FBE- Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/41

Gözat

Dizinde bir noktaya atla:

Prediction of three dimensional turbulent flow with an embedded vortex

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1999) Akman, Ayşe Nazan ; Odabaşı, A. Yücel ; 100707 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği ; Naval Architecture and Marine Engineering

Bu çalışmada üç boyutlu sıkıştırılamaz akışlar için geçerli olan parabolize edilmiş Navier-Stokes denklemlerini kullanılarak üç boyutlu narin türbülanslı akışların öngörüsü yapılmıştır. Navier-Stokes denklemleri basitleştirilir ve sabit vizkozite ve sıkıştırılamaz akışlar için Parabolize edilmiş Navier-Stokes denklemleri elde edilir. Bu çalışmada, önce tüm türbülans modelleri gözden geçirilmiş ve Reynolds Gerilmeleri için en gelişmiş türbülans modeli RSTM kullanılmıştır. Çalışmanın teorik gelişimi ikinci bölümde anlatılmıştır. Çalışmanın nümerik kısmında, bu denklem sistemini çözmek için zamana bağlı olmayan ancak bunun yerini alabilecek şekilde formüle edilmiş ana akım yönünde ilerleyen (streamwise marching) bir bilgisayar programı kullanılmıştır. Programda hızların hesaplanmasında ADI metodu kullanılmıştır. Basınç denkleminin çözümü ise sistemin eliptik olmasında dolayı iterasyon metodlarıyla yapılmalıdır. Bu çalışmada SLOR iterasyon metodu kullanılmıştır. Aynı durum türbülans terimlerinin hesaplanması için de geçerlidir. Birkaç örnek durum için program koşturulmuş ve sonuçlar grafikler yardımıyla modelin uygulanması bölümü olan dördüncü bölümde sunulmuştur. Bu durumlar bir plaka üzerindeki laminar akış, bir plaka üzerindeki türbülanslı akış ve türbülanslı sınır tabakası içinde bulunan bir girdap akışıdır. Sonuncu durum için deneysel bir data kullanılmıştır. Çalışmanın amacı da bu deneysel datanın öngörüsüdür. İlk iki durum için elde edilen sonuçlar başarılıdır. Böylece programın başlangıçta verilen iki boyutlu akış özelliğini koruduğu ortaya çıkmaktadır. Bu durumda programın laminar akışlar için başarılı çalıştığı söylenebilir. Son durum ise, çalışmanın belkemiği olan deneysel dataların hesaplamayla tekrar elde edilmesidir. Bu durum için grid noktaları aynen deneydeki gibi alınmıştır. Sonuçlara bakıldığında, programın ve türbülans modelinin çok da yeterli olmadığı görülmektedir.
Büyük Yatırım Analizlerinde Yeni Genel Bir Yöntem Ve Tersane - Liman Yatırımında Bir Uygulama

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009-10-23) Saraçoğlu, Burak Ömer ; Odabaşı, A. Yücel ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Bu araştırma genel olarak büyük yatırımların gerektiği sektörlerde yatırım analizleri problemlerine çözüm olmayı amaçlayan ilgi çekici ender çalışmalardan biri olarak karşımıza çıkmaktadır. Karar verme, yönetim sistemleri, yatırım analizleri, matematiksel ve istatistiksel yöntemler ve yazılım-kodlama literatür taraması çalışmasının gerçekleştirilebilmesi için bir taksonomik çalışma yapılmıştır. Endüstri uygulamaları ve özellikleri kısmında ise bir vaka çalışması yapılacak olan gemi inşaatı sektörü ve liman yönetimi hakkında detaylı bilgi literatür taraması ile sunulmuştur. Yönetim sistemleri taksonomik çalışmasında 70 makale ve kitap taranmıştır. Kaynaklardan en eskisi 1969 yılı en yenisi 2006 yılı baskılıdır. Bu çalışma bir üst yönetim destek sisteminin temellerinin atılmasınına olanak verecektir. Karar verme taksonomik çalışmasında 70 makale ve kitap taranmıştır. En eski kaynak 1973 yılı en yeni kaynak 2006 yılı baskılıdır. Bu çalışmada Analitik Ağ Yönteminin kullanılmasına karar verilmiştir. Yatırım analizleri taksonomik çalışmasında 40 makale ve kitap detaylı şekilde taranmıştır. En eski kaynak 1988 yılında en yeni kaynak 2007 yılında yayınlanmıştır. Bu kaynaklara dayalı olarak çeşitli performans göstergeleri açıklanmış ve sunulmuştur. Matematiksel ve istatistiksel yöntemler taksonomik çalışmasında 70 makale ve kitap irdelenmiştir. Bu kaynaklardan en eskisi 1970 en yenisi 2008 yılında yayınlanmıştır. Yazılım ve kodlama taksonomik çalışmasında 40 makale ve kitap detaylı olarak incelenmiştir. Bu kaynaklardan en eskisi 1986 yılında en yenisi 2007 yılında yayınlanmıştır. Endüstri uygulamaları ve özellikleri başlığı altında gemi inşaatı sektöründe ve liman yönetiminde bulunan ana oyuncular hakkında detaylı bilgiler sunulmuştur. Bu çalışmaların en eskisi 2005 yılında en yenisi 2008 yılında yayımlanmıştır. Bu çalışma ile çok amaçlı karar verme optimizasyonuna ve bulanık mantık temelli çok seçimli karar verme yöntemlerine dayalı yeni genel bir yöntem, yatırım analizlerinde kullanılabilmesi için sunulmuştur. Sunulan yöntem üç ana fazdan oluşmaktadır. Bunlardan birincisi ön karar verme aşaması olup 15 adımdan oluşmakta ve yatırım karar modelinin tanımlama ve araştırma kısımlarını kapsamaktadır. İkinci aşama ise 31 ana adımdan oluşmakta ve yatırım bilgilerinin toplanması ve modelin çalışmasını içinde barındırmaktadır. Son aşama ise 5 ana adımdan oluşmakta ve değerlendirmeler ile sonuçları içinde barındırmaktadır. Bu çalışmada Gelibolu Gemi Endustrisi Sanayi ve Ticaret A.S. ve sanal liman – bakım onarım tersanesi PORREP yatırım analizleri vaka çalışması olarak gerçekleştirilmiştir. Sonuç bölümünde, bu çalışmaya dayalı olabilecek gelecek çalışmalar hakkında bilgi verilmiştir.
