydrodynamic and wave making characteristics of a submerged hydrofoil has been evaluated by numerical techniques. Experimental data available for different depths of submergence and flow velocities have been compared to the results obtained by a commercial RANS CFD code. The capabilities of the numerical approaches in terms of capturing the free surface deformation have been assessed. At high Froude numbers, the induced wave profiles have been observed to exhibit an unsteady nature by RANS numerical method. The uncertainty of the RANS package has also been analyzed for wave amplitude and wave resistance. RANS numerical technique has been validated in terms of the investigated hydrodynamic parameters. Hydrodynamic performance of the submerged hydrofoil variation of lift and drag with Froude number has also been assessed by RANS numerical technique.
Modelling of wedge water entry problem by SPH method
Due to its importance in many practical applications in ship hydrodynamics and ocean engineering, the water entry problem is a challenging problem due to the modeling of instantaneous high pressures that occur during a collision of any arbitrary body to the fluid medium. Specifically, understanding of the physical phenomenon that occurs during the motion of a ship body provides useful information for optimization for structural endurance and motion stability. Numerical techniques enable us to obtain significant outcomes based on their theoretical background which is used to define the physical problem mathematically. During its motion in severe service conditions, a ship body is exposed to extreme and sudden pressure changes on its external shell structure causing impact loadings. In this manner, wedge entry phenomenon that may cause damaging impacts is because of fluid-solid interaction and shall be regarded as extremely important since its investigation provides useful information for the structural design and predicting endurance of the hull geometry. Numerical methods to solve mathematical models for such phenomenons can provide quantitative outcomes for pressure distribution over the region where fluid-solid interaction occurs. As an engineering approach, the cross-section of a ship body in two-dimension is geometrically approximated as a wedge and pressure distribution along the edges is investigated for various collision scenarios. Developments in the computational technology have provided faster computations and accelerated the to obtain numerical results. In time, computational power has spread in science and technology as well as in computational implementations of Smoothed Particle Hydrodynamics. The aim of this thesis study is to model the problem of access to the element numerically by using the Lagrangian particle based sph method. In this scope, a two-dimensional SPH algorithm was developed and a triangular body was first modeled at a constant speed to the calm water surface. The pressure distributions on the surface of the triangular body are calculated at the given sensor points of the experimental/numerical measurements in the literature. Furthermore, additional treatments which are known as viscous penalty method and fluid-solid interaction are coupled with weakly compressible smoothed particle hydrodynamics method and obtained numerical results are correlated with reference studies.
Evaluation of design parameters by the implication of payload factor of naval combatant ships
This thesis is interested with the naval ships which wants to carry more payload as combat systems . Basic ship design is interested with relation between main specifications,characteristics and functionality of new design with similar purposed ships. Advanced ship preliminary design is based on performance parameters such as specific power,specific resistance,endurance efficiency and transport factor differently from basic ship design. Payload factor defines fraction of combat capability for different naval combatant types like frigates,destroyers at variable displacement and speed ranges.This provides creating a design space with functions of speed,displacement and payload. The aim of this project is making assumptions about maximum payload for combat ships at preliminary design stage in different speed and displacement ranges which have similar performance parameters.Payload factor is combined with Kennell's 'Transport Factor' approach.As a result of this combination,design space is created for different speeds and lengths with maximum payload according to her mission.
A practical simulink application to predict the response of ship equipment to double sinusoidal distributed shock loading
One of the most important subjects is the shock resistance of the equipment in terms of survivability of the naval vessels. It is necessary to provide resistance against the shock loads both in terms of equipment and hardware and both global and local structure. Although structural resistance is not the subject of this study, one of the most effective ways to ensure that the equipment operates without losing its functionality under shock load is to use vibration shock absorbers (VSA) between the ship structure and the equipment. Due to placement restrictions, selection of the VSA is important for the arrangement of the equipment in the design phase. Also, without an equipment's VSA selection it is not possible to finalize the design of the foundation structure. Although it is possible to carry out these studies with the finite element analysis method, such analyses and reporting take a lot of time. Analytical methods are preferred because of both tight project schedules and high licence fees. With this study for the previously determined shock load, it is aimed to achieve VSA selection capability for equipment whose mass information and design acceleration limits are known. In this context, in order to the given information, the M mass matrix, the C damping matrix and the K stiffness matrix of a system composed of one equipment and VSAs' is generated and realized the solving, by means of MATLAB and Simulink software in this study. Under the applied shock load, it is obtained the graphs of mass-time, acceleration-time, displacement-time and the accelerations that affected the equipment's centre of gravity. In this way, VSA selection can be made what for the accelerations are reduced to the required level from the manufacturer catalogues.
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.
Dizel motor hava akış sisteminin ortalama değer modeli ve EGR-VGT sistemlerinin model öngörülü kontrolü
Bu doktora tez çalışmasında egzoz gazı devridaim (Exhaust Gas Recirculation - EGR) ve değişken geometrili türbin (Variable Geometry Turbine - VGT) sistemlerini içeren türboşarjlı dizel motor hava akış sisteminin ortalama değer yöntemi (Mean Value Model - MVM) kullanılarak matematik modeli oluşturulmuştur ve bu model kullanılarak NOx emisyon miktarını ve yakıt sarfiyatını düşürmeyi amaçlayan bir model öngörülü denetleyici (Model Predictive Controller - MPC) tasarlanmıştır. Kullanılan dizel motor 12.7 litre hacminde, 6 silindirli, EGR ve VGT sistemlerine sahiptir. Yakıt akışı, EGR aktüatör sinyali ve VGT aktüatör sinyali model girişleri, yüklenen moment miktarı bozucu, motor devri, üretilen moment miktarı, hava manifoldundaki EGR gazı oranı ve silindirlerdeki oksijen-yakıt oranı ise model çıkışlarıdır. Hava manifoldundaki EGR gazı oranı ve silindirlerdeki oksijen-yakıt oranı değişkenleri geri besleme sinyalleri olarak kullanılmaktadır. Geri besleme sinyali olarak sıklıkla kullanılan hava-yakıt oranı yerine oksijen-yakıt oranının kullanılmasının nedeni EGR sistemi ile yanma odasına gönderilen egzoz gazının oksijen içermesi ve duman üretimi açısından oksijen miktarının hava miktarından daha önemli bir konumda olmasıdır. Geri besleme sinyali olarak yine sıklıkla kullanılan havanın kütle debisi (MAF) ve hava manifoldu mutlak basıncının (MAP) kullanılmamasının nedeni ise tasarımı yapılan denetleyicinin pompalama momentini azaltarak yakıt sarfiyatını azaltmayı amaçlaması ve hava manifoldundaki EGR gazı oranı ve silindirlerdeki oksijen-yakıt oranının pompalama momenti ile doğrudan bağlantısının bulunmasıdır. Bu çalışmada kullanılan matematik model, dizel motor hava akış sistemlerinin modellenmesinde kullanılan bir yöntem olan ortalama değer yöntemi (Mean Value Modelling - MVM) kullanılarak elde edilmiştir. Bu yöntem termodinamik bağıntıların ampirik ifadelerle birlikte kullanılmasını temel alır ve motor ve türboşarjer dönme dinamiği ile manifoldlardaki basınç ve kütle değişimlerini ifade eden birinci mertebe doğrusal olmayan diferansiyel denklemler içerir. Elde edilen matematik model Matlab Simulink ortamında kodlanarak sistemin benzetimi yapılmıştır. Sistemde atmosferden alınan taze hava kompresörden geçerek sıkıştırılır. Kompresör çıkışında hava ısı değiştiricisinden geçirilerek soğutulur. Daha sonra taze hava egzoz gazı devridaim (Exhaust Gas Recirculation - EGR) sisteminden gelen egzoz gazı ile birleştirilir ve elde edilen karışım hava manifoldundan geçirilerek silindirlere gönderilir. Silindirlerden çıkan egzoz gazının bir kısmı egzoz manifoldundan geçtikten sonra EGR sistemine alınır, EGR ısı değiştiricisinden geçirilerek yeniden taze hava ile karıştırılıp hava manifolduna gönderilir. Egzoz gazının kalan kısmı değişken geometrili türbinde (Variable Geometry Turbine - VGT) türboşarjere dönme hareketi verdikten sonra dış ortama atılır. Bu çalışmada motordan elde edilen moment, gros indike moment ile pompalama ve sürtünme momentlerinin farkı olarak ifade edilmektedir. Motor devri ise motor momenti ve yük momentine bağlı bir diferansiyel denklemle ifade edilmektedir. Manifold basınçları ve oksijen oranları kütlenin korunumu ve ideal gaz kanunlarının türetilmesiyle elde edilen diferansiyel denklemler kullanılarak modellenmiştir. Egzoz manifoldu sıcaklığı ideal gaz Seiliger çevrimi hesaplamaları kullanılarak elde edilmiştir. Türboşarjer devri ise Newton'un ikinci kanunu kullanılarak oluşturulan, türbin ve kompresör güçlerine bağlı bir diferansiyel denklem kullanılarak modellenmiştir. EGR aktüatör dinamiği için ikinci, VGT aktüatör dinamiği için birinci mertebeden doğrusal diferansiyel denklemler kullanılmıştır. Sistem durumları aşağıda verilmektedir: - Motor devri - Hava manifoldu basıncı - Egzoz manifoldu basıncı - Hava manifoldundaki oksijen oranı - Egzoz manifoldundaki oksijen oranı - Türboşarjer devri - EGR aktüatör durumları (iki adet) - VGT aktüatör durumu Tasarımı yapılan model öngörülü denetleyici NOx emisyon miktarını Euro 6 kriteri olan 0.4 gr/kWsa değerinin altında tutmaya, aynı zamanda motorun yakıt sarfiyatını da minimum değere indirmeye çalışmaktadır. Doğrusal olmayan çalışma bölgesi dokuz doğrusal alt bölgeye ayrılmış ve her bir bölge için ayrı bir MPC denetleyicisi tasarlanmıştır. Motor devri ve yakıt miktarına göre konumu belirlenen bir anahtar aracılığıyla hangi denetleyicinin çalışması gerektiği belirlenmektedir. Sistemi kumanda etmek için EGR açıklık oranı ve VGT açıklık oranı, geri besleme sinyalleri olarak ise hava manifoldundaki EGR gazı oranı ve silindirlerdeki oksijen-yakıt oranı kullanılmaktadır. Motor devri ve yakıt girişi değerleri bir anahtar fonksiyonu aracılığıyla çalışma noktasının hangi doğrusal bölgede olduğunu belirlemek için kullanılmakta ve bu sayede hangi alt bölgeye ait denetleyicinin kullanılacağına karar verilmektedir. Her alt bölge için ayrı birer doğrusal model oluşturulmuştur ve her alt bölge için farklı referans değerleri bulunmuştur. Doğrusal modelleri elde etmek için her alt bölgeye ait doğrusallaştırma noktaları belirlenmiş, daha sonra bu noktalar civarında sistem tanılama yöntemleri kullanılmıştır. Doğrusallaştırma noktalarının tespit edilmesi için her noktadaki yakıt girişi, motor devri, EGR ve VGT aktüatör sinyalleri değerlerinin belirlenmesi gerekmektedir. Seçilen noktaların hangi motor devri ve yakıt girişi değerlerinde olacağına karar verilirken fiziksel sistemin doğrusal olmayan çalışma bölgesi eşit aralıklarla bölünmüş, elde edilen bölgelerin orta noktalarının değerleri alınmıştır. Doğrusallaştırma noktalarındaki EGR ve VGT aktüatör girişleri değerlerinin ne olacağına karar verirken bu noktaların aynı zamanda denetleyici için referans noktası olarak kullanılacağı gözönüne alınmıştır çünkü bu değerler MPC denetleyicisinde kontrol sinyali olarak kullanılmaktadır. Bu durumda kontrol amaçlarını sağlayan noktaların bulunması için haritalar oluşturulmuştur. Uygun noktaların haritalardan seçilmesi sayesinde her bölge için çalışma noktasında EGR ve VGT aktüatör girişleri değerlerinin ne olacağı belirlenmiş olmaktadır. Doğrusallaştırma noktalarının belirlenmesinin ardından doğrusal durum-uzay modellerini elde etmek için sistem tanılama yöntemleri "Matlab System Identification Toolbox" kullanılarak uygulanmıştır. Yakıt miktarı ve motor devri sabit kabul edilerek doğrusal olmayan modelde EGR ve VGT aktüatör girişlerine +-%10 bant genişliğiyle PRBS (Pseudorandom binary sequence) sinyalleri uygulanmıştır. Elde edilen hava manifoldundaki EGR gazı oranı ve silindirlerdeki oksijen-yakıt oranı çıkış sinyalleri kullanılarak iki giriş iki çıkışlı doğrusal durum-uzay modelleri oluşturulmuştur. Elde edilen doğrusal modellerin geçerliliğini göstermek için doğrusal olmayan ve doğrusal modellerin aynı PRBS sinyaline verdiği cevapların birbirleriyle uyumlu olup olmadıklarına bakılmış, ayrıca çapraz korelasyon testi uygulanmış ve sonuçların kabul edilebilir olduğu görülmüştür. Doğrusal modellerin elde edilmesinden sonra "Matlab Model Predictive Toolbox" kullanılarak her bölge için ayrı bir MPC denetleyicisi tasarlanmıştır. Öngörü ufku, kontrol ufku ve ağırlık katsayıları denemeler sonucunda belirlenmiş ve kontrol sinyallerinde EGR aktüatur girişi için %0-%80 ve VGT aktüatör girişi için %20-%100 kısıtlamaları kullanılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde denetleyicinin çalıştırılması neticesinde dokuz çalışma bölgesinin yedisinde NOx emisyonlarının düşürüldüğü, ikisinde ise düşürülemediği ancak kontrolsüz sistemde üretilenden daha fazla NOx üretilmediği görülmüştür. Ayrıca dokuz çalışma bölgesinin altısında yakıt sarfiyatının düşürüldüğü görülmektedir. Sistem uygun bir süre içerisinde referans noktasına getirilmekte ve sürekli rejime girmektedir. Bu durum denetleyicinin yörünge izleme performansının güçlü olduğunun işaretidir. Sonuçlar MPC`nin klasik haritalandırma yaklaşımından üstünlüğünü gösteren geçici rejim cevabını düzeltebilme ve standart yaklaşımdan (PID) üstünlüğünü gösteren sistem değişkenlerinin birbirleriyle etkileşimini göz önüne alma özelliklerini taşıdığını göstermektedir. Ayrıca denetleyicinin aynı motor için tasarlanmış olan iki farklı denetleyici ile de performansının karşılaştırılması yapılmıştır ve MPC denetleyicisinin diğer denetleyicilerden daha iyi performans gösterdiği görülmüştür. Bu sebeplerden MPC yönteminin EGR ve VGT sistemlerine sahip dizel motorlarında hava akış sistemini kontrol etmek için iyi bir yöntem olduğu görülmektedir. Gelecek çalışmalarda iki kademeli EGR ve VGT sistemlerine sahip dizel motorlarda emisyonların düşürülmesi için MPC denetleyicisi tasarlanması, otomatik pilot ve dinamik konumlandırma sistemleri (Dynamic Positioning System - DPS) için yakıt girişini de kumanda edecek kontrol sistemleri oluşturulması ve birden fazla motoru birbirleriyle etkileşimli olarak beraber çalıştırabilmek için yakıt girişini kumanda etme çalışmaları yapılması planlanmaktadır.
