FBE- Kıyı Bilimleri Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 13
-
ÖgeDolgu Zeminlere Oturan Kıyı Yapısı Temellerinin Tasarımında Yeni Yöntemlerin İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019)Dolgu zeminlerde koruma tabakasının oturması yalnızca sismik yüklerden kaynaklanmayıp sismik yüke ek olarak akıntı etkisi, dalga etkisi, rüzgar yükleri kaynaklı yapısal salınım ve bunun benzeri titreşim etkileriyle deniz tabanında ve filtre tabakasında oluşabilen yukarı yönlü basınç gradyanları (hidrolik eğim) nedeniyle de oturmaların olabileceği anlaşılmaktadır. Ortaya çıkan bu yüksek basınç gradyanlarıyla, taban (çekirdek) malzemesi sökülebilmekte, hatta borulanma hadisesiyle tüm dolgu yapısında göçme yaşanabilmektedir. "Dolgu Zeminlere Oturan Kıyı Yapısı Temellerinin Tasarımında Yeni Yöntemlerin İncelenmesi" başlıklı bu tez çalışmasında yukarıda bahsedilen olguları ölçek etkilerini minimize ederek prototip ölçeğinde modelleyebilmek amacıyla yeni bir fiziksel model sistemi kurulmuştur. Oluşturulan bu fiziksel modelde ince kum, orta kum ve ince çakıl olmak üzere 3 çeşit zemin kullanılmış ve bu üç tip zemin için sonuçlar mukayese edilmiştir. Bu deney sisteminde "düşen basınç gradyanı" ve "salınımlı basınç gradyanı" altında iki farklı deney tipinde 65 adet deney yapılmıştır. Bu deney düzeneği, zemin içinden dışarıya doğru meydana gelen kararsız (zamanla değişen) basınç gradyanları nedeniyle yukarı yönlü sızma akımı ve borulanmanın hangi koşullarda meydana geldiğini daha derinlemesine inceleme fırsatı sunmuş ve böylece gerekli önlemlerin (filtre ve koruma tabakası) alınması yönünde olanak sağlamıştır. Tez çalışması 6 ana başlıktan oluşmaktadır. Bu başlıkları kısaca özetlemek gerekirse 1. başlık olan giriş bölümünde tezin amacı, konusu ve kapsamı ile yapılan tüm literatür çalışmaların kısa özeti sunulmuştur. 2. Bölümde, rüzgâr enerjisi ve açık deniz rüzgâr türbinleri başlıklı kısımda ilk olarak açık deniz rüzgâr enerjisinin Türkiye ve Dünyadaki yeri istatistiki şekiller aracılığıyla bakılmış, genel olarak açık deniz rüzgâr türbin tasarımı ve çeşitliliği özetlenmiştir. 3. Bölümde, türbin temellerinin tasarımında oyulma koruması ve deniz tabanının davranışının incelenmesi kısmında oyulma ve sıvılaşma kavramları kısaca anlatılmış, önemi üzerinde durulmuş ve yapılan literatür çalışmaları kısaca özetlenmiştir. 4. Bölümde, borulanma olgusunun tanımı ve koruma tabakası stabilitesi açısından incelenmesi başlıklı kısımda borulanma hadisesi anlatılmış ve geniş literatür araştırmasına yer verilmiştir. Yine bu bölümde dışa doğru basınç gradyanı etkisindeki filtre tabakalı ve tabakasız eğimli yüzeyde kuvvet dengesi ve su ile tane karışımının bir bütün olarak borulanma başlangıç kriterinin türetilmesi yapılmıştır. Elde edilen mevcut sonuçlar ile kararlı borulanma kriterlerinin karşılaştırılması yapılmış ve sonuçların uyum içerisinde olduğu görülmüştür. Ayrıca şevin filtre ile korunması durumunda borulanma kriteri olan formülasyon üzerinde değişik parametrelerin bir fonksiyonu olarak filtre tabaka kalınlığı ( Bf ) ile filtre taş kalınlığı (Df) arasında oranlamalar yapılarak grafikler üzerinde değerlendirmeler yapılmıştır. Bu bölümün son çalışmasında ise filtre tabakası altındaki bir zemin elemanını oluşturan su ve tane karışımının bir bütün olarak hareket edebilme ilkesinden farklı biçimde, zemin içerisindeki su ve zemin tanelerinin hareket denklemleri ayrı ayrı türetilmiştir. 