Tersane Verimliliğinin İyileştirilmesi: Gemi İnşaatında Modern Endüstri Mühendisliği Ve Belirsizlik Süreçlerinin Uygulanması

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010-04-01) Özkök, Murat ; Taylan, Metin ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Günümüzde, rekabet ortamının oldukça zor olması, üretim yapan firmaların özellikle de tersanelerin üretim süreçlerini yeniden gözden geçirmesini ve belirli bir sürede daha fazla ürünü üretmesini zorunlu kılmıştır. Tersanelerin, özellikle de uzak doğulu rakipleriyle başa çıkmasının yolu bundan geçmektedir. Üretim süreçleri detaylı bir şekilde incelenip, iş istasyonlarının iş akış şemaları belirlenerek, iyileştirilmesi gereken süreçler belirlenmeli ve verimlilik artırılmalıdır. Böylece, daha fazla üretim hedeflenebilir ve bu yapıldığında, tersaneler önemli bir rekabet avantajı elde edebilir. Bu çalışmada, belirli bir blok ele alınarak bu bloğun üretim süreçlerinin oluşturulan bir modelle iyileştirilmesi ve çıktının artırılması amaçlanmıştır. Oluşturulan bu iyileştirme süreci modeli, sürekli iyileştirme (Kaizen), darboğaz teorisi olarak da bilinen OPT (Optimized Production Technology) ve Arena simülasyon gibi süreçleri içermektedir. İyileştirme süreci modelinde, ele alınan bloğun her iş istasyonu için detaylı bir şekilde üretim süreçleri belirlenmiştir. Elde edilen üretim süreçleri Arena simülasyon programında modellenerek sistemin belirli bir sürede ürettiği blok sayısı ve darboğaz istasyonları belirlenmiştir. Daha sonra, darboğaza neden olan istasyon baz alınarak belirlenen süreçler üzerinde çeşitli değişiklikler yapılmış ve yapılan bu değişiklikler her defasında bir önceki duruma yansıtılarak, yeni üretim süreçleri elde edilmiştir. Bu çevrim tekrarlanarak sistemin belirli bir sürede ürettiği blok sayısı artırılmıştır. Bunun yanısıra, arıza açısından kritik istasyonlar da belirlenerek, başlangıçta belirlenen üretim hedeflerine ulaşabilmek için planlamacıların önceden almaları gereken tedbirler araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, endüstrinin kullanımına sunulacak şekilde değerlendirilmiştir.
Viskoz / Potansiyel Hız Birleştirme Yöntemi İle Pod / Strut Birleşim Bölgesindeki Yuvarlatma Geometrisinin İncelenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010-11-12) Özsu, Eren ; Takinacı, Ali Can ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Günümüzde Podlu itme sistemlerinin gemi tahrik sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaya başlandığı görülmektedir. Bu doktora çalışmasının amacı podlu itme sisteminin tasarımında, viskoz ve potansiyel akım hesap yöntemlerinin birleştirilerek kullanılmasına dayanan bir tasarım yaklaşımının sunulmasıdır. Literatürde Szantyr Pod olarak bilinen 4.53 m boyundaki jenerik bir pod/strut geometrisi etrafındaki akım panel metodu kullanılarak hesaplanmıştır. Pod ve strut geometrisi potansiyel ve viskoz akım hesap yöntemleri kullanılarak incelenmiş ve yüzey etrafındaki akım özellikleri her iki çözücü ile hesaplanmıştır. Viskoz çözümde sınır tabakadaki yerel hızlar, potansiyel çözüme sınır şartları güncellenerek dahil edilmiştir. Böylelikle potansiyel akıma viskozite etkileri dahil edilmiş olmaktadır. Viskoz yerel hız bileşenleri, herbir panel üzerindeki yeni kaynak terimi güncellemesi olarak eklenmekte ve böylece çözüme geçilmektedir. Kanat/gövde bağlantılarında, kanadın önder kenarındaki basınç gradyeninin de etkisi ile akım yavaşlamakta ve strut boyunca ilerleyen atnalı girdabı oluşmaktadır. Pod/strut birleşim bölgesinde sistematik geometri değişikliğine gidilerek baş yuvarlatması eklenmiş ve atnalı girdabının etkileri pervane düzlemi üzerindeki hız dağılımları çizdirilerek incelenmiştir. Çözüm önerisi olarak eklenen baş yuvarlatma geometrisinin atnalı girdabını azalttığı hatta kısmen de yok ettiği görülmüştür. Bu doktora tezi kapsamında yapılan çalışmalar sonucunda geliştirilen birleştirilmiş çözüm yönteminin iyi bir ön tasarım aracı olarak kullanılabileceği görülmüştür.