Investigation of the turning performance of a surface combatant with urans
The prediction of ship-maneuvering performance have been challenging topics in ship hydrodynamics research due to its non-linear and highly complex nature. The turning maneuvering performance of a surface combatant is investigated with URANS method in this study. Numerical simulations of static PMM (Planar Motion Mechanism) tests are performed toward this goal by using a commercial RANSE solver software Star CCM+ in an unsteady manner. The fluid flow is considered as 3-dimensional, incompressible and fully turbulent. The free surface effect has been taken into account by including volume of fluid (VOF) method. Grid independence study is performed for 4 different grid quality. The effect of turbulence model is investigated by using two-equation models. The URANS and Eulerian approaches are investigated for several cases. The computational results, e.g., forces, moments, are used to determine the hydrodynamic derivatives according to Abkowitz's mathematical model. The acceleration and angular velocity derivatives are used as described in literature. The rudder terms are calculated from the results of "drift and rudder" simulations. The prefered ship model is DTMB 5512, which is a 1/46.6 scale of US Navy DDG51 frigate, with L=3.048 m and geosim of DTMB 5415. Numerical analyses are performed in a 19.507m x 14.630m x 6.401m virtual towing tank for fixed condition. Hull is identified as a non-slip wall in order to dictate kinematic boundary condition. Front, top and bottom faces of the computational domain are defined as velocity inlets. Side faces are assigned as symmetry-planes and the back face is defined as pressure outlet. VOF wave is defined at draft of the ship as calm water. Computational results are compared with the available experimental data. Turbulent kinetic energy and vorticity magnitude are observed on the plane sections normal to the x-direction for several cases. The results for two-equation turbulence models are examined and the suitable turbulence model for the presented study is selected. Wave profiles along the hull are plotted and compared with the EFD validation data. The viscous and inviscid flow results are compared with each other for several cases. Hydrodynamic derivatives are compared with the EFD results and empirical formulas and then are used as inputs to DYNEQNOMS (Dynamic Equations of Motion Solver), which is a custom developed computer program within the scope of this study to simulate ship turning maneuver. The turning maneuver performance parameters are compared with the literature.
Gemi kıçındaki akım ayrılmasının girdap yapıcılar aracılığıyla kontrolü
Akım ayrılması hadisesi, ters basınç gradyanı neticesinde sınır tabakanın duvar yüzeyinden ayrılması sonucu oluşmaktadır. Bu hadise, dolgun formlu tankerler gibi deniz araçlarında görülebilmektedir. Deniz araçlarında oluşan akım ayrılmaları gemilerde direnç artışı ve gemilerin sevk verimini düşürmesi gibi olumsuz etkilere neden olmaktadır. Günümüzde, hidrodinamik ve aerodinamik açıdan pek çok kara, hava ve deniz araçlarının akım ayrılmalarının yerleri tespit edilebilmektedir. Tespit edilen akım ayrılmaların engellenerek ya da geciktirilerek kontrol edilmesi mühendislerin oldukça ilgisini çekmektedir. Aerodinamik açıdan müspet etkileri görülen girdap yapıcılar duvardaki sınır tabaka içine girdaplar ile sınır tabakanın enerji düzeyini arttırarak akım ayrılmalarının kontrolünü sağlamaktadır. Kara ve hava araçlarının aerodinamik dizaynında önemli bir yer tutan girdap yapıcılar, hidrodinamik açıdan da potansiyeli öngörülmüştür. Bu konuda inceleme yapmak üzere güçlü akım ayrılmalarına sahip dolgun formlu bir tankerin akım ayrılmalarının girdap yapıcılar aracılığıyla kontrolü çalışmaları yapılmıştır. Bölüm 1'de girdap yapıcılar hakkında literatürde yapılan çalışmalar özetlenmiş olup girdap yapıcıların tipleri ve parametreleri hakkında bilgi verilmiştir. Yapılan çalışmalar Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ile gerçekleştirilmiştir. Bölüm 2'de HAD yöntemleri ve HAD yöntemlerinde kullanılan yönetici denklemler hakkında bilgi verilmiştir. Aynı zamanda bu kısımda; sıkıştırılamaz Reynolds Ortalaması Alınmış Navier Stokes (RANS) temelli SST k-ω türbülans modeli ve daimi akış için basınç hız bağıntısı veren SIMPLE algoritması hakkında detaylı bilgi yer almaktadır. HAD çalışmalarının sağlıklı olarak yürütülebilmesi için kullanılan teknik ve yöntemlerin deneysel verilerle geçerlenmesine ihtiyaç vardır. Bölüm 3'te HAD teknik ve yöntemlerin geçerlemeleri yer almaktadır. Geçerleme çalışmaları MOERI (Maritime and Ocean Engineering Research Institute) tarafından geliştirilen U kıç formlu KVLCC2 (KRISO - Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering - Very Large Crude Carrier) gemisi kullanılarak yapılmıştır. KVLCC2 gemisinin geçerleme çalışmaları, çift model yaklaşımıyla sonsuz derinlik kabulü yapılarak gerçekleştirilmiştir. Literatür araştırması sonucu elde edilen deneysel veriler ile yapılan HAD çalışmalarından elde edilen veriler karşılaştırılarak geçerleme işlemleri tamamlanmıştır. Çalışmaların daha az maliyetli olarak sürdürülebilmesi için modelin kesilmesi yöntemi uygulanmıştır. Bölüm 3'te ayrıntılı bir şekilde açıklanan bu yöntem KVLCC2 gemisine uygulanmıştır. Kesilmiş modelin HAD analizi yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar kesilmemiş modelin direnç bileşen değerleri, akım hatları ve belirli istasyonlardan alınan hız, basınç, türbülans kinetik enerjisi ve spesifik disipasyon oranı konturları kesilmiş modelinkileri ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırması yapılan sonuçlarda yüksek oranda benzerlik görülerek modelin kesilmesi yönteminin geçerlemesi yapılmıştır. Bölüm 4'te girdap yapıcıların şiddetli akım ayrılmalarına sahip bir tankerin kıçına uygulanarak akım ayrılmalarının kontrolü çalışmaları yer almaktadır. Girdap yapıcıların tankerin kıçına uygulaması çalışmalarından önce çalışılan tanker için yapılan HAD çalışmalarının ağdan bağımsızlığı yapılmıştır. Ağdan bağımsızlık çalışmaları sonucu elde edilen ideal çözüm ağı için modelin kesilmesi yöntemi uygulanmıştır. Bu yöntem ideal tanker çözüm ağına uygulanarak yöntemin geçerlemesi tanker modeli için tekrar yapılmıştır. Tanker için modelin kesilmesi yönteminde elde edilen giriş profili bundan sonraki bütün çalışmaların giriş koşulu olarak yer almaktadır. Kesilmiş model çözüm ağı sıklaştırılıp tekrar çözülmüştür. Bu çözümden, tankerin akım ayrılmalarının yerleri tespit edilmiştir. Tankerin kıçına uygulanan girdap yapıcıların akım ayrılmalarına etkilerinin yanı sıra tankerin direnç bileşenlerine etkileri de dikkate alınmaktadır. Bu iki husus dikkate alınarak en verimli girdap yapıcı konfigürasyonunun tespiti için parametrik çalışma yapılmıştır. Bölüm 4.3'te girdap yapıcıların değişken dört tane parametre ile sistematik bir biçimde tanker kıçına uygulanarak akım ayrılmalarına ve direnç bileşenlere etkileri araştırılmaktadır. Bu parametreler; girdap yapıcılar arası mesafeler, girdap yapıcıların hücum açıları, girdap yapıcıların profil yükseklikleri ve girdap yapıcıların girdaplarının dönüş yönleridir. Bu çalışmada, girdap yapıcılar arası mesafeler S, girdap yapıcıların boyları L'ye bölünerek S/L olarak boyutsuzlaştırılarak ifade edilmektedir. Girdap yapıcıların hücum açıları ise α olarak ifade edilmektedir. Profil yüksekliklerine göre girdap yapıcılar; konvansiyonel ve düşük profil girdap yapıcılar olarak isimlendirilmektedir. Girdap yapıcılar ürettikleri girdaplara göre eş dönüşlü ve karşıt dönüşlü girdap yapıcılar olarak bu çalışmada yer almaktadır. Değişken dört parametrelerin üzerinden uygulanan girdap yapıcı vakaları belirlenmiş bir kural doğrultusunda kodlanmaktadır. Kodlama kuralına göre bütün vakaların ismi GY ile başlamakta olup ilk iki rakam girdap yapıcıların birbirlerine olan S/L mesafelerini, üçüncü ve dördüncü rakam α'yı temsil eder. Beşinci karakter konvansiyonel girdap yapıcı vakalarında K, düşük profil girdap yapıcı vakalarında D olarak yer almaktadır. Son karakter eş dönüşlü girdap yapıcı vakalarında E, karşıt dönüşlü girdap yapıcı vakalarında K olarak yer almaktadır. Çıplak gemi M1 olarak isimlendirilmektedir. Bu konuda daha ayrıntılı bilgiler ve örneklendirmeler Bölüm 4.4'te yer almaktadır. Bölüm 4.4.1'de ilk parametre olarak girdap yapıcıların S/L parametresi incelenmektedir. S/L parametresi incelenen girdap yapıcılar konvansiyonel, eş dönüşlü ve hücum açıları α = 160'dir. İlk parametre için gemi kıçına uygulanan girdap yapıcı vakalarında S/L = 2.5 konfigürasyonuna sahip GY2516KE'den en verimli sonuç alınmıştır. GY2516KE vakası M1 vakası ile kıyaslandığında GY2516KE vakasında akım ayrılmaların büyük ölçüde engellendiği görülmektedir. GY2516KE vakasındaki girdap yapıcılar tankerin direnç bileşenlerini %4.6 oranında düşürdüğü görülmektedir. GY3516KE ve GY1016KE ise en başarısız sonuçların alındığı vakalardır. Konvansiyonel, eş dönüşlü ve 160 hücum açılı vakalarda GY3516KE vakası hariç bütün vakalar akım ayrılmalarının kontrolü açısından başarılı sonuç verirken, GY1016KE vakasının direnç bileşen değerleri açısından başarısız sonuç vermesinin sebepleri araştırılmıştır. GY1016KE vakasının tanker yüzeyindeki basınç katsayısı konturları ve belirli istasyonlardan alınan girdaplılık konturlarına göre bu vakada yer alan girdap yapıcıların ürettikleri girdapların tankerin ayna kıçına kadar ulaşarak tanker direnç bileşen değerlerini olumsuz etkiledikleri görülmüştür. Bölüm 4.4.2'de ikinci parametre olarak α incelenmektedir. Bölüm 4.3.1'de incelenen 160 hücum açılı S/L mesafelerinden 2.5, 2.0 ve 1.5 olanlarının 100 ve 230 hücum açılı olarak uygulamalarının analizi yapılmıştır. Direnç bileşen değerleri açısından, incelenen S/L mesafelerinin α = 100 ve α = 230 hücum açılı vakalardan hiçbirisi aynı S/L mesafelerinin α = 160 hücum açılı vakalarından daha başarılı sonuç vermemiştir. Bunun nedeni olarak α = 230'li ve α = 100'li vakaların girdapların tankerin ayna kıçına daha şiddetli ulaşması olarak ortaya konmuştur. Bölüm 4.4.3'te üçüncü parametre olarak girdap yapıcıların profil yükseklikleri incelenmektedir. Düşük profil girdap yapıcı vakalarında önceki bölümlerde verimli olarak ortaya konan 160 hücum açılı ve 2.5, 2.0, 1.5 ve 1.0 S/L mesafelerinin uygulamaları yer almaktadır. Akım ayrılmalarının kontrolü açısından ve tanker direnç değerlerini düşürmesi açısından S/L = 1.0 mesafeli GY1016DE vakası en başarılı düşük profil girdap yapıcı vakası olarak belirlenmiştir. GY1016DE vakasındaki girdap yapıcılar tanker direnç bileşenlerini %4.21 oranında düşürdüğü görülmektedir. Diğer S/L mesafelerinden ek olarak S/L = 1.0 düşük profil girdap yapıcıların 100 hücum açılı uygulaması yapılmıştır. Konvansiyonel girdap yapıcı vakalarında olduğu gibi S/L = 1 mesafeli 160 hücum açılı düşük profil girdap yapıcı uygulaması 100 hücum açılı uygulamaya göre daha başarılı sonuç verdiği görülmüştür. Genel olarak tanker kıçına uygulanan düşük profil girdap yapıcılar akım ayrılmaların kontrolü açısından konvansiyonel girdap yapıcılara göre daha başarısız sonuçlar vermesine rağmen direnç bileşen değerlerini kayda değer oranda düşürdükleri görülmektedir. Bunun nedeni, düşük profil girdap yapıcıların ürettikleri girdapların tankerin ayna kıçına ulaşana kadar zayıflayarak ayna kıç akımını daha konvansiyonel girdap yapıcılara göre daha düşük oranda etkilemeleri olarak görülmüştür. Bölüm 4.4.4'te girdap yapıcıların girdap dönüş yönü parametresi incelenmiştir. En verimli eş dönüşlü girdap yapıcı parametreleri karşıt dönüşlü girdap yapıcı konfigürasyonuna uygulanmıştır. S/L = 2.5 mesafelerinin α = 100 ve 160 hücum açılı konvansiyonel girdap yapıcıların karşıt dönüşlü uygulamaları yapılarak iki tane karşı dönüşlü girdap yapıcı vakasının analizi yapılmıştır. Eş dönüşlü girdap yapıcı uygulamaların tersine 100 hücum açılı GY2510KK vakası 160 hücum açılı GY2516KK vakasına göre daha efektif sonuçlar vermiştir.