5. bölümde salınımlı basınç gradyanı altında borulanma mekanizması deneyleri başlığı altında borulanma mekanizması deney düzeneği, kullanılan ölçüm aletleri ve deneyde kullanılan zeminlerin karakteristik özellikleri anlatılmıştır. 3 çeşit zemin ve iki farklı deney sistemiyle elde edilen deney sonuçları çizelgelerde gösterilmiş, yapılan deneylerde borulanma hadisesi görülmüş ise çizelgeye borulanma var, yok ya da limit durum (var) olarak yazılmıştır. Tüm deney sonuçları için basınç, basınç profili ve basınç gradyanı profili eğrileri tezin ekler bölümünde sunulmuştur. Tezin son bölümü olan 6. bölümde ise pratik uygulamalar için görüşler sunulmuş, tezin sonuç bölümü yazılmıştır. Bu tez çalışması kapsamında "Use of Steel Slag in Rubble – Mound Marine Structures", in proc. of 3rd Iron and Steel Symposium (UDCS'17), Karabuk, Turkey, 3-5 April 2017; Karabuk University, 2017,307-313. ve "A Modified Piping Criterion for Determination of Effective Filter Thickness under Revetment Slopes" 13th International Congress on Advances in Civil Engineering 12-14 September 2018, İzmir/Turkey 2 adet uluslararası bildiri ile Mechanism of Steady and Unsteady Piping in Coastal and Hydraulic Structures with a Sloped Face' Water, 2018, 10, 1757, 1 adet makale çalışması yapılmıştır. Ayrıca tez kapsamındaki çalışmalardan üretilen "Determination of Minimum Filter Thickness for Protection of Slopes against Piping" isimli bir makale de hazırlanma aşamasındadır.
-
ÖgeExperimental Physical Modeling Of Hydrodynamics Of A Fixed Owc With Development Of Analytical And Numerical Models(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019)Dünyanın ve insanlığın geleceği açısından yenilenebilir enerjinin konvansiyonel enerji kaynaklarının yerini alması elzemdir. Bu konunun değerlendirildiği uluslararası toplantılarda hedefler konmuş olmasına rağmen henüz kayda değer bir başarı elde edilememiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanım oranının artması için tüm yenilenebilir enerji türlerinden istifade edilmelidir. Bir tür yenilenebilir enerji kaynağı olan dalga enerjisi insanlığın ilgisini çekmiş ve 1000'den fazla dalga enerji dönüştürücü patentleme işlemi yapılmıştır. Buna rağmen güneş ve rüzgâr enerji kaynaklarından çok daha fazla enerji yoğunluğuna sahip dalga enerjisinden hemen hemen hiç faydalanılamamaktadır. Dünya yüzeyinin yaklaşık üçte ikisinin sularla kaplı olduğu düşünüldüğünde bu şaşılacak bir durumdur. Henüz ticari üretime geçmiş bir dalga enerji dönüştürücünın bulunamaması üretilen elektrik enerjisinin maliyetlerinin hala çok yüksek olmasından ötürüdür. Bunun sebebi ise detaylı ve karmaşık dalga-yapı ve yapı içindeki iki farklı akışkanın etkileşimlerinin tam olarak anlaşılamamasından ötürüdür. Bu motivasyonla, dalga enerji dönüşüm süreçlerinin daha iyi