Boyuna Dalgalarda Gemilerin Yalpa Hareketi Analizi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011-06-27) Peşman, Emre ; Taylan, Metin ; 401928 ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Günümüze kadar yalpa hareketi ile ilgili birçok bilimsel çalışma yapılmış, kural ve düzenleme geliştirilmiştir. Fakat yalpa hareketi ile ilgili yapılmış ve yapılmakta olan çalışmalara rağmen, ilgili kurumların uygulamaya koyduğu kurallar, normalde gemilerin çok fazla içinde bulunmadığı statik deniz koşullarına bağlı oluşturulan stabilite teorisine dayanmaktadır. Bu kurallar dalgalar arasındaki bir geminin stabilitesinin irdelenmesi durumunda çoğu zaman yetersiz kalmakta ve bu nedenle gemiler statik veya yarı statik stabilite teorisine dayanan tüm stabilite kurallarını karşıladığı halde ne yazık ki batmaktadırlar. Boyuna dalgalar arasındaki bir geminin yalpa hareketi de mevcut kuralların yetersiz kaldığı konulardan birisidir. Literatürde daha çok parametrik yalpa hareketi olarak ifade edilen olay, yaklaşık yarım yüzyıldır bilinse de, gerekli önemi boyuna dalgalarda oluşan stabilite kazalarının artmasıyla son yıllarda almıştır. Bu tez çalışmasında, parametrik yalpa hareketi ile ilgili olarak yapılan ve halen yapılmakta olan çalışmalara katkıda bulunmak amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda düzenli dalgalar için, lineer olmayan sönüm ve doğrultma momenti terimlerinden oluşan 1 serbestlik dereceli “parametrik yalpa hareketi modeli” oluşturulmuştur. Modelin, literatürdeki diğer parametrik yalpa hareketi modelleri ile karşılaştırıldığında çözümünün daha pratik olması, doğruluğunun kabul edilebilir düzeyde olması ve bifürkasyon gibi lineer olmayan etkilerin de analiz edilmesine olanak sağlaması hedeflenmiştir. Yalpa hareketi analiziyle, dalga dikliği, gemi hızı, sönüm ve karşılaşma açısı gibi parametrelerin yalpa hareketi üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Gemilerin stabilite ve sönüm özellikleri ile lineer ve lineer olmayan etkiler arasında ön dizayn aşamasında kullanılabilecek korelasyonlar bulunmuştur. Ayrıca gemi hızı, dalga dikliği, sönüm ve dalga karşılaşma açısı gibi parametrelerin, kaotik hareket nedeniyle oluşan devrilme olayı üzerindeki etkileri göreceli güvenli bölge tanımı yapılarak incelenmiştir.
Gemi Kirişinin Nihai Mukavemetinin Tayini

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-08-16) Tayyar, Gökhan Tansel ; Bayraktarkatal, Ertekin ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Gemilerin nihai mukavemetini hesaplamak amacıyla kademeli göçme analiz yöntemleri incelenmiştir. Hızlı ve etkin çözüme ulaşmak için Smith yöntemi tercih edilmiştir. Smith yöntemi oldukça basit bir yöntem olmakla birlikte başarısı hesaplamada kullanılacak elemanlara ait ortalama gerilme-ortalama şekil değiştirme diyagramlarına bağlıdır. Elemanlara ait çözümlemede iki boyutlu plak davranışının modellendiği çözüm yerine tek boyutlu ve plak davranışının etkin genişlik tanımı yardımıyla lineerleştirilerek modellendiği kiriş yöntemi seçilmiştir. Geometrik olarak eğrilik değerleri yardımıyla eğri modellemesi kiriş hesaplamalarında uygulanmıştır, malzeme ve geometrik olarak lineer olmayan davranışlarda başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Deneysel çalışması gerçekleşmiş 1/3 ölçeğe sahip fırkateyn gemisine ait veriler kullanılarak sayısal hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar diğer araştırmacıların geliştirdikleri yöntemlere ait sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Son sayısal çalışmada ise büyük tonajlı ham petrol tankerine ait çözümleme yapılmış, aynı şekilde diğer araştırmacıların sonuçlarıyla karşılaştırması yapılmıştır.
