Düzensiz akımdaki nozullu pervanelerin dizaynı ve analizi

Abstract

Gemi pervanelerinde değişik enerji kayıplarının oluşumu kaçınılmazdır. Özellikle yüksek yükleme durumlarında en önemli yeri eksenel enerji kayıpları tutar. Bu kayıpları azaltarak genel sevk verimi artırılabilir. Bunun bir yolu da pervane etrafında nozul kullanmaktır. Bu nedenle, geniş uygulama alanına sahip olan nozullu pervane sevk sistemlerinin dizaynı ve performans analizi için bu çalışmada sayısal metotlar geliştirilmiştir. Dizayn metodunda, pervanenin kaldırıcı hat, nozul ve göbeğin eksenel simetrik yüzey girdap metoduyla modellendiği ve nozul, göbek ve pervane aralarındaki etkileşimi dikkate alan iteratif bir yöntem kullanılmıştır. Analiz metodunda ise, kesit kalınlıklarının kaynaklarla, hidrodinamik yüklerin de uygun girdap dağılımlarıyla modellendiği ve göbek etkisinin halka girdap modeliyle hesaplara katıldığı bir kaldırıcı yüzey yöntemi kullanılmıştır. Dizayn ve analiz metotlarının sayısal uygulamaları amacıyla Fortran programlama dilinde iki ayrı yazılım geliştirilmiştir. Ayrıca sonlu hacimlere dayalı Fluent ile de CFD analizi yapılmıştır. Nozullu pervane dizayn metodu aynı zamanda, göbek ve nozul etrafındaki akım analizine imkan sağlamakta ve nozullu pervanenin tamamından veya bazı kısımlarından kaynaklanan herhangi bir noktadaki indüklenmiş hız bileşenlerini de hesaplamaya imkan tanımaktadır. Mevcut ve CFD analiz metotlarının her ikisi ile nozullu pervane üzerindeki basınç dağılımları elde edilebilmekte, ayrıca CFD yöntemiyle nozullu pervane çevresindeki akım hatları grafik ortamda elde edilebilmektedir. Mevcut analiz yöntemi göbeğin nozullu pervaneye etkisinin incelenmesine de imkan sağlamaktadır. Çalışmada nozullu pervane dizaynı, nozul ve göbek analizi için birer örnek uygulama yapılmıştır. Dizayn uygulamasından elde edilen pervane hidrodinamik değerleri kaldırıcı yüzey metodundan bulunan sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Nozul ve göbek analizlerinde bulunan sonuçlar da Fluent'ten bulunan sonuçlarla karşılaştırılarak, aralarında iyi bir uyum olduğu görülmüştür. Nozullu pervane analizi için üç uygulama gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmış ve uyum içinde oldukları görülmüştür. Ayrıca parametrik çalışma amacıyla analizde kullanılan nozullu pervane sistemleri için nozul boyu ve pervanenin nozul içerisindeki konumunun sistemlerin performans katsayılarına etkileri incelenmiştir. Sonuç olarak mevcut dizayn ve analiz yöntemleriyle kolay, hızlı ve güvenilir bir şekilde nozullu pervane dizaynı ve analizi gerçekleştirilebilmektedir.