anlaşılmasına katkı sağlamak için bu çalışmaya başlanmıştır. Bugüne kadar icat edilen dalga dönüştürücülerinden salınımlı su sütunu (SSS) tipi dalga enerjisi dönüştürücü işleyiş basitliği, stabil oluşu, kolay ulaşılabilirliği ve çevre dostu olması dolayısıyla bir adım öne çıkmıştır. Bu çalışma kapsamında da dikdörtgen kesitli sabit genel bir SSS seçilmiştir. Bu yapıların çalışma prensibi şu şekildedir: İçi boş, dört tarafı kapalı kısmi olarak suya batırılmış ve suyun altında kalan kısmında deniz suyuyla irtibatı sağlayan bir açıklık bulunan herhangi bir geometrideki yapı deniz tabanına veya herhangi bir yapıya sabitlenir. Bu yapının arka kısmında ise dar bir hava çıkış borusu bulunur. Yapıya gelen dalgaların dalga tepelerinin enerji dönüştürücü içerisindeki su seviyesini yükseltmesiyle yapı içindeki su seviyesinin üstünde hapsolmuş bulunan hava sıkışır ve basınç artar. Bu basınç farkı havayı çıkış borusundan hızla dışarı çıkmaya zorlar. Dalga çukurunun yapıyla teması noktasında bu sistemin tersi oluşur ve hava oluşacak vakum etkisiyle yapı içine çekilir (Bu işlemler dalgafrenksı ile belli bir faz açısında gerçekleşir). Çıkış borusu önüne konacak, çift taraflı hava akış durumunda dahi aynı yöne dönecek bir tribün ve onunda bağlı olduğu bir jeneratör yardımı ile dalga enerjisi hava enerjisine oda tribündeki dönme enerjisine oda nihayet elektrik enerjisine çevrilir. SSS yapısı içinde dalga etkisi altında salınımı yapan su sütünü, dalga enerjisinin kinetik enerjiye dönüşmüş halidir. Salınım yapan su sütunu daha sonra kendi enerjisini üzerinde hapsolmuş bulunan havaya aktarır ve böylece dalga enerjisi pnömatik enerjiye dönüştürülmüş olur. Bu bağlamda yapı içinde hareket eden su sütunu, dalga ile hava arasında enerji iletim görevini görür. Bu nedenle su sütunu salınım miktarları ve karakteristikleri önem arz etmektedir. Yapının maruz kaldığı dalgaların karakteristiklerinin salınımlar üzerindeki etkisi açıktır. Bu etkileri ve bu etkilerin yapının performansı üzerinde oluşturduğu değişimleri gözlemleyebilmek için dört ayrı düzenli dalga üretilmiştir. Ayrıca, detaylı literatür taraması sonucunda, aynı zamanda (türbin) su sütunu üzerinde yaptığı sönumleme düzeyinin ve yapının sualtı açıklık yüksekliğinin de çok önemli olduğu anlaşılmıştır. Bu çalışmada, enerji alma yapısı değişik çaplarda ki (değişik sönümleme düzeylerine karşı gelen) orifisler kullanılarak simüle edilmiştir. Yapı açıklık miktarı salınımlı su sütununa iletilen dalga enerji miktarını belirlemektedir. Sonuç olarak bu çalışmada yapı verimini etkileyen en önemli parametrelerin incelenmesi noktasında, kullanılan deneysel, nümerik ve analitik yöntemler, farklı orifis çapları ve su altı açıktıkları için farklı dalga parametreleri altında denemiştir. Beş farklı ofis çapı ve dokuz farklı yapı açıklık yüksekliği ve dört farklı düzenli dalga kullanılmıştır. Su sütunun salınım düzeyi elektriğe dönüştürülebilen dalga enerjisi miktarını direk etkilediği için, salınım miktarlarının bu çalışmada kullanılan parametrelerin değişimlerine vereceği tepkilerin tahmini önemlidir. Seçilen enerji alma yapısının su sütunu salınımı