Kanat profilleri izler kenarına çentik uygulamasının akış gürültüsüne olan etkisinin hesaplamalı olarak incelenmesi
Gürültü, günümüzde yapılan mühendislik uygulamalarında önemli bir yere sahiptir. Özellikle savunma sanayiinde kullanılan araçların tanınabilirlik açısından düşük gürültü seviyelerine sahip olması bir gereklilik haline gelmiştir. Son yıllarda akış kaynaklı gürültü ve titreşim konularında yapılan çalışmalar bir hayli artmıştır. Fakat özellikle akış kaynaklı gürültü tahmini çalışmalarında kullanılan denklemlerin lineer olmayan davranışları yapılan hesaplamaları zorlaştırmakta, hesaplama gücü kaynaklarına olan gereksinimi artırmaktadır. Aeroakustik, akış tarafından ortaya çıkan gürültüyü inceleyen bilim dalıdır. Akış kaynaklı gürültü ile ilgili yapılan ilk çalışmalar Strouhal tarafından silindir etrafında akışkanın etkisi ile oluşan tonların incelenmesi ile başlamıştır. Hesaplamalı aeroakustik alanındaki ilk çalışmalar ise Lightill tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada izler kenara uygulanan çentiklerin akış kaynaklı gürültüyü ne şekilde etkilediğini inceleme amaçlı çalışmalara yer verilmiştir. NACA 0012 kanat profili etrafında oluşan akış kaynaklı gürültü sayısal yöntemler ile hesaplanmış, profilin izler kenarına eklenen çentik geometrilerinin bu gürültüyü ne şekilde etkilediği incelenmiştir. Profil üzerindeki basınç değişimleri Navier-Stokes denklemlerinin hesaplamalı olarak çözülmesi ile elde edilmiş, denklemleri ayrıklaştırma yöntemi olarak Sonlu Hacimler Yöntemi (Finite Volume Method) kullanılmıştır. Aynı zamanda, analizlerin gerçekleştirildiği sonlu hacim metodundan, hız basınç ayrıklaştırılmasının yapıldığı SIMPLE yöntemi ve türbülans modeli olarak seçilen SST k-ω modelinden detaylı olarak bahsedilmiştir. Akustik hesaplamalar ise Ffowcs Williams ve Hawkings (FW-H) denklemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ilk olarak kullanılan HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) yönteminin geçerliliği incelenmiştir. Bu sebeple NASA tarafından NACA 0012 profili üzerine gerçekleştirilen deneylere başvurulmuştur. 6x106 Reynolds sayısı ve 0.15 Mach sayısında gerçekleştirilen deneylerin verileri, HAD yöntemi ile gerçekleştirilen analizlerin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. 0, 10 ve 15 derece hücum açılarında gerçekleştirilen analizlerin sonuçları incelendiğinde kaldırma kuvveti katsayılarında maksimum %5.4 hata ile deney sonuçlarına uyum sağlandığı gözlemlenmiştir. Ayrıca belirtilen hücum açılarında basınç katsayılarının da karşılaştırması gerçekleştirilmiş ve bu katsayıların da deney sonuçları ile neredeyse tamamen uyduğu görülmüştür. Daha sonra alınan sonuçların ağ yapısından bağımsızlığının sağlanabilmesi için farklı hücre sayılarında üç adet model hazırlanmış ve kaldırma kuvveti katsayısındaki değişimin azalma derecesi ihmal edilebilir seviyelere geldiği ağ yapısı analizlerde kullanılmak üzere seçilmiştir. Çalışmalarda profil üzerinde oluşan sınır tabakanın daha iyi çözümlenebilmesi için boyutsuz y+ değeri 1 olarak alınmıştır. HAD yönteminin geçerliliği sağlandıktan sonra HAA (Hesaplamalı Aeroakustik) yönteminin geçerliliğinin incelenmesine geçilmiştir. Bu bölümde de NASA tarafından NACA 0012 profili üzerine gerçekleştirdiği akustik deneylere başvurulmuştur. 7.3 derece hücum açısı, 0.208 Mach sayısı ve 1.13x106 Reynolds sayısında yapılan deney için aynı şartlarda hazırlanan hesaplamalı analiz gerçekleştirilmiş, gürültünün frekans spektrumunda tepe noktasına geldiği frekans 13 Hz fark ile, SPL (Sound Pressure Level) değeri ise 7 dB fark ile hesaplanmış ve yöntemin geçerliliği sağlanmıştır. Ayrıca hesaplamalarda kullanılan URANS (Unsteady Reynonds Averaged Navier Stokes) yönteminin LES (Large Eddy Simulation) yönteminden farkını ortaya koymak adına LES ile bir analiz gerçekleştirilmiş ve sonucunda bu yöntemin yüksek frekanslardaki salınımları daha başarılı hesaplayabildiği fakat gürültünün tepe noktasının frekansını yakalamakta başarısız olduğu gözlemlenmiştir. Akustik yöntemin geçerliliği sağlandıktan sonra çentik uygulamalarına geçilmiştir. Çalışmada kullanılan çentik geometrileri çentikler arası mesafe (λ), çentik yüksekliği (h) ve λ/h oranı olarak üç parametreye bağlanmış ve 7 farklı çentik geometrisi oluşturulmuştur. Analizler sonrasında alınan sonuçlar incelendiğinde λ ve h parametrelerinin tepe SPL (Sound Pressure Level) ve OASPL (Overall Sound Pressure Level) değerlerine etkisinde düzenli bir trend olmadığı fakat λ/h oranının bu değerleri belirli bir trendde etkilediği gözlemlenmiştir. Fakat bu duruma uymayan istisna vakaların da görüldüğü belirtilmelidir. λ/h oranı 2.56 olan S7 vakasının gürültü seviyesi profil etrafına yerleştirilen M1, M2 ve M3 mikrofonlarında çentik içermeyen referans profile göre daha düşük hesaplanmış ve OASPL ve tepe SPL değerlerinin ortalama 4 dB düştüğü gözlemlenmiştir. Bu durum M4 ve M5 mikrofonlarında geçerli olmamış, bu durumun sebebi de söz konusu mikrofonların profilin iz bölgesinde bulunmasından dolayı ortaya çıkan salınımların kararlı olamamasından kaynaklandığı kanısına varılmıştır. Mikrofonların frekans spektrumları incelendiğinde tepe SPL ve OASPL değerleri arasında uyum olduğu, bu durumun sebebinin de tepe SPL değerinin frekans spektrumunu domine etmesi olduğu sonucuna varılmıştır. Frekans spektrumları detaylı olarak incelendiğinde 1300 Hz civarında ortaya çıkan tepe SPL değerinin yanı sıra 2700 Hz civarında ikincil ve daha sönük bir tepeye rastlanmıştır. Yaklaşık 40 dB gürültü seviyesine sahip bu ikincil tepe λ/h = 2.56 olan S7 vakasında sönümlenerek yok olduğu gözlemlenmiştir. Gürültü seviyelerindeki değişimlerin etkisinin daha iyi anlaşılabilmesi amacı ile vakaların TLS (Turbulence Length Scale) ve girdaplılık dağılımları da incelenmiştir. Ortaya çıkan λ/h trendinde istisna olarak görülen, λ/h değerleri aynı ve 1.28 olan S2 ve S4 vakaları arasındaki 6 dB'lik farkın sebebinin, gürültü seviyesi yüksek olan S2 vakasındaki TLS değerlerinin S4 vakasına göre daha yüksek olmasından kaynaklandığı anlaşılmıştır. Aynı zamanda λ/h = 0.32 ve 2.56 olan S6 ve S7 vakalarının girdaplılık dağılımları incelendiğinde, gürültü seviyesi en düşük olan S7 vakasının çentik yakınlarında girdaplılık değerlerinin 170,000 olduğu görülürken diğer vakada çentiklerin daha geniş bir alanına yayılarak 200,000 seviyelerine ulaştığı görülmüştür. Alınan bu sonuçlar TLS ve girdaplılık dağılımlarının gürültü seviyelerine etkisinin uyumlu olduğunu göstermiştir.
Safety based decision support systems for marine structures
Analyzing risk is an essential and very powerful tool to deal with uncertainties. New technologies, new developments and new methodologies always include uncertainties and thereby risks. There are many different methods to deal with risks. Qualitative and quantitative methods are both used for decades with success in many different industries. Quantitative studies require more statistical data then qualitative ones. Ability to use both tangible and intangible data in analyses enables to perform risk analysis at any stage of the project. Hazardous Identification (HAZID) and Hazardous and Operability (HAZOP) studies are powerful and widely used analysis methods. In these studies a group of experts make an effort to define and assess possible risks. Work groups may be problematic if group domination by one or more participants happens. And generally because of the consensus about the subject, it is hard to include fuzziness. Risk assessment is a very important figure in analysis of new systems. Assessment has three main stages; risk identification, risk analysis and risk evaluation. Identification starts with questioning "when, what, who, how, where", after finding answers to these questions analysis stage starts. Answers to questions at identification stage helps to understand the boundaries of the system. Analysis focuses on "how much, how often, how critical" type questions. These questions help analyst to understand the nature, period and level of risk. After analyzing the risk evaluation period starts; this point is the one where the action to the risk is selected, taking no action or transferring risk such as an insurance company might also be an alternative. There are several techniques defined by ISO to deal with risk management. About 30 techniques are listed in the standard. Whatever the method is used, knowledge of experts, their understanding of problem and their position to view the risk will directly affect the result. In order to get proper assessment results, problem has to be thought from all sides of aspect. The success is methodology depended, however the main component of all analysis methods is human. Whether or not be aware of it, decision making is something done in every daily life. Decisions made, draw the path of life, decisions shapes the life and every decision has it's own consequences that has to be faced. Historically, human decisions theories have focused on outcome prediction. Modern decision making is based on ; understanding of decision making process, thoughts and application of technology tools to support process by human beings. Analytical Hierarchy Process (AHP) proved that using Eigen vectors to solve decision problems is possible. With this study Saaty opened slightly the door to the new studies. Difficulties about modeling real problems in a hierarchical structure are limiting the usage of AHP; therefore a better way of modeling in network structure with dependencies and feedback is presented by Saaty. This methodology is called Analytical Network Process (ANP). ANP is a successful and powerful tool to model complex decision problems. However modeling and solving ANP requires a lot of patience and effort. Fuzzy Multi-Criteria Decision Making using Fuzzy Set Theory has been recommended as an alternative method for overcome the complexity of ANP. Fuzzy sets contain uncertainty and they are easy to apply to all kinds of problems. There are also some xx challenging difficulties with fuzzy sets. Definition of fuzzy sets, membership functions require experience. Changing defined rules is not so easy. Due to these problems in multi-criteria decision making, hybrid methods such as Fuzzy-AHP, Fuzzy-ANP, etc. are being used commonly. There are generated hybrid solution methodologies, thus applier, depending of the nature of the problem, may choose one of them and directly apply the solution method. In this study, LNG bunkering operation was selected as case study. LNG is one of the most probable alternatives to current fuel oils. Bunkering operation is the most challenging part of LNG usage on board. HAZID/HAZOP studies for bunkering, classification societies bunkering guidelines were used to define the hazards. Hazards are grouped under clusters by using Fault Tree Analysis (FTA). Experts participating in the study were asked to fill in the questionnaire, according to pre-defined ANP network structure. Risk values for alternatives are calculated using likelihood and consequences. Final results obtained by using group decision making techniques such as aggregation of individual priorities (AIP), expert weights also calculated by using a separate ANP network. As result LNG leaks have been found the most critical risk alternative for all calculation methodologies.