Gemi Boyalarına Ait Yüzey Pürüzlülüğünün Türbülanslı Sınır Tabakaya Etkisi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-12-10) Ünal, Burcu ; Söylemez, Muhittin ; 450104 ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Duvar cidarında oluşan türbülanslı akışlar birçok mühendislik probleminde yüzey pürüzlülüğü etkisi altındadırlar ve dolayısıyla pürüzlü duvar üzerindeki türbülanslı sınır tabaka akışları üzerinde yaygınca çalışılan bir konu olmuştur. Bu tür akışlar üzerindeki çalışmalar her ne kadar oldukça yol almış olsalar da, literatürde hala tam olarak netlik kazanmamış önemli problemler bulunmaktadır. Öte yandan, özellikle IMO’nun regülasyonları sonucunda, günümüzde gemi dip boyaları ile ilgili araştırma ve geliştirme çalışmalarına, özellikle bu tür yüzeylerin hidrodinamik karakteristiklerini anlamak açısından, ticari ilgi ve destek giderek artmaktadır. Bu tez çalışması, farklı tiplerdeki gemi dip boyaları üzerinde gelişen türbülanslı sınır tabaka akışları ile ilgili bilgilerin geliştirilmesini ve böylesi akışların özelliklerinin daha iyi anlaşılmasını sağlamayı amaçlamaktadır. Yürütülen iki ayrı deneysel çalışmada düz levha üzerinde gelişen ve basınç gradyanı etkisinde olmayan türbülanslı sınır tabaka içerisinde iki boyutlu lazer dopler hız ölçücü (LDV) kullanılarak hız ölçümleri yapılmıştır. İngiltere Newcastle Üniversitesi bünyesindeki Emerson Kavitasyon Tüneli’nde yürütülen deneylerde çeşitli gemi dip boyaları ile kaplanmış yüzeyler ile tamamen pürüzsüz ve yüksek pürüzlülüğe sahip referans yüzeyler test edilmiştir. Deney grupları için, ortalama akış özellikleri, sürtünme direnci, Reynolds gerilmeleri, yüksek mertebeden türbülans istatistikleri, uzaysal korelasyon fonksiyonları, türbülans spektrumları ve transfer fonksiyonları hesaplanarak sunulmuş ve yüzey pürüzlülüğünün söz konusu değişkenler üzerine etkileri incelenmiş ve sonuçlar literatür ile karşılaştırmalar yapılarak irdelenmiştir. Sınır tabaka deneylerini tamamlayıcı olarak, test edilen tüm yüzeylerin detaylı pürüzlülük analizleri de çalışmada sunulmuştur. Önerilen transfer fonksiyonlarının, günümüzde yüzey pürüzlülüğü etkisinin modellenmesi konusunda literatürde kullanılan klasik yaklaşımların mevcut açıklarını kapatarak önemli bir alternatif yöntem oluşturacağı düşünülmektedir.
Savaş Gemilerinde Egzoz Gazlarının Yayılımının Deneysel Ve Sayısal Olarak İncelenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-03-01) Dobrucalı, Erinç ; Ergin, Selma ; 460260 ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Bu doktora çalışmasında 1/100 ölçekli tipik fırkateyn üç boyutlu sayısal ve deneysel olarak modellenmiştir. Sayısal ve deneysel çalışmada kullanılan modelde geminin ileri ve tornistan hareketinde egzoz gazlarından etkilenebilecek ana direk ve üzerindeki elektronik cihazlar, dümenevi, radar domu ve geminin üst güvertesindeki sea zenit silah sistemi bulunmaktadır. Bahse konu fırkateynin seçilmesinin sebebi helikopter platformuna sahip olması, baca etrafında egzoz gazı sıcaklığından etkilenebilecek elektronik sistemler bulunmasıdır. Fırkateynin 1/100 ölçekli ahşap modeli akım görüntüleme deneylerinde kullanılmak üzere imal edilmiştir. Ahşap model eiffel türü açık devre sesaltı rüzgâr tüneline yerleştirilerek yapılan akım görüntüleme deneylerinde ileri ve tornistan yolda hız oranının, sapma açısının ve farklı baca geometrilerinin egzoz gaz yayılımına olan etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Daha sonra gerçek boyutlardaki tipik fırkateyn modeli için tüm seyir şartlarında egzoz gazlarının yayılımı sayısal olarak modellenmiştir. Gerçek boyutlardaki tipik bir fırkateynin tüm seyir şartları için ileri ve tornistan yolda hız oranı, baca geometrisi, egzoz gaz sıcaklığı ve sapma açısı değişimlerinin egzoz gaz yayılımına olan etkileri incelenmiş ve sayısal modelleme sonuçları sunulup tartışılmıştır. Elde edilen deneysel sonuçlar ile sayısal sonuçlar karşılaştırılmış ve sonuçların birbirleri ile uyum içinde oldukları gösterilmiştir.