üzerine uyguladığı sönnümleme miktarına göre SSS yapısı aşırı sönümlenmiş veya az sönümlenmiş sistem olmak üzere ikiye ayrılır ve farklı dinamikler içerirler. En küçük orifis çapında (en yüksek sönümleme düzeyi), sistemin aşırı karakteristiğe sahip olduğu serbest düşüm testlerinde belirlenmiştir. Aşırı sönümlenmiş sistem için yapılan deneysel çalışmalarda, su sütunu salınım genliği ölçülmüş ve gelen dalga özelliklerinden bağımsız olarak salınım genliğinin maksimum olduğu bir kritik yapı su altı açıklık miktarı tespit edilmiştir. Açıklık yüksekliğinin daha da artmasının yapı içinde çalkantılara sebebiyet verdiği görülmüştür. Çalkantının ise yapı verimini olumsuz etkilediği bilinmektedir. Bu yüzden yapı su altı açıklığının kritik açıklık yüksekliğinden fazla olduğu durumlarda yapı içine transfer edilen fazla enerji miktarı zararlı enerji olarak adlandırılmıştır. Su salınımı genliğinin boyutsuz dalga frekansıyla üstel, boyutsuz dalga boyuyla ise lineer ilişki içinde olduğu görülmüştür. Salınım genliği ile açıklık ve dalga parametreleri arasında matematiksel bağlantı kurulmuş ve bu bağıntının deneysel verilerle uyum içinde olduğu görülmüştür. Bu matematik ilişki kullanılarak salınım genlikleri yapı sualtı açıklık ve dalga parametrelerine göre bulunabilmektedir. Su sütunu yüzeyi profil davranışları, dalga parametreleri ve yapı sualtı açıklık yüksekliğine göre belirlenmiştir. Tek serbestili basit mekanik modelleme yaklaşımı kullanılarak daha genel bir matematik model geliştirilmiştir. Bu yaklaşım basit olmasına rağmen, su sütunu harektlerinin dinamik özelliklerini bünyesinde barındırabilmektedir. Bu yaklaşımşla modellenen su sütunu hareket denklemleri aynı zamanda SSS yapısının termodinamik denklemlerine bağlı olduklarından ötürü ancak beraber eşzamanlı olarak çözülmeleri gerekmektedir. Bu yüzden su sütunu hareketlerinin doğru modellenmesi önemlidir. Geliştirilen matematik modelin çözümlenebilmesi için tespiti gerekli olan toplam lineer eş sönümleme katsayısı lineer bir yaklaşımla, daha önce literatürde kullanılmamış olan serbest salınım deneysel testleriyle bulunmuştur. Dalga parametrelerinden bağımsız olarak belirli bir yapı sualtı açıklığının minimum sonümle katsayısına karşılık geldiği görülmüştür. Böylece su sütunu salınım genlikleri ve gelen dalgaya göre faz açıları hesaplanmış, sonuçlar deneysel verilerle doğrulanmıştır. Az sönümlenmiş sistemler için ise, ilk defa, serbest salınım metodu kullanılmak suretiyle SSS hidrodinamik parametreleri; toplam lineer eş sönümleme katsayısı, eklenmiş kütle, doğal ve rezonans frekans değerleri lineer bir yaklaşımla tahmin edilmeştir. Bu metot ayrıca üç boyutlu nümerik modelleme tekniği ile de simüle edilmiş ve deneysel çalışmalarla karşılaştırılarak doğruluğu tasdik edilmiştir. Böylece çok daha ucuza ve az bir zamanda, serbest salınım metodu, numerik çalışmalarla farklı geometrik ve hidrodinamik parametrelere sahip yapılar için, farklı zemin ve gelen dalga şartlarında uygulanabilecektir. Az sönümlü SSS yapılarında, sönümleme katsayısının orifis çapı arttıkça ve sualtı açıklığı miktarı düştükçe, azaldığı görülmüştür. Bulunan