Effects of variable valve timing on the exhaust thermal management of a turbocharged & intercooled diesel engine
Emissions from diesel engines have become recently a significant problem due to their positive effect on global warming and negative effects on human health. Recently, NOx and PM emission regulations for diesel engines have become quite strict and the emission limits have decreased to very low numbers. Engine producers generally use exhaust thermal management systems to reduce the high rates of emissions discharged from diesel engines. Some typical aftertreatment systems are SCR, DPF and DOC. SCR is used to decrease NOx emissions, DPF is utilized to reduce PM emissions and DOC is mostly applied in a diesel engine system to diminish unburned hydrocarbons (HCs) and carbon monoxide. Although these aftertreatment systems are indeed effective to meet stringent emission regulations on diesel engines, they have a major drawback. These systems generally require high exhaust gas temperatures in order to have high emission conversion efficiencies. In other words, they are temperature-dependent and mostly need higher than 250oC catalyst temperatures to perform efficiently. However, exhaust gas temperatures are generally lower than 250oC for diesel engines operating at lower engine speed and lower engine loading conditions on the performance map. That not only leads to inefficient aftertreatment systems but also insufficient emission reduction for those engine performance points. One of the current methods to achieve greater than 250oC exhaust gas temperatures for these lower engine speed and lower engine loading areas is to use VVT. Changing the opening and closing timings of intake and exhaust valves, VVT can be applied to a diesel engine at any speed and at any load. Therefore, the aim of this study is to try to increase the exhaust gas temperatures of a diesel engine above 250oC for different engine speeds and different engine loadings via utilizing VVT. Change of inlet and exhaust maximum valve lifts is also examined in order to rise exhaust temperatures more in the system. The intention is to attain those high exhaust gas temperatures without causing any fuel consumption penalty in comparison to nominal valve timings. Firstly, a six-cylinder turbocharged and intercooled diesel engine system is modelled to analyze exhaust gas temperatures and also exhaust gas flow rates by using Lotus Engine Simulation (LES) program. The simulation has different elements (cylinders, pipes, ports, valves, turbocharger, intercooler etc.) and these components are explained in a detailed manner with mathematical formulations. Secondly, validation of the simulation is achieved for earlier and later intake valve closing (IVC) timings on a particular engine speed and engine loading point (1200 rpm and 2.50 bar bmep). The results of the simulation for turbine out temperature and for volumetric efficiency are generally compatible with the experimental results. It is shown on the validation that advancing IVC timing 65 degrees CA or retarding it 100 degrees CA from nominal timing is adequate in the system to reach 250oC turbine exit temperature (TET). Up to 55o C TET rise is obtained by sweeping IVC timings forward or backward. Also, when effect of IVC on other diesel engine performance parameters is examined, it is seen that advanced and retarded IVC timings results in fuel-saving. However, these timings also cause high exhaust flow rate reduction compared to nominal valve timings in the system. Early IVC (EIVC) leads to more exhaust flow reduction, but it is also found to be more fuel-efficient than later IVC. Thirdly, other VVT options are searched to combine with EIVC so as to attain higher than 250oC exhaust gas temperatures without causing a substantial reduction on exhaust flow rate. EEVC, LIVO and EEVO are all examined. EEVO is found to be the best option to combine with EIVC. Therefore, combined EIVC&EEVO is applied to the system. IVC is advanced 40 degrees CA from stock IVC timing and EVO is also advanced 70 degrees CA from nominal EVO timing. Although it is successful to satisfy 250oC TET in the system, it also causes a little bit more than 1 % bsfc penalty in comparison to nominal valve timings. Later, inlet and exhaust maximum valve lifts are analyzed to reduce the fuel penalty on the system. It is seen that when lower inlet and higher exhaust maximum lifts compared to nominal maximum lifts is utilized, not only does it enable the system to acquire greater than 250oC TET, but also it decreases bsfc penalty down to zero percent in comparison to nominal valve timings. Then, the method is implemented for different engine speeds (1000 rpm to 2000 rpm) and several engine loadings (1.0 bar to 5.0 bar bmep). When it is compared with TET and exhaust flow figures at nominal valve timings calculated on the previous part of the study, it is seen that 250oC target TET line can be decreased to lower engine loadings. For instance, for 1200 rpm engine speed, TET is obtained at only 2.50 bar bmep rather than satisfying the same temperature at 4.50 bar bmep with nominal valve timings and nominal maximum lifts. More importantly, this is achieved without requiring any extra fuel consumption compared to stock valve timings. Also, reduction of exhaust gas flow rates is not as high as the case where only IVC is used to meet the target TET for more efficient exhaust thermal management. Finally, general evaluation of the study is done by discussing the results achieved in the analysis and the study is concluded on the final part with recommendations for future work. This study is expected to provide insight into the utilization of VVT technique on diesel engines to raise TET particularly on lower engine speed and lower engine loading points of the engine performance map. In this way, more efficient aftertreatment systems can be performed to fulfill the stringent emission criteria.
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
Comparison between blade element momentum theory and computational fluid dynamics methods for performance prediction of marine propellers
This thesis illuminates the comparison of blade element momentum theory and computational fluid dynamics method on marine propellers. For this purpose, on the first part of the thesis, blade element momentum theory algorithm is implemented using MATLAB and XFOIL softwares. In order to fulfill verification and validation of blade element momentum theory algorithm, the practical analysis technique is applied to DTMB 4119 propeller, for which hydrodynamic characteristics and open water results are given in the literature. First, propeller blade geometry is subdivided into finite blade elements using piecewise cubic Hermitian interpolation method. According to Benini's studies on blade element momentum theroy, a tentative value for axial inflow factor is specified for the first iteration based on innermost or outermost section. Second, angular inflow factor (swirl factor) can be computed using ideal blade element efficiency. Slipstream and axial velocity components are computed using these factors. Pitch angles are obtained using pitch distribution along the blade. Angle of attack values are calculated using the difference between geometric and hydrodynamic pitch angles. Lift and drag coefficients per blade element could be computed using angle of attack, local chord distribution and local Reynolds number values. Third, thrust and torque effects per blade element are defined and corrected by Goldstein-Tachmindji correlation factors. Then, new axial inflow factor value is computed and this loop is kept on the difference between old and new axial inflow factors are reach up to better tolerance. Finally, obtained thrust and torque values for each radial strip are radially integrated over the blade. According to McCormick's linear, small angle approximation, a tentative value for induced angle of attack is specified for the first iteration. After the normalized induced velocity is computed, the new value of local induced angle of attack is calculated. This algorithm is iterated until the changes in the computed induced angle of attack become sufficiently small. Finally, thrust and power coefficients are computed when the convergence is reached. On the second part of the thesis, incompressible and viscous fluid flow around DTMB 4119 propeller is discretized using computational fluid dynamics method. On this study, open water simulations are implemented using OpenFOAM which is an open source, object oriented library for numerical computations in continuum mechanics, written in the C++ programming language. In order to perform open water computations using multiple reference frame technique, physical domain is constructed by rotating and static subdomains according to ITTC recommendations. Both subdomains are imported into Numeca Hexpress/Hybrid software and grid generation is done seperately. First, an isotropic Cartesian block grid is generated around the geometries. Second, the grid is refined in refinement regions by splitting the initial cell volumes. To avoid numerical errors arising from interpolation between non-conforming arbitrary mesh interfaces, the refinement cell sizes on interfaces are obtained approximately equal. Then, the volumic grid is snapped onto the model. Finally, so as to capture viscous effects, viscous layers are inserted according to the foreseen y+ value. SST k-$\omega$ turbulence model is chosen for near-wall treatment and effects of various turbulence models are neglected. Grid dependency is taken into account in order to satisy open-source CFD code algorithm. Coarse, medium and fine mesh levels are specified according to the refinement levels by terms of propeller diameter. Owing to the fact that steady time discretization scheme is chosen, SIMPLE (Semi-Implicit Pressure Linked Equation) formulation with consistent algorithm is used to improve convergence, accuracy and solution time. Finally, pressure coefficient distributions on specified sections from blade element momentum theory and OpenFOAM are compared with experimental results. Besides, numerically computed open water performance values are compared with PVL and experimental results. However, in this study wake adaption, nonlinear blade element momentum theory solutions and cavitation effects are neglected.
Aşırı denizlerdeki gemi hareketlerinin cisim-tam dilim teorisi yaklaşımı ile simülasyona dayalı hesaplanması
Deniz platformlarının başlangıç ve detay tasarım aşamalarında, aşırı denizlerdeki denizcilik hesaplamalarının doğruluğu lineer teorinin yetersizliği nedeniyle tartışmaya açıktır. Gemi hareketlerinin güvenilir bir seviyede hasabı geminin ve gemideki sistemlerin tasarımı ve sağlaması için önem arz etmektedir. Bu sistemler özellikle, aktif yalpa sönümleme finlerini, aktif hareket önleyicilerini, yalpa sönümleyici dümenleri, helikopter yakalama ve transfer, helikopter görsel iniş destek sistemleri ile tüm sensör ve silahları içerir. Bu çalışmada gemilerin aşırı denizlerdeki hareketlerini hesaplamak için mevcut deney sonuçlarıyla karşılaştırmalı olarak bir yöntem geliştirilmiştir. Bu maksatla öncelikle kısa dalga tepeli karışık denizlerde gemi hareketleri ve dalga yüksekliğinin spektral sağlama teknikleri kullanılarak simülasyona dayalı analizi yapılmıştır. Bahse konu simülasyonlar "gerçek zamanlı bilgisayar deneyleri" olarak da adlandırılmaktadır. Analiz yönteminin hem deniz platformunun kendisi hem de üzerindeki sistemlerin tasarım ve sağlama çalışmalarına etkili bir şekilde adapte edilebilir olduğu değerlendirilmiştir. Simülasyon sonuçlarının analizi, aşırı hareketler ve ivmeler hakkında yeterli bilgi sağlamaktadır. Şöyle ki, bilgisayar deneyinden elde edilen zaman kaydından güverte su basması, dövünme veya pervane ve sonarın sudan çıkması gibi herhangi bir konumdaki aşırı hareketlerin tespit edilmesi mümkündür. Ayrıca, çalışmanın sonuçları gemi kullanma simülatörlerinde veya gemiye konuşlu helikopter simülasyonlarında daha gerçekçi görselleştirme maksatlı kullanılabilir. Bu tezin kapsamı dahilinde olmasa da, gemi hareketlerinin ve dalga yüksekliğinin simüle edilmiş zaman serileri, gemi kesitlerinin düşey şekil değiştirme, kesme kuvveti ve eğilme momenti dağılımlarının hidroelastisite teorisi ile hesaplanması maksadıyla da kullanılmaktadır. Bu çalışmalardan esinlenerek baştan gelen uzun dalga tepeli denizlerdeki simetrik gemi hareketleri ilave olarak "cisim-tam dilim teorisi yaklaşımı" ile simülasyona dayalı olarak hesaplanmıştır. Simülasyon verilerinin sağlama ve karşılaştırılması, ayrık Fourier dönüşümü ve düzgünleştirme algoritmalarını içeren spektral analiz tekniği ile elde edilmektedir. Sonuçlar deneysel veriler ve ANSYS AQWA yazılım sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu simülasyon sonuçları da (elde edilen zaman kayıtları), aşırı hareketler ve ivmeler hakkında yeterli bilgiyi sağlamaktadır. İlave olarak "cisim-tam dilim teorisi yaklaşımı" ile geliştirilen simülasyon tabanlı bu yöntem, aşırı deniz durumda denizcilik performans değerlendirmesinin tutarlı bir şekilde yapılması mümkün kılmaktadır. Sonuç olarak, bu hesaplama yönteminin aşırı denizlerdeki deniz platformlarının tasarım aşamasında kullanılabileceği değerlendirilmiştir.