Sınır Tabaka Hava Enjeksiyonuyla Gemi Direnç Düşüşü

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-05-09) Gökçay, Serhan ; İnsel, Mustafa ; 10000550 ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Bu çalışmada, tek delikli hava enjeksiyonunun gemi yatay yüzeylerine uygulanması araştırılmıştır. Bu nedenle çalışma, sirkülasyon kanalında düzlemsel bir levha üzerinde çapraz akıma tek delikten verilen bir hava jeti ile sınır tabakanın değiştirildiği hava filmi uygulaması üzerinde yoğunlaşmıştır. Bu çalışmaya özel olarak çok fazlı akışa özel bir işaret işleme yazılımı geliştirilmiş ve bu yazılım yardımıyla; sıvı faz hız profilleri, lokal hava oranı ve türbülans şiddeti profilleri altı istasyonda sıcak film sınır tabaka probu ile yapılan ölçümlerden çıkarılmıştır. Ayrıca, yerel yüzey kayma gerilmeleri de dört istasyonda yapılan yüzey sıcak film ölçümlerinden elde edilmiştir. Sıcak film problarından alınan sinyallerin hızların bulunması için işlenmesi ve analizi, kalibrasyon teknikleri ve sıvı hız değişimlerinin ve lokal hava oranlarının analizleri amacı ile teknikler geliştirilmiştir. Hava enjeksiyonunun sınır tabaka değişimine etkisinin incelenebilmesi için değiştirilmiş sınır tabaka ölçümleriyle referans sınır tabaka ölçümleri karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, sürtünme direncinin lokal hava oranına bağlı olduğu ve bu orandaki ani düşüşlerin türbülans şiddetlerindeki artışla birlikte direnç artışına neden olduğu gözlenmiştir. En iyi lokal direnç düşüşlerinin elde edildiği akım hızlarında, enjeksiyon hava debi artışlarının neden olduğu çok fazlı akım rejimindeki değişimler nedeniyle en yüksek direnç artışlarının da olabileceği görülmüştür. Bu olay, hem lokal yüzey kayma gerilmelerinin hava oranı düşüşü ile artışı, hem de sınır tabakada meydana getirilen süreksizliklerin neden olduğu form direnci artışıyla sonuçlanmaktadır.
Gemi Yapısal Dizaynında Vekil Model Kullanımı

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-08-05) Köroğlu, Serdar Aytekin ; Ergin, Ahmet ; 10011659 ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Sonlu elemanlar yöntemi her ne kadar yapısal analiz için standart çözüm yöntemi olsa da, optimizasyon çalışmaları için yeterli derecede hızlı olamamaktadır. Bu nedenle analiz sürecini hızlandırmak adına, sonlu elemanlar yerine, yaklaşık ama daha hızlı, istatistik tabanlı vekil modeller kullanılmaya başlanmıştır. Bu modeller ne yazık ki kısıtlı sayıda parametreyle kullanılabilmektedir. Bu tezde, ileri sürülen yeni dizayn yaklaşımı sayesinde bu kısıtlama ortadan kalkmaktadır. Yöntem iki aşamadan oluşmaktadır: yapı taşı bloğu olarak kullanılan stifnerli paneller için farklı yük, malzeme ve geometriler için genel bir vekil model oluşturulması, bu blokların sistem olarak koordinasyonunu sağlamak üzere bir ayrıklaştırma algoritması. Oluşturulan yapı blokları arasında uyumu sağlamak üzere sabit sayıda bağlantı noktası ve bu noktalar arasında kalan noktaların panellerden bağımsız olarak aynı davranışı göstermeleri için kenar interpolasyonu yöntemi tanımlanmıştır. Kenar interpolasyonunda bağlantı noktası olmayan noktaların serbestlikleri, bağlantı noktaları serbestliği üzerinden kısıt denklemi olarak hesaplamalara katılmaktadır. Ayrıklaştırma yöntemi ise panellerin bağlantı noktalarının denge konumlarını bulmak üzere geliştirilmiş ve nokta sayısından bağımsız adım sayısında yakınsama kabiliyeti göstermektedir. Yöntemi test etmek üzere 3, 9 ve 25 panelden oluşan test yapıları oluşturulmuş ve yaklaşımın yakınsak karaktere sahip oluğu gözlemlenmiştir. Ayrıca algoritma parametrelerine bağlı olarak bir hassasiyet analizi sunulmuş ve belirli aralıklarda yöntemin birbirine yakın sonuçlar verdiği az sayıda iterasyonda bile gölemlenmiştir.