sönümleme katsayısı, ilk defa, suya daldırılmış olan yapı ön duvar altındaki sürtünme ve oluşabilecek çevrinti etkilerinide içinde barındırmaktadır. Bulunan hidrodinamik parametreler, geliştirilen tek serbestili basit mekanik modelde kullanılmış ve salınım zaman serileri hesaplanmıştır. Salınım zaman serileri deneysel olarak da ölçülmüş ve yapı yüzeyinde aşırı çalkantıların olduğu durumlar hariç mekanik model sonuçları ile çok uyumlu bulunmuştur. Su sütunu yüzey çalkantılarının yapının dalga geliş yönündeki genişliğinin dalga boyuna oranının bir fonksiyonu olduğu tespit edilmiştir. Bu oran küçüldükçe çalkantı miktarının arttığı tesbit edilmiştir. Su sütunu içinde oluşan ve yapının hidrodinamik verimliliği açısından istenmeyen bir hareket çeşidi olan çalkalanmanın, sönümleme miktarı arttıkça (orifis çapı arttıkça) ve su altı yapı açıklığı düştükçe, azaldığı görülmüştür. Daha önce literatürde, SSS yapılarının doğal frekansının hesaplanmasında farklı sistemler için geliştirilen anpirik formüller kullanılınırken, bu çalışmada elde edilen deneysel verilerle, ilk defa sadece salınımlı su sütünu doğal frekansı için yeni bir ampirik formül geliştirlmiştir. Eklenmiş kütlenin ise her koşulda belli bir aralıkta olduğu tesbit edilmiş ve literatürde bulunan daha önceki çalışmalarla uyumlu olduğu görülmüştür. Son olarak SSS yapısının enerji dönüşüm verimliliği nicel ve nitel olarak, bu çalışmada kullanılan farklı dalga parametreleri, yapının sualtı açıklığı ve değişik türbinlerin oluşturduğu sönümleme miktarları için deneysel ölçümlerle hesap edilmiştir. Farklı parametrelerin verim üzerindeki etkisi araştırılmış, optimum türbin sönümleme ve sualtı açıklık yüksekliği gelen dalga özelliklerine göre belirlenmiştir. Sonuçlar göstermektedir ki, belli bir dalga eğimi aralığında, optimum tribün sönümleme düzeyi sadece dalga parametrelerine göre değil aynı zamanda yapının sualtı açıklığı yüksekliğine göre değişmektedir. Ayrıca, tahmin edildiği üzere çalkalanmanın enerji verimliliği üzerinde çok ciddi olumsuz etkileri olduğu nicel olarak da görülmüştür.
-
ÖgeKesit Daralmasının Soliter Dalgalara Olan Etkisinin Ve Sınır Tabakasının Deneysel Olarak İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015)Doğada çok sık gözlenemeyen ve dolayısıyla da araştırmacıların üzerinde pek fazla inceleme yapma şansı bulamadıkları ve bir çeşit soliter dalga olan N-Dalga'sı bu tez kapsamında deneysel olarak labarotuvarda üretilmiş ve incelenmiştir. Özellikle deniz tabanında gerçekleşen heyelanlar ve depremler nedeniyle oluşan tsunamiler bu çeşit tekil dalgalar oluşturmaktadır. Bu nedenle tekil dalgaların incelenmesi büyük felaketler yaratan tsunami gibi afetleri daha iyi anlamamız açısından önem arz etmektedir. Bilim insanları tsunami gibi tekil dalgaları incelemeye başladıkları ilk yıllarda, bu tip dalgaların tek bir dalga tepesinden oluşan soliter dalga tipinde olduğuna kanaat getirmişlerdir. Bu minvalde soliter dalga üzerine çalışmalara ağırlık verilmiş çeşitli teorik yaklaşımlar irdelenerek sayısal ve fiziksel modeller gerçekleştirilmiştir. Mamafih tsunamilerin önceden öngörülememesi ve pek