Ultra düşük sülfürlü dizel yakıtın gemilerden salınan partikül madde ve gaz emisyonlarına olan etkilerinin deneysel olarak incelenmesi
Gemi kaynaklı egzoz gazı emisyonları, kirletici kaynakların başlıcalarından biri olarak kabul edilmektedir. Dizel makineler vasıtasıyla sevk edilen gemilerden salınan emisyonlar, başta karbondioksit (CO2), karbonmonoksit (CO), sülfür oksitler (SOx), azot oksitler (NOx), uçucu organic bileşikler (VOC), yanmamış hidrokarbonlar (HC) ve partikül maddeleri (PM) içermektedir. CO, VOC, NOx, ve partiküller makine teknolojisine bağlı olarak açığa çıkar. Egzoz gazları gemi bacasından atmosfere salındığında, ortam havasıyla etkileşime girerek seyrelir. Bu seyrelme işlemi esnasında aktif kimyasal bileşenler kısmen dönüşerek, kara ve deniz yüzeylerine çökerler. Sonuç olarak bu emisyonlar küresel ısınma, asitleşme ve hava kalitesinin bozulması gibi olumsuz çevresel etkilere yol açarlar. Taşınan yük ve mesafe başına gemilerin yaydığı emisyon değerleri göz önüne alındığında, deniz taşımacılığı, kara ve hava taşımacılığına göre en temiz taşımacılık şekli olmaktadır. Fakat, gemi başına düşen emisyon değerleri oldukça yüksektir. Bir büyük konteyner gemisi yılda 50 milyon otomobile eşdeğer emisyon yayabilmektedir. Türk Denizleri ve Boğazlarındaki gemi trafiği, son 50 yıl içerisinde önemli oranda artmıştır. İstanbul Boğazı'ndan yılda yaklaşık 50.000 geminin, yerleşim yerlerine 50 m mesafeden geçtiği düşünüldüğünde, İstanbul'da hem çevre hem de insan sağlığı gemi emisyonlarının olumsuz etkileri nedeni ile risk altındadır. Bu, ülkemizdeki deniz taşımacılığının hava kirliliğine olan etkisinin artması anlamına gelmektedir. Deniz taşımacılığının hava kirliliğini artırması nedeniyle gemi emisyonları ve çevreye olan etkileri, araştırmacılar için önemli bir çalışma alanı olmuştur. Deniz taşımacılığının önemli bir uluslararası ticaret yöntemi haline gelmesiyle, zamanla artan emisyonların kontrolü amacıyla birçok küresel ölçekli anlaşmalar yapılması gerekmiştir. Bu konuda, Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) tarafından denizcilikte sürdürülebilir bir gelişme sağlayabilmek amacıyla Denizlerin Gemiler Tarafından Kirletilmesinin Önlenmesine Ait Uluslararası Sözleşmesi (MARPOL) kabul edilmiştir. Gemi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Önlenmesi Tüzüğü, Sözleşme Ek VI'da yer almaktadır. MARPOL Ek VI tüm gemiler ile sabit ve yüzer sondaj platformlarına uygulanmakta ve gemi kaynaklı SOx ve NOx salımları için limitler koymakta, ozon tabakasını inceltici maddelerin kasıtlı salımını yasaklamaktadır. MARPOL Ek VI daha kısıtlı SOx ve NOx kontrolü için, Emisyon Kontrol Alanı (ECA) ilanına imkan tanımaktadır. 2008 yılında MARPOL büyük oranda yeniden düzenlenmiş ve egzoz emisyonları için yeni kurallar getirilmiştir. Yeniden düzenlenen MARPOL Ek VI, 1 Temmuz 2010 tarihinde yürürlüğe girmiştir. Yeniden düzenlenen MARPOL Ek VI'da, egzoz emisyon limit değerlerinde önemli değişiklikler olmuştur. Temel değişiklik, SOx ve NOx emisyonlarına kademeli değişim getirilmesidir. Türkiye MARPOL Ek VI sözleşmesine Şubat 2014 tarihinde taraf olmuştur. Türkiye'nin MARPOL VI'ya taraf olmasıyla birlikte gemi kaynaklı emisyonların incelenmesi, gemi üzerinden ölçümlerin yapılması, oluşum mekanizmalarının tespit edilmesi önem kazanmıştır. Bu çalışmada Marmara Denizi'nde araç ve yolcu taşımacılığı yapan bir feribottan yayılan egzoz gazı emisyonları ve partikül maddeler deneysel olarak ölçülmüştür. Çalışmanın başlıca amacı, ultra düşük sülfürlü dizel yakıtın partikül madde ve egzoz gazı emisyonlarına olan etkilerini incelemektir. Bu amaçla, Marmara Denizi'nde seyir yapan bir feribottan yayılan NOx, SOx, CO2, CO, HC ve PM emisyonları ölçülmüş ve ultra düşük sülfürlü dizel yakıtın emisyonlara etkileri tespit edilmiştir. Değişik sülfür içerikli yakıtlar ile ultra düşük sülfürlü dizel yakıtın emisyon sonuçları karşılaştırılmıştır. Liman operasyonu, manevra ve seyir durumu gibi farklı işletme şartlarının emisyonlara etkisi belirlenmiştir. Ağırlıklı emisyon faktörleri IMO NOx Teknik Dokümanı'na göre hesaplanmıştır. Ana makine için CO, CO2, HC ve PM ağırlıklı emisyon faktörleri sırasıyla 0,67 g/kWh, 611,14 g/kWh, 0,623 g/kWh ve 0,079 g/kWh olarak belirlenmiştir. Yardımcı makine için NOx, SO2, CO, CO2 ve HC emisyonları için ağırlıklı emisyon değerleri sırasıyla 13,01 g/kWh, 0,11 g/kWh, 2,19 g/kWh, 641,69 g/kWh ve 1,31 g/kWh olarak elde edilmiştir. Ana makine için ağırlıklı emisyon değerleri teorik hesaplarda kullanılan emisyon faktörleri ile karşılaştırılmıştır. Ultra düşük sülfürlü dizel yakıta siklik ve alifatik amino asit bileşiklerin hidrokarbon çözeltisi olan bir katkı maddesi eklenerek, katkı maddesinin emisyonlara olan etkisi belirlenmiştir. Katkı maddesinin NOx emisyonlarına çok büyük bir etkisinin olmadığı görülmüş olup, SO2, CO, HC ve PM emisyonlarında belli bir azalma gözlenmiştir. CO2 emisyonları ise %25 ve %75 makine yüklerinde azalırken, %50 ve %100 makine yüklerinde az da olsa artmıştır. Egzoz gazı emisyonlarından partikül maddeler boyutlarına göre sınıflarına ayrılmış, taramalı elektron mikroskobu ile görüntüleri incelenmiş ve enerji dağılımlı X ışını spektroskopisi ile elementel analizi yapılarak partiküllerin içeriği belirlenmiştir. Taramalı elektron mikroskobunda partiküllerin geometrisi genellikle küresel olarak gözlenmiştir. SEM/EDS analizleri sonucunda partiküller içerisinde 13 tane element bulunmuştur. Partiküller içerisinde en fazla bulunan element karbondur. 2,5 µm'den küçük partiküllerde %56, 10 µm'den büyük partiküllerde ise %61 oranında karbon bulunmuştur. Daha sonra demir ve vanadyum elementleri en fazla bulunmaktadır. Partiküller içerisindeki sülfür miktarı ise 2,5 µm'den küçük partiküller için %5 ve 10 µm'den büyük partiküller için %4'tür.
Kısmen veya tamamen akışkana daldırılmış sonsuz derin akışkan ortamındaki kabukların hidroelastik ve elastoakustik analizi
Bir gemi ya da deniz yapısı tasarlarken, gemi inşaa mühendisinin başlangıç maliyeti, güvenlik, emniyet, performans gibi faktörleri göz önünde bulundurması gerekmektedir. Deneysel yöntemler aracılığıyla geminin birtakım karakteristiklerinin saptanması ise yüksek maliyetinin yanı sıra, deneysel sonuçların yanlış yorumlanmasının doğurabileceği olumsuz sonuçlar nedeniyle her durumda tercih edilmemektedir. Bu sebeple gemi inşaatı alanında hesaplamalı yöntemlerden sıklıkla yararlanılmaktadır. Plaklar ve kabuklar ise yapısal elemanlar olarak havacılık, gemi inşaatı, nükleer santraller, uzay araçları, petrokimya endüstrisi gibi birçok alanda sıklıkla kullanılmaktadır. Gemi inşaatı alanında ise plaklar ve kabuklar; geminin borda kaplamasında, tank perdesi olarak ve üst yapıda kompartımanları birbirinden ayırmak amacıyla kullanılmaktadır. Açık deniz petrol platformları, düşük hızlı konvansiyonel gemiler, tek veya birden fazla gövdeli yüksek hızlı tekneler rüzgar veya dalga gibi çevresel dinamik yüklerin etkisi altında faaliyet göstermektedirler. Özellikle dalga yüklerinin gemi ve deniz yapılarının yapısal bütünlüğü ile dinamik karakteristikleri üzerindeki etkisi oldukça kuvvetli olmaktadır. Dalga yüklerinin deniz yapıları üzerindeki etkilerinin isabetli bir şekilde saptanabilmesi amacıyla, hidrodinamik ile yapısal mekanik esaslarının birlikte ele alındığı hesaplamalı yöntemler kullanılmaktadır. Akışkan ortamındaki elastik yapıların davranışlarını inceleyen bilim dalına hidroelastisite adı verilmektedir. Hidroelastisite teorisi gemilere ve deniz yapılarına uygulandığında, yapıyı çevreleyen akışkanın hızı ve basınç dağılımı neticesinde yapıda meydana gelen gerilmeler ile dönme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak mümkün olmaktadır. Akışkanla temas halindeki yapıların dinamik davranışlarının belirlenebilmesi, yapının belirli bir amaç dahilinde kullanıldığı süre boyunca güvenli bir şekilde görevini yerine getirebilmesi açısından yüksek önem arz etmektedir. Titreşim halindeki yapıyla temas halindeki akışkanın hava gibi, yoğunluğunun düşük olduğu durumda yapı ile akışkan arasındaki etkileşimin yapının dinamik karakteristikleri üzerindeki etkisi oldukça zayıf olmaktadır. Fakat yapının temas halinde olduğu akışkanın su gibi, yoğunluğunun görece yüksek olduğu durumda yapı üzerindeki akışkan basınç dağılımının, vakum koşullarındakine nazaran yapının mod şekli ve doğal frekansları gibi dinamik karakteristikleri üzerindeki etkisi önemli olmaktadır. Bu koşullar altında, yapının davranışları ile akışkan hareketleri, kuvvetli şekilde etkileşim halindedir ve bu sebeple, yapı ile akışkan problemlerine ait yönetici denklemleri birlikte ele almak gerekmektedir. Bu tez çalışmasında elastik yapının akışkan ortamında ilerleme hızı olmadığı durumda akışkan ile arasındaki etkileşimin, yalnızca yapının hareketlerinin akışkan ortamında meydana getirdiği basınç alanı aracılığıyla gerçekleştiği kabul edilmiştir. Akışkan-yapı etkileşimi neticesinde yapının dinamik karakteristiklerinde meydana gelen değişimleri saptamak amacıyla lineer hidroelastisite teorisi benimsenmiştir. Lineer hidroelastisite teorisinde akışkan viskoz olmayan ve sıkıştırılamaz kabul edilmiş; akışkanın rotasyonel hareketleri ihmal edilmiştir. Ayrıca akışkan-yapı etkileşimi kuvvetlerinin doğrudan akışkan ataletini temsil ettiği, yapısal titreşim hareketleri neticesinde meydana gelen yapısal ivmelenmelerin, yapıyı çevreleyen akışkanın ivmelenmesi aynı fazda olduğu kabul edilmiştir. Yapı-akışkan etkileşiminin lineer hidroelastik teori çerçevesinde analizi vakum koşullarındaki yapının dinamik analizi (kısaca vakum analiz) ve akışkan ortamındaki analizi (kısaca ıslak analiz) olarak ikiye ayrılabilir. Vakum analizinde, hareket denkleminin sonlu elemanlar metodu aracılığıyla çözülmesiyle elde edilen karakteristik frekanslar ile her bir frekansa karşılık gelen modal yer değiştirmeler, ıslak analizin girdilerini oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında vakum koşullarındaki analizler, ANSYS sonlu elemanlar yazılımı aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Hidroelastik teorinin 'ıslak analiz' kısmı, elastik yapının dinamik hareketleri nedeniyle oluşan akışkan basınç alanının hesaplanarak yapıya etkiyen akışkan kuvvetlerinin belirlenmesini içerir. Bu tez çalışması kapsamında yapı-akışkan etkileşimi kuvvetleri sınır eleman metodu aracılığıyla elde edilmiştir. Potansiyel akış analizi, yapının akışkanla temas eden yüzeyi boyunca ayrıklaştırılmış her bir sınır elemanının geometrik alan merkezine, şiddetinin panel boyunca sabit olduğu kabul edilen noktasal kaynaklar dağıtılmasıyla gerçekleştirmiştir. Yapının ıslak analizinde, vakum durumundaki modlarında titreştiği varsayılmış, hareket denkleminde yer alan sönüm etkileri matematik modele dahil edilmemiştir. Bu teori aracılığıyla, akışkana kısmen veya tamamen daldırılmış sonsuz derin akışkan ortamındaki yapıların yanı sıra, serbest yüzey civarında hareket eden deniz araçlarının dinamik karakteristiklerini yapı-akışkan etkileşimi problemi kapsamında ele almak mümkün olmaktadır. Bu tez çalışmasında, serbest yüzey etkilerinin göz önünde bulundurulmadığı, sonsuz derin akışkana tam daldırılmış yapıların yanı sıra; serbest yüzey etkilerinin probleme dahil olduğu, akışkanla kısmen temas halinde, sonsuz derin akışkan ortamındaki yapıların dinamik karakteristikleri de incelenmiştir. Ele alınan dinamik yapı – akışkan etkileşimi probleminde, yapının görece yüksek frekanslarda titreştiği varsayılmış; böylece oluşturulan matematik modelde kısmen akışkan ile doldurulmuş ve/veya akışkana daldırılmış yapının hareketleri sebebiyle meydana gelen serbest yüzey dalgalarının etkisi ihmal edilmiştir. Serbest yüzey koşulu, oluşturulan matematik modele imaj metodu aracılığıyla dahil edilmiştir. Bu amaçla yapının serbest akışkan yüzeyi altında kalan kısmının, ayna düzlemi serbest akışkan yüzeyi olacak şekilde akışkandan dışarıya doğru imgesel bir kopyası oluşturulmuştur. İmaj metodu ile, yapının akışkan ile temas eden kısmında yer değiştirmeler sebebiyle oluşan kinematik katı cisim sınır koşulu, sınır koşulunun uygulandığı noktanın imgesel bölgedeki karşılığında ters işaretli olarak uygulanarak serbest akışkan yüzeyi koşulu problemi, klasik Neumann problemine indirgenmiştir. Eksenel akımın olmadığı durumda, ele alınan yapı için oluşturulan hareket denkleminde genelleştirilmiş hidrodinamik sönüm kuvvetleri ihmal edilebilmektedir. Böylece ele alınan yapı ile akışkan arasındaki etkileşim, yalnızca eksu kütlesi matrisi aracılığıyla gerçekleşir. Eksu kütlesi matrisinin her bir elemanı, sınır eleman metoduyla oluşturulan matematik modelde Laplace problemine ait temel çözümün kullanılmasıyla elde edilen hız potansiyellerinin yapının akışkanla temas halindeki tüm yüzeyi boyunca entegre edilmesiyle elde edilmiştir. Genelleştirilmiş eksu kütlesi matrisinin oluşturulmasıyla yapının akışkan ortamındaki hareketini temsil eden özdeğer problemi çözülerek yapının ıslak durumdaki modal frekansları ile karşılık gelen mod şekilleri elde edilmiştir. Yapının sonsuz akışkan ortamında bulunduğu, serbest yüzey etkilerinin ihmal edildiği durumda oluşturulan matematik modelin geçerliliği, küresel ve silindirik kabuklar için elde edilen sonuçların analitik çözüm metotları ile elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmasıyla araştırılmıştır. Yapının sonsuz akışkan ortamında bulunduğu, serbest yüzey etkilerinin ihmal edildiği durumda diyagonal olmayan genelleştirilmiş eksu kütlesi terimlerinin sıfıra oldukça yakın olması sebebiyle modlar arasındaki etkileşimin oldukça zayıf olduğu gözlemlenmiştir. Buradan hareketle yapının sonsuz derin akışkana tam daldırıldığı, serbest yüzey etkilerinin olmadığı durumda, mod şekilleri arasında enerji aktarımının oldukça zayıf olduğu ve bu sebeple ıslak durumdaki mod şekillerinin, vakum durumundaki geometrik konfigürasyonlarını koruduğu sonucuna varılmıştır. Yatay durumda dairesel kesitli silindirik kabuğun kısmen akışkana daldırıldığı durumda, serbest yüzey etkilerinin probleme dahil edilmesiyle elde edilen sonuçlar, literatürde yer alan deneysel ve sayısal çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Bu durumda serbest yüzeyin varlığı sebebiyle eksu kütlesi matrisinin köşegen olmayan bazı terimlerinin diğerlerine nazaran oldukça büyük olduğu gözlemlenmiş, böylece akışkanla kısmen temas halindeki yapıların bazı mod şekilleri arasındaki etkileşimin kuvvetli olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca modlar arasındaki kuvvetli etkileşim sebebiyle, yapının ıslak mod şekilleri ile vakum durumdaki mod şekilleri arasında önemli ölçüde farklılık olduğu gözlemlenmiştir.