Yelkenli Tekne Hidrodinamik Deneylerinde Ölçek Etkilerinin İncelenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-09-18) Saydam, Ahmet Ziya ; İnsel, Mustafa ; 10016104 ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Hidrodinamik model deneyleri gemi ve yat tasarımcıları tarafından, test edilen model ile geometrik olarak benzer büyük prototiplerin performansının tahmin edilmesi maksadıyla kullanılmaktadır. Bu deneylerin geçmişi yüz yıldan fazla olsa da, günümüzde hala deneylerden elde edilen verilen ?gerçek bilimsel sonuçlar? olmaktan çok ?mühendislik tahmini? olarak nitelendirilmektedir. Bu durum, birçok gemi ve deniz aracı tipi için mühendislik açıdan yeterli bulunmakta olup yelkenli tekneler için kabul edilmesi mümkün olamamaktadır. Yelkenli tekne performans tahmini hidrodinamik ve aerodinamik kuvvetlerin deneylerle hesaplanıp Hız Tahmin Programı (Velocity Prediction Program, VPP) vasıtasıyla dengelenmesi esasına dayanmaktadır. Bu alanda gerek VPP yazılımlarında gerek kuvvetlerin deneyler ile ölçülmesi yerine hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile hesaplanabilmesi gibi gelişmeler olsa da henüz deneylerin tamamen yerini alacak bir metod geliştirilebilmiş değildir. Yapılan hesaplamalı akışkan dinamiği analizleri akım hatları görüntüleme, birden çok modeli kısa zamanda karşılaştırmalı olarak deneme gibi avantajlar sunsa da henüz deneylerin yerini alabilecek güven telkin etmemektedirler. Bu şartlarda tasarımcıların deney sonuçlarına güvenebilmeleri ve doğru metodlarla model üzerinde ölçülen kuvvetleri tam ölçeğe ekstrapolasyonunu yapabilmeleri önem kazanmaktadır. Gemi direnci için Uluslararası Deney Havuzu Konferansı (International Towing Tank Conference, ITTC) gibi prosedürlerle yapılan direnç tahminleri ekstrapolasyon sırasında bırakılan büyük marjlarla makine seçimi ve dizayn hızının sağlanması için yeterli sonuçlar vermektedir. Fakat, aynı yöntemlerin hiçbir değişiklik olmadan yelkenli teknelere uygulanması performans tahmini açısından sıkıntılı sonuçlar doğurmaktadır. Performans tahmininde gereken hassasiyet, gemilerden farklı olarak salma ve fin gibi büyük takıntıların maruz kaldığı ölçek etkisi bu sıkıntıların başında gelmektedir. Yanal kuvvet, viskoz ve dalga direnci komponentlerinin model ve tam ölçek arasında nasıl farklılıklar gösterdiğinin analiz edilerek mevcut ekstrapolasyon yöntemlerinin irdelenerek yelkenli tekneleri uyarlanması gerekmektedir. Bu alandaki çalışmalar güncelliğini yitirmiş olup, modern tekne formları ve takıntılar gözönüne alınarak, son yıllardaki test tekniklerindeki gelişmeler ışığında ve mevcut son teknoloji hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımları yardımıyla yapılacak deneysel ve hesaplamalı bir çalışmanın ölçek etkilerinin anlaşılması konusuna fayda sağlayacağı öngörülmektedir. Yelkenli tekne hidrodinamik deneylerinde göz önüne alınması gereken önemli bir diğer nokta maliyet ve doğruluk dengesinin sağlanmasıdır. Deney ve ekstrapolasyon tekniklerindeki gelişmeler büyük model kullanımını zorunlu kıldığından (özellikle takıntı geliştirme için) oluşan maliyetler artmakta olup deney sürelerinde uzamalar meydana gelmektedir. Tekne ve takıntı geliştirme odaklı sistematik bir ölçek etkisi araştırma çalışmasının, tasarımcılar ve deney yapıcılar için ölçek, maliyet ve doğruluk arasındaki ilişkinin daha iyi anlaşılması ve beklentiler ile örtüşen bir test programının bütçe kısıtları doğrultusunda oluşturulabilmesi için faydalı olacağı görülmektedir. Çalışmanın başlangıç aşamasını yelkenli tekne deneylerinde kronolojik gelişmelerin araştırılması oluşturmaktadır. 1901 yılında Watson tarafından yapılan deneylerden bu yana, deney teknikleri ve ekstrapolasyon tekniklerinde elde edilen tüm gelişmeler bu kapsamda incelenmiş ve metodların zaman içerisindeki gelişimi irdelenmiştir. Geçen süre boyunca model üretimi, kalite kontrol, deney ekipmanları, deney teknikleri, ekstrapolasyon tekniklerinin belirli bir noktaya kadar ilerlediği görülmüş, fakat temel problemlerin genele uygulanabilir bilimsel bir metodoloji ile çözülememiş olduğu belirlenmiştir. Tekniklerdeki gelişmelere paralel olarak, tekne formları ve kullanılan takıntıların karakteristikleri de zaman içinde değişim göstermiştir. Özellikle Amerika Kupası yarışları için yapılan araştırma ve geliştirme çalışmalarına paralel olarak bu yeniliklerin ortaya çıktığı görülmektedir. Tekne ve takıntı karakteristiklerindeki değişiklikler dolayısıyla ölçek etkisi incelemeleri zaman içinde demode kalmakta ve özellikle yenilenen takıntılar için araştırmaların yenilenmesi gereksinimi doğabilmektedir. Deney programı güncel metotların eksiklikleri ve kullanılacak deney ortamının kapasite ve kabiliyetleri göz önüne alınarak oluşturulmuştur. Tüm deneyler İstanbul Teknik Üniversitesi Gemi İnşa ve Deniz Bilimleri Fakültesi Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuarı?nda bulunan büyük deney havuzunda yapılmıştır. 