yaygın olmayan görsel kayıt ekipmanlarından dolayı gerçek bir tsunami dalgasının benzeştirilmesi ile ilgili olarak sağlam temelli ve net çalışmalar ortaya konamamıştır. Dijital teknolojideki hızlı gelişmeler sayesinde uzaktan algılama çalışmaları yaygınlaşmış, fotoğraf ve kamera teknolojileri gelişerek bir çok bireyin sahip olabileceği duruma gelmiştir. Böylelikle ilk modern bilimin başlangıcı sayılan gözlem yeteneğimiz tsunamiler konusunda da gelişmemize fırsatlar sunmuştur. 1990'lı yılların sonlarına doğru tsunami dalgasının sadece bir tepeye sahip olmadığı ve ayrıca bir de çukurun eşlik ettiği bir dalga olduğu anlaşıldı. Şeklinin N harfine benzerliğinden ötürü de N-Dalgası olarak isimlendirildi. Ayrıca N-dalgası için dalga tepesinin dalga çukurundan önce geldiği durum için "Leading Elevation N-wave (LEN)" ve dalga çukurunun dalga tepesinden önce geldiği durum için "Leading Depression N-wave (LDN)" tanımları yapılmıştır. Bu ilk gözlemleri takip eden yıllarda araştırmacılar, çeşitli teoriler ve sayısal modeller geliştirmişler. Fakat gerek gerçek bir tsunamiye ait kayıt olamaması gerekse de labaratuvarlarda bu tip dalgarı üretmeye müsait dalga üreticilerinin bulunmamasından dolayı teorilerilerini ve sayısal modellerinin doğruluğunu onaylamakta sıkıntılar yaşamışlardır. 2004 yılına geldiğimizde 26 Aralık günü Hint Okyanusu'nda meydana gelen ve Sumatra Depremi olarak da adlandırılan deniz altı depremi sırasında büyük bir tsunami meydana gelmiştir. Toplam 14 ülkeden 230000 insanın hayatını kaybettiği bu afet sırasında tesadüfen o bölgede bulunan "Mercator" isimli Belçika bandıralı bir yat bu tsunamiye ait bir su seviyesi değişimi kaydı almayı başardı. Bu tarihten sonrada N-Dalgasına ait teoriler gözden geçirildi, yenilendi ve daha sağlam temellere oturtuldu. Güncel çalışmalara göre artık N-Dalgası biri pozitif diğeri negatif genliğe sahip ve aralarında faz farkı bulunan iki adet soliter dalganın süperpozisyon hali olarak tanımlanmaktadır. Halen emekleme aşamasında bulunan araştırmalarda N-Dalgası fiziksel olarak laboratuvarlarda yeni yeni oluşturulmaya başlanmış olup bu konu ile ilgili çok kısıtlı sayıda çalışma mevcuttur. Sadece İstanbul Teknik Üniversitesi Hidrolik Laboratuvar'ı bünyesinde bulunan ve burada geliştirilen özel bir piston mekanizması sayesinde 23.5m x 1.0m x 0.5m boyutlarındaki dalga kanalında N-dalgası üretilebilmektedir. Bu çalışma kapsamında ise N-dalgasının fiziksel özelliklerini ortaya koymak amacıyla bir çalışma yürütülmüştür. Böylelikle bu konudaki literatürde bulunan boşluk doldurulmaya çalışılmıştır. Bu minvalde iki ana başlık altında çalışmalar yürütülmüştür. İlk olarak N-dalgasına ait ortalama akım hızı, türbülans ve taban kayma gerilmesi gibi akım özelliklerini incelemek maksadıyla taban sınır tabakasında ölçümler yapılmıştır. Daha sonrasında ise haliç, boğaz, koy gibi morfolojik kıyı şekillerinin etkilerini daha iyi anlayabilmek açısından basitleştirilmiş bir kanal daraltma işlemi gerçekleştirilmiştir. Böylelikle N-dalgasının fiziksel özelliklerinin kanal daralması ile nasıl değiştiği ortaya konulmuştur. N-dalgasının, doğası gereği permanan