Gemilerde enerji verimliliğinin izlenmesi ve raporlanması
Denizcilik sektörü, her geçen yıl içerisinde, dünyadaki ticaret hacminin genişlemesi ve teknolojinin ilerlemesiyle birlikte, önemli bir rol kazanmıştır. Bu durum da, dünya gemi filosunun artmasına yol açmaktadır. Artan gemi sayısıyla birlikte, gemilerin toplam yakıt tüketim miktarları artmakta ve buna bağlı olarak doğaya salınan zehirli gazların miktarı da artmaktadır. Bu durum, denizcilik şirketlerini, gemilerindeki yakıt tüketim miktarını azaltmaya ve enerji verimliliğini arttırmaya iten bir sebeptir. Ayrıca geçen yıllarda yakıt fiyatlarında görülen artış da denizcilik şirketlerinin bir dizi önlem almasına yol açmıştır. Bu önlemlerin alınmasında en başta gelen kurum Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO)'dür. IMO, gemilerin dizayn aşamasından başlayarak tüm operasyonel ve bakım tutum verilerini de kapsayacak şekilde mevzuatlar hazırlayarak enerji verimliliği çalışmalarında etkili olmaktadır. Enerji Verimliliği Dizayn İndeksi (EEDI) ve Gemi Enerji Verimliliği Yönetim Planlaması (SEEMP) bu mevzuatlara örnek olarak gösterilebilir. Mevzuatların dâhilinde geliştirilen enerji verimlilik çalışmaları yakıt tüketim miktarlarını azaltmaya fayda sağlamaktadır. Enerji verimlilik çalışmaları incelendiğinde; enerji verimliliğini arttırmak ve yakıt tüketim miktarlarını azaltmak için gemilerden veri toplanması ve analizinin büyük önemi bulunmaktadır. Veri toplanması gemilerdeki günlük raporlar veya sürekli izleme yöntemleri ile yapılabilmektedir. Veri analizi ise, bu toplanan verilerin, bir takım anahtar performans göstergeleri kullanılarak anlamlı hale getirilmesi ve sonuçlarının yorumlanması anlamına gelmektedir. Bu çalışma kapsamında; enerji verimliliği adına doğru anahtar performans göstergelerini seçerek gemiden alınan verilerin analizini yapmak, analizler sonucunda elde edilen yakıt tüketim ve CO2 salınım değerlerinin karşılaştırmalarına göre sefer verimliliklerini incelemek ve sefer verimlilikleri arasındaki farkların nedenlerini inceleyerek gemi personeline ve armatöre sefer verimlilikleri hakkında bilgilendirme yapmak amaçlanmıştır. Ayrıca veri toplama yöntemleri hakkında bilgiler verilerek karşılaştırmalar yapılmış, yöntemlerin avantajları ve dezavantajları incelenmiştir. Çalışma dâhilinde örnek bir geminin günlük raporları veri toplama yöntemi olarak kullanılmıştır. Alınan veriler seçilen anahtar performans göstergeleri ile analiz edilmiş, analiz performans göstergelerinin dizayn şartlarındaki değerleri gemi dizayn özelliklerine göre hesaplanmış ve ortaya çıkan sonuçlar yorumlanmıştır. Yapılan tüm bu çalışmalar sonucunda ortaya çıkan sonuçlar ve yorumlar, örnek geminin sahibi olan denizcilik şirketine ve benzer özelliklerde gemiye sahip olan başka şirketlere, geminin seferlerindeki enerji verimlilik durumu hakkında fikir oluşturmaktadır. Denizcilik şirketlerinin değerlendirmeleri ve geliştirmeleri ile gemilerin enerji verimlilik performansının arttırılabileceği düşünülmektedir.
Residual strength estimation and imperfection modelling for plastically deformed stiffeners
Accurate modelling of the deflection curve of a member is essential to assess strength calculations, furthermore a well predicted residual stress distribution presents a better result for residual strength assessment. In a real-time simulation to obtain these results in a desired accuracy demands computer utilization with finite element analysis and modelling. Additionally, measurement of residual stresses is not affordable for every case considering the need of equipment and crew to conduct measurements so they need to be predicted. In this study a new method is proposed for curve fitting of the deflection curve discretization by means of fixed curvature segments employing G1 tangential continuity. The method uses nodal coordinates and inclination at the 1st node to fit segments through nodes with a fixed curvature within using only either measured or predicted imperfection curve. Additionally, the method presents the methodology to use curvatures for residual strength assessment employing moment-curvature relationship explained within Euler-Bernoulli beam theory. Since its known that any curvature of a beam leads to strains in fibers, and strains lead to stresses; area integration of the stresses through section leads to the subjected or resultant moment. Using the mentioned relationship for any metarial model or composition of materials for any type of section the moment-curvature relationship can be obtained directly. Thus, it will be possible to predict the reduction in moment carrying capacity due to the damages of the structure considering the residual curvatures and possibly loaded moment could be predicted using moment-curvature diagram. In the thesis, mesh independency study for the proposed imperfection modelling method is conducted by evaluation of the modelling for 3 different cases and these results are compared to analytical curvature value. For validation of model in prediction of residual curvatures the results are compared with a commercial FEA program, ANSYS using a loading-unloading simulation of a beam for the given moments. It has been seen that proposed method can be used for modelling of any kind of imperfection and assessment of residual strength of beams.
Gemi dalga sisteminin sınırlı bir yüzeyini kullanarak dalga direncinin belirlenmesi
Geminin sakin suda istenilen bir hızda hareket edebilmesi için ihtiyaç duyduğu kuvvet gemi direnci olarak isimlendirilir. Günümüzde bu kuvvet genel olarak motor ya da türbin vasıtasıyla elde edilmekte oradan da pervane ya da sujeti yardımıyla itme oluşturulmaktadır. Bu motor ya da türbinlerin istenilen kuvveti oluşturabilmek için ihtiyaç duydukları yakıt miktarı günümüzde son derece önem kazanmıştır. Bu sebeple geminin servis hızı gibi önemi hız değerlerinde ihtiyaç duyduğu kuvvet miktarının tasarım aşamasında bilinmesi ve o kuvvet seviyesinde optimum olarak çalışacak makine seçimi yapmak verimlilik açısından son derece önemlidir. 1850'li yıllardan beri bu sebeplerle geminin direnç miktarının tasarım aşamasında tahmin edebilme çalışmaları yapılmaktadır. Geminin toplam direnci genel olarak akışkanın viskozitesinden kaynaklı direnç bileşeni ve geminin etrafında ürettiği dalga sisteminin taşıdığı enerjinin sebep olduğu dalga-yapıcı direnç bileşeni olarak ikiye ayrılmaktadır. Dalga direnç bileşenini tekne etrafındaki basınç dağılımının integre edilmesiyle bulunabileceği gibi, geminin etrafındaki dalga sisteminin taşıdığı enerjinin belirlenmesiyle de mümkündür. Enine ve boyuna dalga kesit yöntemleri bahsedilen ikinci tür yöntemlerin başında yer almaktadır. Bu yöntemlerde yöntemin türüne göre gemi hareketinin enine yada boyuna dalga sisteminden kesitler alınarak bu kesitlerin kesit alınan yön boyunca integrasyonu sonucunda dalga direnç değerine ulaşılmaktadır. İkisininde kendine ait dezavantajları olmakla beraber bu çalışmada, öncesinde 2009 yılında Çalışal'ın üzerinde çalıştığı, yüzey alanı metoduyla bu dezavantajlar ortadan kaldırılmak istenmektedir. Bu yöntemde kullanılan dalga direnci ifadesi dalga meyli ifadesi kullanılarak türetilmiştir. Dalga meyli dalga yüksekliğine göre çok daha çabuk sıfıra yakınsayan bir büyüklük olması sebebiyle çok daha kısa x mesafeleri için hesaplamalar yapılarak doğru sonuçlar elde etmek mümkündür. Yüzey alanı yöntemi de dalga meylinin bu özelliğini barındırması hasebiyle boyuna kesit metodunun taşıdığı kesme hatası düzeltmesinden kurtulunmuştur. Bu çalışmada dalga-yapıcı direnç olarak ifade edilen direnç bileşenin tahmini noktasında yüzey alanı metodu (surface-patch) olarak isimlendirilen metod incelenmiştir. Bu yöntemle direnç hesaplanabilmesi için öncelikli olarak gemi etrafındaki dalga sisteminin belli bir alanının dalga yüksekliklerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu sebeple bu çalışmada DTMB-5415 askeri model gemisi, KCS konteynır gemisi ve DTC konteynır gemisinin etrafındaki akış ticari bir HAD yazılımı olan Star CCM+ programıyla viskoz etkiler göz ardı edilerek çözülmüş ve dalga yükseklikleri elde edilmiştir. Bu dalga yükseklikleri yardımıyla yüzey alanı yöntemi kullanılarak boyutsuz dalga direnci katsayıları hesaplanmıştır. Yöntemin doğrulanabilmesi için hesaplanan bu değerler litaratürde var olan model deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmanın sonucunda % 1 lere varan doğruluklar elde edlilmiştir fakat bu doğruluk mertebelerinin yakalanabilmesi için yüzey alanının konumunun özellikle y yönündeki ilk konumun çok dikkatli seçilmesi gereği görülmüştür. Bundan dolayı farklı Froude sayılarında değişken y1 (yüzey alanının boyutsuz y yönündeki ilk konumu) değerleri için araştırma yürütülmüş ve optimum y1 değeri saptanmaya çalışılmıştır. DTMB-5415 için farklı Froude sayılarında hesaplanan değerlerin Froude sayısıyla orantılı olduğu gözlemlenmiştir. Bu sebeple uygun y1 değeri Froude sayısına bağlı bir grafik yardımıyla verilmiştir. Daha sonra KCS gemisinin servis hızında dalga direnç katsayısı değeri hesaplanmış ve DTMB-5415 için belirlenen optimum y1 değerine yakın bir değer olduğu saptanmıştır. Ancak DTC gemisinin servis hızında yapılan hesaplamada bulunan y1 değerinin önerilen y1 değerinden farklı olduğu görülmüştür bu da yöntemin güvenilirliği noktasında soru işaretleri oluşturmuş, farklı tip gemiler için uygun y1 değeri hesaplanmasında daha fazla ve derinlemesine çalışmaların gereğini ortaya çıkarmıştır.
Dynamic response analysis of a floating platform for offshore wind turbines
In recent years, studies demonstrating the potential of the offshore wind energy have shown that the installation site of the wind turbines needs to be extended to areas farther from the shore. However, bottom founded type offshore wind turbines have limited the installation site to the near-shore areas, so far. Making more use of the wind energy source is possible through the floating type offshore wind turbines. Due to the extreme loads, comprehensive response analysis of the floating offshore wind turbines under combined wave and wind excitation is essential during the initial design. In this study, the response analysis of the large-scale floating platform carrying two wind turbines is performed under combined wave and wind loads. It is well accepted that the investigation of the rigid body motions of the floater is sufficient in response analysis; however, the elastic motions of the floater should be considered in present study due to its dimensions. In order to analyze the aero-hydro-elastic response of the floater, firstly the dynamic characteristics are determined by the finite element analysis by considering that the response of the structure can be represented by its dynamic characteristics. The rotor-nacelle assembly of the wind turbine is imitated by a concentrated mass with rotational inertia in finite element analysis. Hydrodynamic radiation and wave forces in frequency domain are computed according to the dynamic characteristics by using the boundary element method and transformed to their time domain representation by the convolution of the radiation impulse response function and using the sine transformation, respectively. The sea state is modeled by using the Pierson-Moskowitz wave spectra. The aerodynamic forces are obtained by considering the steady wind condition and using the blade element momentum theory. The time domain response of the structure is acquired by the time integration of the equation of motion.
