Gemi direnci ve serbest su yüzeyi deformasyonlarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Tekne form tasarımında direnç özelliklerinin doğru olarak tahmini önem arz etmektedir. Gemi toplam direncinin doğru hesaplanmaması geminin yakıt tüketimini artıracağından geminin ömrü boyunca işletme maliyetini de artıracaktır. Bu tez çalışmasında özellikle yüksek Froude sayılarında önemli bir direnç bileşeni olan dalga direnci ve dalga deformasyonlarının incelenmesine dayanak oluşturması amacıyla potansiyel akış yaklaşımına göre sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda serbest su yüzeyi altında ilerleyen noktasal bir kaynağın sebep olduğu dalga deformasyonları bir sınır elemanları yöntemi yardımı ile incelenmiştir. Serbest su yüzeyi sınır koşulundaki lineer ve lineer olmayan terimlerin etkileri farklı hız ve derinlik değerleri için araştırılarak; ikinci ve üçüncü mertebe terimlere ait sonuçların, birinci mertebe ile uyum içerisinde bulunduğu Froude sayısı ve derinlik aralıkları belirlenebilmiştir. Çalışmada potansiyel analizlerin yanı sıra bir geminin toplam direnci, direnç bileşenleri ve gemi etrafındaki dalga deformasyonları deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Bu kapsamda ilk önce yöntemin doğrulaması amacıyla KCS, daha sonra ise bir gaz tankeri (LNG) modelinin ayrıntılı direnç ve dalga deformasyonu deneyleri gerçekleştirilmiştir. Aynı model tekne için benzer şartlarda sonlu hacimler yöntemine dayalı bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemiyle akış analizleri gerçekleştirilmiştir. HAD ile analizlerde akımın türbülanslı olarak açık kanal (open channel) tekniği ile zamandan bağımsız şekilde çözümler elde edilmiştir. 2

Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile elde edilen direnç bileşenleri ve dalga deformasyonları deney sonuçları ile karşılaştırılmış, özellikle geminin dizayn hızı civarındaki Froude sayılarında (0.212<Fn<0.265) direnç bileşenlerinde çok iyi bir uyum olduğu görülmüş; dalga deformasyonlarında da sonuçlar kabul edilebilir mertebelerde bulunmuştur. Çalışmada model geminin form faktörü iki farklı şekilde; Prohaska yöntemi ile deneysel olarak ve ayna simetrik çift model yaklaşımı ile sayısal olarak kabul edilebilir bir doğrulukta hesaplanmıştır.