ve periyodik olmamasından ötürü fiziksel karakteristiklerinin ortaya konması amacıyla grup ortalaması (ensemble average) yöntemi benimsenmiştir. Bu yöntem permanan olmayan akımların incelenmesinde kullanılan bir yöntemdir (Sumer v.d., 2010). Bu minvalde N-dalgası 40 defa üretilmiş ve eş zamanlı olarak taban yakınında 35 noktada hız profili ve su yüzü değişimi ölçümleri yürütülmüştür. Bunlara ek olarak yine aynı dalgaya ait serbest yüzey akım hızının belirlenmesi amacıyla farklı derinliklerde yine hız profili ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Açık denizde oluşan tsunamiler kıyılara yaklaştıkça kıyı morfolojisinden etkilenmektedirler. Özellikle boğaz, nehir gibi morfolojik yapılarda ilerleyişinin araştırılması bakımından ikincil bir deney düzeneği oluşturulmuştur. Bu düzenekle de kanal sırasıyla 5°, 10° ve 15° tedrici olarak daraltılmıştır. Yine bu durumlarda da 2 noktada hız profili ve su yüzü değişimleri kaydedilmiştir. Toplam 70 adet gerçekleştirilen deneyler daha sonra Matlab programı ile oluşturulan kodlarla analiz edilmiştir. Bu analizler sonucunda hız profilleri, kayma gerilmesi, türbülans özellikleri gibi akım özellikleri ortaya konulmuştur. Bu minvalde grafiklerin yanı sıra akımın zamanla değişimini gösteren videolar da Ekler kısmında CD-ROM olarak sunulmuştur. Ayrıca daralmanın etkisi ve su yüzü değişimleri de bu çalışma kapsamında irdelenmiştir.
-
ÖgeKüre Biçimli Tanklardaki Çalkantının Modellenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-07-22)Çalkantının fiziksel özellikleri, bilim insanları tarafından halen tam olarak anlaşılabilmiş değildir. Çalkantı esnasında görülen dalga kırılması, çarpma etkisi vb. önceden belirlenebilmesi, mühendislik uygulamalarında önemlidir. Çalkantının önceden tahmini ve kontrol edilebilmesi, güvenli mühendislik uygulamalarının hayata geçirilebilmesini sağlar. Söz konusu uygulamalar karadaki depolama tankları, sıvı kargo taşıyan deniz araçları, uzay araçları, kara araçlarının yakıt depoları gibi birçok alana hitap edebilir. Bu tez çalışmasında, üç-boyutlu çalkantı hareketinin sayısal olarak modellenmesi üzerinde durulmuştur. Çalkantı yüklerinin önceden tahmin edilebilmesine yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Çalkantı hareketinin tanımlanmasında kullanılabilecek birçok sayısal model bulunmaktadır. Bunlar arasından seçilen yöntem “Düzgün Parçacık Hidrodinamiği” olup, serbest yüzey problemlerinde edinilmiş başarılı sonuçlar nedeniyle tercih edilmiştir. Lagrange kinematik inceleme yöntemi, dalga kırılması ve saçılma gibi, geleneksel yöntemlerin zorlandığı problemleri kolayca tanımlayabilmektedir. Yöntem ilk olarak astrofizik alanında kendine kullanım yeri bulmuş olup, ilerleyen yıllarda hidrodinamik problemlere uyarlanmıştır. DPH yöntemi, en eski parçacık tabanlı yöntemlerden bir tanesidir. Söz konusu yöntem, özellikle son yıllarda daha yaygın kullanım alanı bulmaktadır. Yönteme getirilen yenilikler sayesinde, güvenilirliği ve kararlığı artmıştır. Benzer problemlerin çözümünde genellikle tercih edilen yöntemler Level Set (LS) Yöntemi yada Akışkanın Hacmi Yöntemi’dir (VOF). Söz