A numerical investigation into the effect of the vertical tapered winglets on fully-submerged hydofoils
In this study, the effects of variations of the basic parameters of winglets, which have similar characteristics in each wing, on the efficiency of a wing underwater are examined. Computational Fluid Dynamics (CFD) was used to obtain the result. The executive equations of the CFD analyzes were used with the SIMPLE algorithm, which is a decompression method that gives a pressure rate-dependence for the continuous flow of a Reynolds-averaged Navier Stokes (RANS) based numerical study, and the SST k-ω turbulence model chosen for boundary layer flow analysis. In the study, a rectangular wing with a cross section of NACA0012, a section length of 1 meter and a side ratio of 6 was used. During the entire study, the attack angle of the main wing was kept constant at 5o and the Reynolds number at 6x106. The solution volumes created for the analyzes were created around the half-wing opening using the mirror principle. The performance of the new wing structures formed by attaching the selected blades NACA0006 onto the tip of the bare wing were compared with each other and with the bare wing for each parameter examined. The wings are generally regarded as simple wedges with a taper ratio of 0.3 as a simple basic geometry. A validation study has been conducted with the aim of checking the consistency and reliability of the CFD solution mesh and method used. The independence studies of the grids were carried out together with the validation studies and the final solution grid parameters selected for the 3D wing were preserved while the solution meshes of the wingleted wings were constructed. The winglet geometry parameters examined in this study are the ratio of the winglet root section length to the base wing section length, the ratio of the winglet span to the base wing section length, the direction of the winglet, and the angle of the winglet trailing edge. These parameters are symbolized as CCR, SCR, DW and β, respectively. Parameters such as the radius of junction and the cant angle are not investigated since the optimal values may vary in different basic wings and in different flow conditions. It was predicted that the effect of the examined winglets only on the induced speeds should not be attributed to the lift force of the whole wing itself and therefore the slope of the bladder was fixed at 0 °. Firstly, the CCR ratio was fixed upwards at a direction of 0.5 and at β 0o. The flapping wings examined are labeled W1, W2 and W3 respectively. As a result of analysis, the most efficient wing was determined as W1 with 6.19% CL / CD increase. The W1 wing also provided the highest value of 10.03 per cent as a CL increase between 3 wings. No decline was observed in CD values, but W3 was observed with a minimum increase of 2.41%. This shows that the winglets are not effective enough in reducing the induced drag force than the contributions to the profile drag force. W3 has the least surface area and gives the least value in CD increase. However, it has been found that the tip has the lowest value in yield increase since it is the most unsuccessful wing in terms of damping or deformation. Secondarily, the SCR parameter was examined at three different values of 0.5, 0.75, 1 and the other parameters were kept constant at the same value as the parameters of W1. Therefore, two new wingleted wing analyzes were performed and these wings were coded as W4 and W5, respectively, with SCR values 0.75 and 1, respectively. As a result of analysis, the most efficient wing was determined as W4 with 6.44% CL / CD increase. W4 wing increased 12.22% in CL and 5.42% in CD compared to wingless wing. The W5 wing achieved the highest CL increase by 13%, but at the same time it had the highest value of 7.23% in the CD increase, and performed a more unsuccessful performance than the W4 with a CL / CD value of 5.38%. In view of the results obtained, it has been observed that the liquefaction effect of the SCR ratio has a parabolic structure. Although the optimal SCR rate for this study was found to be 0.75, this value may vary in different wings and in different flow parameters. The next parameter, the direction of the fin direction, has been investigated in three different ways, up, down and on both sides in total. The other parameters are the same as W4 wing and the wingleted wings directed downwards and oriented to both sides are coded and analyzed and coded as W6 and W7 respectively. As a result of the analysis, the W6 was the wing which provided the least efficiency (CL / CD) increase among all wingleted wings examined. However, it has an important feature that it does not cause CD increase compared to the bare wing. This feature can be applied directly on the existing wing on a hydrofoil boat. In other cases, the other winglets will cause the wing to increase the overall resistance and slow down the vessel by producing extra drift while traveling at maximum speed where the vessel does not need more lifting force. W6 is predicted not to cause a loss in the course of maximum speed but also to decrease the speed of the vessel to go from the hullborne to the foilborne cruise because it will increase the wing efficiency, that is to say, it will produce more lifting force than the same drag force. In order to use the W4 advantage, a wing that is smaller in size and smaller in attack angle should be used, by removing the existing wing, producing the same drift value as the existing wing but producing more lift because the efficiency is higher. In this case, it is predicted that the speed needed to switch from hullborne to foilborne will decrease more than that of the W6. With a different wing design, it is predicted that by replacing the wing with a wing that has a winglet, it is possible to keep the coefficient of lift force constant and to increase the maximum speed of the craft by reducing the resistance. In other words, the advantage of W6 is the ability to increase boat efficiency with a lower investment cost, although it is less efficient than other winglets. The W7 wing provides greater lift than the W4 wing with a CL increase of 13.55% compared to the base wing. However, the CD also caused a further increase of 7.83% from the W4 wing. As a result of these values, it was observed that CL / CD ratio could be increased by 5.28% behind W4. Similar to the comparison of the W4 wing with the W5 wing, this results in a high profile drift force, which is caused by the large surface area, negatively affects the CL / CD ratio, although the W7 wing also damps the induced velocities more effectively. As a final parameter, the sweep angle β, 0o and 15o of the trailing edge are examined. In comparison with W4, the analysis of the winglet which has β = 15o coded as W8 and the same as the other parameters W4 has been carried out. As a result of the analysis, the increase of 11.93% CL, which the W8 wing provided in accordance with the bare wing, lagged behind the W4 wing. However, the exhibited 6.78% CL / CD increase is only 0.03% higher than the W4. When the distributions of the wake of these two wings and the distribution of pressure coefficients are examined, it is left open to debate whether the W8 wing has the advantage of having a lower risk of cavitation, but with a more distorted wake distribution and a more complex structure in terms of production.
Serbest düşme filikalarında yolcu güvenliği
Serbest düşme filikaları birçok gemi ve açık deniz yapılarında oluşabilecek yangın, batma vb. durumlarda, insanların yapıyı güvenli bir şekilde terk etmesine yarayan acil durum ekipmanlarından biridir. Diğer can kurtarma filikalarının aksine, olumsuz hava koşullarında dahi bulunan yeri hızlı bir şekilde terk etme kabiliyetine sahiptir. Bu sebeple özellikle acil durum tahliye faaliyetinin çok önemli olduğu petrol platformlarında, petrol ve petrol türevlerini taşıyan gemilerde serbest düşme filikaları uzun yıllardır kullanılmaktadır. Serbest düşme filikarında güvenlik çalışmaları kapsamında yapısal güvenlik öncelikli çalışma konusu olmuş, fırlatma testi sırasında koltuk üzerinden okunan ivmelerle yapılacak matematiksel değerlendirmeler yolcu güvenliği değerlendirmesi açısından yeterli görülmüştür. Ancak insanın karışık biyomekanik yapısı ve yüksek fırlatma noktalarından bırakılabilen serbest düşme filikalarının dizayn edilmesi bu yaklaşımın zamanla sorgulanmasına sebep olmuştur. Özellikle sahada yapılan tatbikatlardan gelen bazı yaralanma bilgileri bu konuya dikkatleri çekmiş, ilgili kuruluşların konu üzerinde çalışmalarını sağlamıştır. Yolcu güvenliği konusunda detaylı çalışmaların yapılabilmesi için yaralanma mekanizmasının iyi anlaşılması gerekmektedir. İnsanda yaralanma mekanizması vücudun her bölgesi için farklı çalışmaktadır. Örneğin vücudun maruz kaldığı doğrusal veya açısal ivme kafa yaralanmaları için çok kritik iken, göğüs bölgesinde emniyet kemerinden dolayı oluşan sıkışma kritik yaralanmalara sebep olmaktadır. Oluşan yaralanmaların değerlendirilmesinde ve farklı yaralanma tiplerinin birbiriyle karşılaştırılması için AIS adı verilen yaralanma skalası kullanılmaktadır. AIS sistemi yaralanmanın ciddiyetini 0-6 arası kodlarla tanımlamıştır. 0'dan 6'ya doğru yaralanmanın ciddiyeti artarken insanların bu yaralanma sonucu ölüm riski de artmaktadır. İlk yardım ve tıp alanındaki gelişmelerin tedavileri kolaylaştırmasının yanında insanla ilgili anatomik bilginin artmasıyla AIS skalaları zamanla güncellenmektedir. Günümüzde yapılan yolcu güvenliği çalışmalarında mühendislerin genel amacı çalışılan üründe bulunan yolcuların yaralanma boyutlarını belirlenmiş AIS skalası içinde tutmaktır. Mühendislik çalışmalarında yolcu güvenliği değerlendirmesi için geçmişte kadavralar kullanılıyorken, artık onların yerini gelişmiş test mankenleri almıştır. Test mankenleri bilinen yaralanma çeşitleri için kritik olan yükleri veya yükleme etkilerini ivme, hız, kuvvet veya yer değiştirme gibi yerleştirilmiş sensörlerle ölçebilen ölçüm cihazlarıdır. Serbest düşme filikalarının hareketi sırasında oluşan ivme yüklerinin yolcuya etkisi 3 şekilde incelenebilmektedir. SRSS ve DR olarak adlandırılan ilk iki yöntem, fırlatma sırasında oluşan ivmenin, belirlenmiş limitler ve formüller kullanılarak matematiksel olarak değerlendirilmesi esasına dayanan yöntemlerdir. Bu yöntemlerle hesaplanan CAR indeksi veya DRI indeksi birim değerden küçükse önemli yaralanma riskinin düşük olduğu kabul edilir. Test mankeni ile yapılan değerlendirmelerde ise oluşan yüklerin yanında, koltuk ve bağlayıcı ekipman gibi çevre birimlerin de yolcu üzerindeki etkisi incelenerek ayrıntılı güvenlik değerlendirmesi yapılabilmektedir. Test mankenleri ile yapılan detaylı yaralanma değerlendirmesi sonucunda hangi tip yaralanmanın, hangi sebeple ortaya çıktığı anlaşılmakta; bu yaralanmanın önüne geçmek için dizayn iyileştirmesi yapılabilmektedir. Bu çalışmada Hybrid III test mankeni ile bilgisayar yazılımı kullanılarak, karakteristik ivme özellikleri 28 metreden fırlatılan bir serbest düşme filikasının orta sıra koltuğuna eş olan bir yükleme için yolcu güvenliği değerlendirmesi yapılmıştır. Filika iç dizaynında başlangıç olarak dört nokta emniyet kemeri ve filika önüne bakan koltuk kullanılmıştır. İlk analizin tamamlanmasıyla birlikte hesaplanan CAR indeksi 0.99 olan bu yükleme şartlarında test mankeninin kinematiği ve yaralanma eğrileri detaylı olarak incelenmiştir. Hareket ve ilgili yaralanma riskleri belirlendikten sonra koltuk oryantasyonu, koltuk dizayn değişikliği, ek kemer bağlantısı ve altı nokta emniyet kemeri gibi değişkenler yardımıyla iç dizayn iyileştirilmeye çalışılmıştır. Çalışmada manken ile test yapılmamış olsa bile analiz için harcanan zaman ve kaynaklar düşünüldüğünde, SRSS yöntemi ile değerlendirme manken ile yapılan değerlendirmeye göre çok daha ekonomik ve hızlı olduğu çıkarımı yapılmıştır. Hesaplanan CAR indeksinin maksimum değer olan 1'e çok yakın olması ve manken ile yapılan yaralanma değerlendirmesinin AIS 2 ve AIS 3 seviyesinin çok altında olması, SRSS yönteminin bu seviyedeki yaralanmaların tahmini için güvenlik payı yüksek, ihtiyatlı bir yaklaşım olduğunu göstermiştir. SRSS yöntemi ile yapılan değerlendirmenin sonucunda bir değişikliğe sebep olamayacak kemer, koltuk dizaynı ve koltuk döşemesi gibi parametrelerin test mankeni yaralanma değerleri üzerinde önemli etkiye sahip olduğu görülmüştür. Aynı yükleme durumu için basit iç dizayn değişiklikleri ile yolcuların yaralanma riskleri azaltılabileceği gösterilmiştir. Hatalı yapılmış iç tasarımların yolcu yaralanması üzerine olumsuz etkilerinin ancak test mankeni ile yapılacak değerlendirme ile fark edilip, düzeltilebileceği gösterilmiştir. Sonuç olarak; koltuk üzerinden ölçülen ivme için matematiksel yöntemlerle yapılan yolcu güvenliği değerlendirmeleri ekonomik ve hızlı değerlendirme metodları olmasına karşın iç dizaynı hesaba katmadığı için dizaynın yolcu güvenliği açısından doğrulanmasında eksik yönleri bulunduğu görülmektedir. Bu durumda doğrulama metodu olarak test mankeni ile bilgisayar modeli veya test üzerinden değerlendirme yapılmasının final ürün doğrulaması açısından gerekli olduğu düşünülmektedir.
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.