160 metre uzunluğundaki havuzda, testler esnasında 5 m/s hıza kadar çıkılabilmektedir. Deney havuzunda kuvvet ölçümleri için tek nokta bağlantılı 6 bileşenli dinamometre bulunmaktadır. Model ölçeğinde ulaşılması gerekilen hızlar, blokaj etkileri, tek noktadan bağlantılı ölçüm sistemi sınırlandırmaları ve havuzda yapılmış olan geçmiş deney tecrübeleri göz önüne alındığında test edilebilecek azami yelkenli tekne boyunun 4 metre mertebesinde olması gerektiği tespit edilmiştir. Deneylerde TP 52 tipi yelkenli tekne modelleri kullanılmasına karar verildiğinden (Loa=15.85 metre), test edilebilecek en büyük tekne modelinin 1/4 ölçekte 3.96 metre boyunda olmasına karar verilmiştir. Test edilecek en küçük modelin boyutuna karar verilirken geçmiş tecrübelerde kullanılmış olan en küçük model boyutunun altına inilmesi ve bu boyutlarda oluşan farklılıkların tespit edilmesi amaçlanmıştır. Sonuç olarak en küçük modelin 1/10 ölçekte 1.58 metre boyunda olmasına karar verilmiştir. Toplam 4 adet, ölçekleri 1/10, 1/8, 1/6 ve 1/4 olan TP 52 tipi yelkenli tekne modelleri test edilmiştir. Deneylerde direnç ve yanal kuvvet ölçümleri için 6 bileşenli dinamometre kullanılmıştır. Bu sistem, modellerin dalıp çıkma ve baş kıç vurma hareketlerine serbest kalmasına müsade etmektedir. Dalıp çıkma lineer yer değiştirme ölçeri, baş kıç vurma ise açı potansiyometresi yardımıyla deneyler esnasında ölçülmüştür. Deneylerin ana amacı ölçülen parametrelerin ölçek ile değişiminin incelenmesi olduğundan, direnç parametresinin toplam olarak ölçülmesinin istenilen analizlerin ve beklenen çıkarımların yapılabilmesi için yetersiz olabileceği öngörüldüğünden teknelerin dalga formlarının ölçülmesi ve ilgili dirençlerinin hesap edilmesine karar verilmiştir. Dalga formları, modellerin her iki tarafında üçer adet dalga probu yardımıyla deneyler esnasında ölçülmüş ve analizler için ?boyuna dalga kesi? metodu kullanılmıştır. Deneyler, meyilsiz durumda çıplak tekne ve takıntılı koşullarda, meyilli durumda ise sadece takıntılı koşulda yapılmıştır. Tüm deneyler tam yüklü ağırlık durumu için yapılmıştır. Çalışmada, deneylere elde edilen sonuçları tamamlayıcı olması maksadıyla hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizlerine de yer verilmiştir. Yapılan hesaplamalı çalışmalarda, incelenen parametrelerdeki ölçeğe bağlı değişim eğilimlerinin deneylerde elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılması amaçlanmıştır. Ayrıca, deneylerde incelenemeyen tam ölçek durumu için analizlere yer verilmiştir. Hesaplamalı çalışmalarda, Reynolds Averajlı Navier Stokes (Reynolds Averaged Navier Stokes, RANS) metodu kullanılmış olup meyilsiz durumda tekne ve takıntı direnç ve dalga profili değişimleri 1/8 ve 1/4 ölçekler için incelenmiştir. Meyilli durumda ise, meyil direnci ve taşıma kuvveti üretim verimlerinin ölçek ile değişimleri 1/8, 1/4 ve tam ölçek için incelenmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda, yelkenli tekne modellerinin hidrodinamik deneylerinde maruz kalınan ölçek etkileri, TP 52 tipi bir tekne için tespit edilebilmiştir. Teknenin, meyilsiz durumda test edilen farklı ölçekteki modellerinin dalga direnci, dalga formu ve dinamik davranışlarındaki farklılıklar ortaya çıkartılmıştır. Özellikle takınıtlı koşulda, modeller arası farklılıkların olası sebepleri incelenmiş olup, mevcut ölçüm sistemi ile elde edilen veriler ışığında bu sebeplerin bir kısmının tespit edilmesi mümkün olmuştur. Yapılan analiz sonucunda, yelkenli tekne model deneylerinde ?özellikle yüksek süratlerde- maruz kalınan dinamik hareketler dolayısıyla oluşan ıslak alan değişiminin direnç ayırıştırma ve ekstrapolasyon sürecinde göz önüne alınması gerekliliği ortaya çıkarılmıştır. Yapılan meyilli durumdaki testlerde ise, yanal kuvvet ve indüklenmiş direnç üretimi eğiliminin ölçek ile değişimi ile ilgili farklılılar tespit edilmiştir. Deneysel olarak varlığı tespit edilen fakat kaynakları mevcut deneysel veriler ışığında tanımlanamayan ölçek etkilerinin belirlenebilmesi maksadıyla yapılan hesaplamalı çalışmalarda, özellikle takıntı dirençlerinin hesap edilmesi için kullanılan ampirik formülasyonların, yüksek süratlerde oluşan trime, takıntı-tekne arası ve takıntılar arası etkileşimlere hassas olmadığı ve bu sebeplerden dolayı direnç ayırıştırma ve ekstrapolasyon işlemlerinde hatalar oluştuğu tespit edilmiştir. Tamamlanan çalışma sonucunda, yelkenli tekne model deneylerinde direnç ayırıştırma ve ekstrapolasyon için kullanılan metodolojinin eksiklikleri, kullanılan ampirik formülasyonların yetersizlikleri anlaşılmış ve bu eksiklik ve yetersizliklerin giderilmesi için öneriler sunulmuştur. Meyilsiz ve meyilli durumdaki testler için ölçek belirleme sürecinde model ölçeği, doğruluk ve bütçe arasındaki ilişki tanımlanmış ve proje beklentileri göz önüne alınarak ölçek belirleme süreci için tavsiyeler verilmiştir. Yapılan çalışmada elde edilen sonuçların literatür ile örtüşmekte olduğu görülmüştür. Araştırma konusunun, geçen yıllar boyunca birçok araştırmacı tarafından irdelenmiş olmasına rağmen, konu özgün bir metodoloji ile deneysel ve hesaplamalı çalışmaları sistematik bir biçimde birleştirmek suretiyle ele alınmış ve sonuçların gelecekte yapılacak test çalışmaları için dikkate alınacak nitelikte olduğu tespit edilmiştir.