konusu yöntemlerde serbest yüzeyin tanımlanması için özel işlemler gerekmektedir. Bu da gerekli olan işlem gücünü bir hayli arttırmaktadır. DPH yönteminde herhangi bir ağ yapısı tanımlanmadığından büyük deformasyonların söz konusu olduğu problemler kolaylıkla tanımlanabilmektedir. Avantajları yanında DPH yönteminin önemli iki dezavantajı vardır. Bunlar, katı cidar yakınındaki basınç alanında görülen sayısal kirlilik ve parçacık sayısının artmasıyla büyüyen işlem gücüdür. Bu tez çalışması kapsamında, söz konusu sayısal kirliliğin giderilerek daha doğru basınç değerlerinin elde edilebilmesi için 𝛿-DPH denklemleri, klasik yönteme eklenmiştir. Uygun sayısal difüzyon terimlerinin süreklilik denklemine eklenmesi ile sayısal kirlilik büyük ölçüde giderilmiştir. İkinci dezavantaj olan işlem gücü gereksinimi ise, matematiksel hesaplamaların, grafik kartı yardımı ile yapılması sonucunda aşılmıştır. Tez çalışması kapsamında, küre biçimli bir tanktaki sıvının hareketinin tanımlanmasında DPH yönteminden yararlanılmıştır. Söz konusu yönteme iki önemli önemli eklenti yapılarak, eksiklikleri giderilmeye çalışılmıştır. Kodun doğrulanması çalışmaları kapsamında, daha önce yapılmış deney sonuçlarından yararlanılmış olup, elde edilen sayısal sonuçlar deneyler ile oldukça uyumludur.
-
ÖgeBoru Tipi Yüzer Dalgakıran - Dalga Enerjisi Dönüştürücü Çok Amaçlı Sistem Tasarımı(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-10-23)Bu çalışmada, boru tipi bir yüzer dalgakıran sistemi ile melezlenecek olan aşma tipi bir dalga enerjisi dönüştürücünün tasarımı ve bu amaçla kullanılacak fiziksel büyüklüklerin incelenmesi ele alınmıştır. Fiziksel modelleme teknikleri kullanılarak gerçekleştirilen çalışmanın ilk aşamasında dairesel silindir üzerinden dalga aşması incelenmiş, aşma debilerinin tahmini için ampirik bağıntılar geliştirilmiştir. Aşan su kütlesinin taşıdığı enerji, potansiyel ve kinetik bileşenleri cinsinden ifade edilerek dalga başına aşan su kütlesinin enerji bütçesi hesaplanmış ve zamansal ortalamasından yararlanılarak sistemin aldığı güç değerleri hesaplanmıştır. Sistemin hidrolik verimi, alınan gücün dalga gücüne oranı olarak hesaplanmış ve hidrolik verimin çeşitli parametrelerle değişimi incelenmiş; hidrolik verimin hacimsel boyutsuz debinin üstel bir fonksiyonu yardımı ile ifade edilebildiği ortaya konulmuştur. Üç paralel dairesel silindirden oluşturulan yüzer dalgakıran modelinin farklı özellikteki dalgalar altında dalga geçişine etkisi incelenmiş; silindir ara mesafelerinin artışına paralel olarak dalga geçişinde de artış olduğu ortaya konmuştur. Ampirik dalga geçiş bağıntıları türetilmiştir. Melez sistemin dizaynı için dalga aşması ve yüzer dalgakıran performans verileri ortak incelemeye tabi tutulmuş ve özellikle küçük bağıl genişlik değerlerinde ve dik dalgalarda sistemin her iki amacını da yerine getirdiği görülmüştür. Elde edilen sonuçların, dalgakıranın performansını daha da iyileştirecek bir bağlama sistemi ve hidrokinetik esaslı bir türbin düzeneği yardımı ile, mikro ölçekli dalga enerjisi dönüştürücü tasarımına yönelik bir ilk adım oluşturduğu düşünülmektedir.