Denizaltı kıç formunun sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Denizaltı hidrodinamiği alanındaki bilimsel araştırmaların büyük kısmının akustik ve sevk sistemi verimi konularına odaklandığı görülmektedir. Sevk karakteristiklerini belirleme konusunda sayısal ve deneysel yöntemlerin birbirlerini doğrulayacak şekilde kullanılabilmesi önem taşımaktadır. Denizaltılar konusunda açık literatüre sunulan verilerin kısıtlı olması Amerika Birleşik Devletleri'nde DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency)'nın Suboff projesini başlatmasına neden olmuştur. Böylece geometrisi açık literatüre sunulmuş jenerik bir denizaltı formu üstünde araştırmacılar sayısal ve deneysel çalışmalarını gerçekleştirebilmektedir. DARPA Suboff denizaltı model geometrisi kullanılarak birçok çalışma yayınlanmıştır. Bu çalışmalar arasında INSEAN (Italian Ship Model Basin) tarafından tasarlanan E1619 pervanesi ile sevk edilen DARPA Suboff denizaltı geometrisinin sayısal olarak sevk karakteristiklerini belirlemeye yönelik çalışmalar bulunmasına rağmen bu verileri doğrulayacak deneysel bir çalışma mevcut değildir. Denizaltıların sevk karakteristiklerine etki eden en önemli faktörlerden biri de kıç formu dolayısıyla kıç koniklik açısıdır. Kıç koniklik açısının sevk karakteristiklerine etkisi ile ilgili açık literatürde sınırlı kaynak bulunmaktadır. Bu kaynaklarda itme azalması katsayısı, iz katsayısı ve tekne verimi ifadeleri kıç koniklik açısına ve denizaltı boy-genişlik oranına bağlı olarak sunulmaktadır. Bu kaynaklar incelendiğinde özellikle tekne verimi yönünden verilerde uyumsuzluk gözlemlenmektedir. Bu bilgiler doğrultusunda bu çalışma kapsamında E1619 pervanesi ile sevk edilen DARPA Suboff denizaltı modelinin sevk karakteristikleri deneysel ve sayısal olarak incelenerek elde edilen sonuçlar doğrulanmış ve kıç koniklik ile boy-genişlik oranının sevk karakteristikleri üzerine etkileri sayısal olarak araştırılmıştır. Deneysel çalışma kapsamında Türkiye'de ilk kez denizaltı sevk deneyleri gerçekleştirmek üzere bir denizaltı deney düzeneği tasarlanarak üretilmiştir. Yine denizaltı model pervanesi de yerli imkanlar ile model deneylerine uygun hassasiyette işlenerek üretilmiştir. DARPA Suboff model denizaltısı ve INSEAN E1619 pervanesi geometrileri kullanılarak üretilen denizaltı test düzeneği ile İTÜ Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı'nda direnç ve sevk deneyleri gerçekleştirilmiştir. Direnç deneyleri üç farklı hız için gerçekleştirilmiş ve sonuçlar daha önce açık literatüre sunulmuş sonuçlar ile karşılaştırılarak iyi bir uyum gözlemlenmiştir. Sevk deneyleri değişken yüklemeli sevk deneyi yöntemine göre tek bir dizayn hızında farklı pervane yüklemelerine denk gelecek şekilde yedi farklı devir değeri için tekrarlanmıştır. Deney sonucunda denizaltının kendi kendini sevk noktası ve bu noktadaki devir, itme kuvveti, tork kuvveti değerleri belirlenmiştir. Sevk deneyi verileri itme benzerliği yaklaşımı kullanılarak düzenlenmiş, itme azalması katsayısı, Taylor iz katsayısı ve tekne verimi ifadeleri elde edilmiştir. Sayısal hesaplamalar sonlu hacimler yöntemini kullanan ANSYS Fluent 14.5 yazılımı ile yapılmıştır. Analizler zamandan bağımsız olarak gerçekleştirilmiştir. Sayısal hesaplamalarda E1619 model pervanesi bir Chimera blok içinde modellenerek MRF (Moving Referans Frame) yöntemi ile dönme hareketi verilmiştir. Türbülans modeli olarak pervane analizlerinde kullanımı yaygın olan SST k-w türbülans modeli kullanılmıştır. Analizler farklı çözüm ağı yoğunlukları için yapılarak çözüm ağından bağımsızlık çalışması gerçekleştirilmiştir. Pervane açık su karakteristikleri ve pervane gerisi hızları elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar daha önce INSEAN tarafından sunulan sonuçlar ile karşılaştırılmış ve özellikle dizayn hızında iyi bir uyum yakalandığı görülmüştür. Pervane açık su karakteristikleri ve pervane gerisi hızları aynı zamanda pervanenin denizaltı arkasında kullanılan ölçeklendirilmiş boyutu için de analizler yapılarak elde edilmiştir. Yine aynı şekilde DARPA Suboff model denizaltısının direnci de farklı hızlar için sayısal olarak elde edilmiştir. Elde edilen direnç değerleri hem daha önce açık literatüre sunulan hem de tez çalışması kapsamında elde edilen deneysel veriler ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sayısal sonuçların deneysel sonuçlar ile iyi bir uyum yakaladığı gösterilmiştir. Sayısal olarak kendi kendini sevk noktasının belirlenmesi için E1619 pervanesi ile sevk edilen DARPA Suboff model denizaltısının dizayn hızında analizleri değişken yüklemeli sevk deneyi yöntemine uygun olarak tahmini sevk noktasının üstünde ve altında olacak şekilde iki farklı pervane yüklemesinde gerçekleştirilmiştir. Elde edilen itme kuvveti ve direnç değerlerinin pervane devrine bağlı olarak çizdirilmesi ile oluşan kesişim kendi kendini sevk devrini vermiş, bu devir için de bir daha analiz yapılarak bu noktadaki sevk karakteristikleri itme benzerliği yaklaşımı kullanılarak itme azalması katsayısı, iz katsayısı ve tekne verimi ifadeleri olarak elde edilmiştir. Elde edilen sayısal sonuçlar deneyde elde edilen veriler ile karşılaştırılmış ve özellikle kendi kendini sevk noktasındaki pervane devri ile itme kuvvetinin iyi bir uyum ile belirlendiği görülmüştür. Sayısal olarak kendi kendini sevk noktasının deneysel sonuçlar ile uyum içinde elde edilmesinin ardından DARPA Suboff denizaltısının farklı kıç koniklikleri ve orijinal durumdaki koniklik için farklı boy-genişlik oranları için sevk karakteristikleri hesaplanmıştır. Farklı kıç koniklik açısına sahip denizaltı geometrilerinin türetilmesi için denizaltı geometrisinin kıç formu için verilen matematiksel formülasyondaki katsayılar sabit hacim prensibi sağlanacak şekilde değiştirilerek farklı kıç koniklik açısına sahip denizaltı geometrileri türetilmiştir. Bunlar içinde anlamlı olan dört adet geometri belirlenerek direnç ve sevk karakteristikleri sayısal olarak elde edilmiştir. Elde edilen itme azalması katsaysı, Taylor iz katsayısı ve tekne verimi ifadeleri kıç koniklik açısına bağlı olarak çizdirilmiş açık literatürde daha önce verilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Farklı boy-genişlik oranlarına sahip denizaltı geometrileri de pervaneli denizaltı kıç formunun ölçeklendirilmesi ve sabit hacim koşulu sağlanacak şekilde paralel gövde uzunluğunun değiştirilmesi ile elde edilmiştir. Orijinal koniklik açısına göre türetilen formların direnç ve sevk analizleri yapılmıştır. Kendi kendine sevk noktaları belirlenerek bu noktalardaki iz katsayısı ve tekne verimi ifadeleri hesaplanarak açık literatürde verilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak bu tez çalışması ile E1619 pervanesi ile sevk edilen DARPA Suboff Denizaltı modelinin sevk deneyleri gerçekleştirilerek kendi kendine sevk noktası belirlenmiş ve sevk karakteristikleri açık literatüre kazandırılmıştır. Kıç koniklik açısının sevk verimine etkisi araştırılarak açık literatürde bulunan sonuçlara bir katkı sağlanmıştır. Ve nihayetinde Türkiye'de milli denizaltı çalışmalarında hem deneysel hem de sayısal yönden denizaltı sevki konusunda gerçekleştirilecek çalışmalar için başvurulabilecek bir kaynak sağlanmıştır.
Viskoelastik çekirdeğe sahip eğrisel kompozit sandviç kirişlerin diferansiyel kuadratür yöntemi ile titreşim analizi
Bu tez çalışmasında alt ve üst yüzleri elastik, orta katmanı viskoelastik malzeme olan eğrisel kompozit sandviç kirişin titreşim analizleri incelenmiştir. Öncelikle bu kirişe ait bünye denklemleri ve sınır şartları silindirik koordinatlarda ve eğrisel kartezyen koordinatlarda virtüel iş prensibi ile türetilmiştir. Oluşturulan bu denklemler ise genelleştirilmiş diferansiyel kuadratür (GDQ) yöntemi ile frekans alanında çözdürülmüştür. Elde edilen sonuçlar ANSYS Mechanical paket programının modal gerinim enerjisi (MSE) yönteminin kombinasyonu ve literatürde bulunan sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Kirişin katman kalınlıkları, katmanların laminasyon açıları ve kompozit sandviç kirişin eğriliğinin silindirik ve eğrisel kartezyen koordinatlarda doğal frekans sonuçlarına etkisi incelenmiştir.
Gemilerde atık enerjinin transkritik organik rankine çevrimi ile geri kazanımı
Yakıt fiyatlarının artması, küresel enerji talebi ve yeni kısıtlayıcı emisyon düzenlemelerinin yürürlüğe girmesi, daha verimli ve çevre dostu güç çevrimlerinin tasarlanmasını ve mevcut enerji türlerinin en iyi değerlendirilmesini gerektirir. Dünya ticaretinin büyük çoğunluğu gemi taşımacılığı ile yapıldığı düşünülür ise gemilerde enerji verimliliği önemli hale gelmektedir. Uluslararası denizcilik örgütü (IMO) gemi kaynaklı emisyonlara aşamalı olarak sınırlamalar getirmektedir. Gemilerde atık ısı kaynağı ana ve yardımcı makinelerdir. Bu bağlamda, atık enerjilerin faydalı işe dönüşmesi için ek ilave kurulumlar gereklidir. Bir gemideki başlıca atık ısı kaynakları: egzoz gazı, soğutma suyu, yağlama yağı ve süpürme havası olarak sayılabilir. Bu atık ısı kaynaklarından enerji geri kazanımı için uygulanan yöntemlerden arasında Organik Rankine Çevrimi (ORC)'dir. ORC uygulamaları, yenilenebilir enerji ve atık ısı geri dönüşüm sistemlerinde giderek artan bir ilgi görmektedir. Bu uygulamalar özellikle düşük ve orta kalitedeki ısıl enerji kaynaklarının faydalı işe dönüştürülmesinde kullanılır. Organik akışkanlı çevrimler kullanılarak farklı konfigürasyonlar uygulanabilir. Bu çalışmada ise atık ısı geri kazanımı için Organik Rankine Çevrimi'nin bir türevi olan Transkritik Rankine Çevrimi incelenmiştir. Atık ısı geri kazanımında doğal olarak ısı değiştiriciler kullanılmaktadır. Bu nedenle ısı değiştiricilerindeki ısı transferi olaylarını hassas bir şekilde tahmin edebilmek için ısı transferi ve basınç kaybı modelleri kullanılır. Bu çalışmada; ısı değiştiricilerdeki basınç kaybı ve özgül entalpi değişimlerinin, iş akışkanlarının termofiziksel özelliklerine, dolayısıyla sistem performansına olan etkileri incelenmiştir. Ayrıca ana makine yükü, iş akışkanı debisi ve ısı değiştiricisi parametrelerinin atık ısı geri kazanım sistemine olan etkileri de incelenmiştir.
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.
Tek silindirli sıkıştırılmış doğal gaz yakıtlı buji ateşlemeli bir motorun performansının farklı sıkıştırma oranlarında deneysel incelenmesi
Dünyadaki petrol rezervleri her geçen gün azalmakta ve sanayileşme ile birlikte hava kirliliğinde önemli ölçüde bir artış gözlenmektedir. Bu sebeplerden dolayı alternatif temiz bir yakıt olan doğal gaz üzerinde yapılan bilimsel çalışmalar giderek artmaktadır. Ülkemizde sıkıştırılmış doğal gaz (CNG) kullanımının artması ve kojenerasyon ve trijenerasyon sistemlerinin gelişimi bu konudaki araştırmaları teşvik etmektedir. Bu çalışmada, buji ateşlemeli değiştirilebilir sıkıştırma oranlı 661 cm^3 silindir hacmine sahip bir deney motoruna CNG dönüşümü yapılmıştır. Yenilenen yakıt hattında gaz, 2 bar basınca sahiptir. Enjeksiyon emme stoku ile birlikte başlatılmıştır. Ateşleme avansı 26 KMA olarak belirlenmiştir. Kelebek valf tam açık konumda kullanılmıştır. Deneyler 8:1 ve 10:1 olan iki farklı sıkıştırma oranın yapılmıştır. Performans ölçümleri, 1000- 1400 ve 1800 dev/dak hızlarında gerçekleştirilmiştir. Sıkıştırma oranının 8 den 10 a yükselmesi ile efektif güçte bir artış görülmüştür. Sıkıştırma oranı 10 iken, 8 e kıyasla motorun daha verimli çalıştığı, daha az yakıt tükettiği gözlenmiştir. Yüksek hızlarda her iki sıkıştırma oranında da volümetrik verimde bir azalma görülürken, motorun sıkıştırma oranı 10 iken daha kararlı bir şekilde çalıştığı sonucuna ulaşılmıştır. Anahtar Kelimeler: Alternatif yakıt, Doğal gaz motoru, Motor performansı
Boru içi akışlarda basınç kayıplarının incelenmesi
Boru içi akış birçok mühendislik uygulamalarında ve farklı alanlarda karşımıza çıkmaktadır. Örneğin, hidrolik olarak çalışan bir sistemde, suyun yüksek bir noktaya iletilmesinde, bir yangın sisteminde, havalandırma sistemlerinde dairesel veya dairesel olmayan borulama sistemi kullanılır. Akışkanı iletmek için genellikle fan veya pompalardan yararlanılır. Fan veya pompa gücünün belirlenmesinde bu akışlarda oluşacak kayıpların bilinmesi önemlidir. Eksik kayıp hesapları sonucu sistemin çalışmamasının yanında, fazla pompalama veya fan gücünün gereksiz yüksek maliyetler oluşturması istenmeyecek durumdur. Bu nedenle akışta meydana gelecek kayıpların bilinmesi önemli bir faktördür. Boru içerisinde meydana gelen enerji/basınç kayıpları ikiye ayrılmaktadır. Birincisi akışa ters yöndeki sürtünme kuvvetinden meydana gelen kayıplardır. Bu kayıplara sürekli kayıplar denir. Kısaca akış kesiti, akış doğrultusu değişmeden düz bir boruda meydana gelen kayıplardır. İkincisi ise akış yönünde veya akış kesitinde meydana gelen değişimler sonucu oluşan kayıplardır. Bu kayıplara yerel kayıplar denir. Kısaca dirsekler, ani daralma ve genişlemeler, bağlantı elemanları gibi etkenler ile ortaya çıkan kayıplardır. Bu çalışmada analitik ve deneysel sonuçlar ile sayısal analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Sayısal analiz ile elde edilen sonuçların doğruluğu incelenmiştir. Buna göre sayısal analiz yöntemi ile gerçeğe yakın değerlerin bulunabileceği öngörülmüştür. Birçok farklı model için yapılacak deneysel araştırmalar yerine sayısal analiz yöntemiyle hem zamandan tasarruf hem de ekonomik olarak önemli ölçüde fayda sağlanacağı öngörülmüştür. Ayrıca dirsek kayıpları incelenmiş olup bu kayıplar üzerinde akış hızının, boru çapının ve dönme yarıçapının etkisi incelenmiştir. Sonuçlara göre hız arttıkça kayıp katsayısı azalmakta, çap attıkça kayıp katsayısı artmaktadır. Dirseklerde dönüş yarıçapı kullanılarak önemli miktarda kayıplar engellendiği görülmüştür.
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.