İnterpolasyonlu Parçacık Hidrodinamiği Yöntemi İle Serbest Su Yüzeyli Şiddetli Akış Problemlerinin İncelenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-10-02) Özbulut, Murat ; Gören, Ömer ; 10016419 ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Bu tez çalışması kapsamında, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği literatüründe görece yeni sayılabilecek ve halen oldukça yaygın bir araştırma konusu olarak gelişimini sürdürmekte olan İnterpolasyonlu Parçacık Hidrodinamiği (Smoothed Particle Hydrodynamics) yöntemi ile serbest su yüzeyli şiddetli akış problemleri 2-boyutlu olarak incelenmiştir. Bu problemler, sırasıyla, baraj yıkılması (dam-break), kısmi olarak sıvı ile doldurulmuş dikdörgen kesitli bir tankın yatay yönde çalkantı hareketi (sway-sloshing) ve serbest su yüzeyine yakın bir cisim etrafında oluşan akımın incelenmesi problemleridir. Bu çalışmanın odaklandığı başlıklardan birisi de literatürde yaygın bir şekilde kullanılan düzeltme terimlerinin bu çalışmada yeni olarak ortaya konulan serbest su yüzeyi düzeltme algoritması ile birlikte sonuçlara olan etkilerinin incelenmesidir. Bu kapsamda literatürde, verilen farklı düzeltme algoritmaları ve bu çalışmanın ortaya koyduğu serbest su yüzeyi düzeltme algoritması ile birlikte baraj yıkılması problemi üzerinde karşılaştırılmış ve her bir algoritmanın sonuçlara olan etkileri incelenmiştir. Ele alınan problemlerde tez çalışması sırasında geliştirilen serbest su yüzeyi düzeltme algoritmasının literatürde verilen deneysel ve bazı sayısal çözümlerle oldukça iyi bir uyumluluk gösterdiği gözlemlenmiştir.
Sualtı Akıntı Türbinlerinin Hidrodinamik Analizi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-05-29) Uşar, Deniz ; Bal, Şakir ; 10074757 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği ; Naval Architecture

Son yıllarda, rüzgar ve güneş enerjisi ile deniz ve gel-git akıntıları gibi yenilenebilir kaynaklardan elektrik enerjisi üretimi önceki yıllara oranla hızlı biçimde artmıştır. Bu tür enerji kaynaklarının potansiyelleri, dünyanın gelecekteki enerji talebini güvenli, temiz ve ekonomik biçimde karşılamaya yetecek kadar yüksektir. Sualtı akıntılarından istifade ederek enerji üreten sualtı akıntı türbinleri (MCT-Marine Current Turbine), okyanus ve denizlerde işletilebilecek yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir. MCT’lerin teknik olarak uygulanabilir olduğu ve akıntı kaynaklarının, gelecekteki enerji talebinin karşılanmasına önemli katkı yapmaya yetecek ölçüde büyük olduğu bilinmektedir. MCT’ler düşük akım hızlarında dahi enerji üretebilme potansiyeline sahiptir. Ayrıca, dip akıntı hızları rüzgara göre daha kararlı ve düzenli bir yapıya sahip olduğundan, sualtı akıntı türbinleri devamlı ve öngörülebilir enerji sağlamaktadır. Bilindiği üzere MCT’ler, çalışma prensibi ve kullandıkları mekanizma ile temelde rüzgar türbinlerine çok benzerdir. MCT’ler ve rüzgar türbinleri arasındaki önemli farklardan bir tanesi oluşması engellenemeyen bir fiziksel olay olan kavitasyondur. Kavitasyon, MCT kanatlarının önemli bir kısmında meydana geldiğinden etkilerinin hesaplamalara dahil edilmesi gereklidir. Sualtı akıntı türbini dizaynında, analizinde ve optimizasyonunda yaygın olarak kullanılan klasik momentum kanat elemanı teorisi ile, momentum teorisi ve kanat elemanı teorisine ait denklemler birlikte kullanılarak, istenilen bir türbin rotoru için optimal kanat formu belirlenebilir. MBEM teorisine ait bu denklemler temelde, kavitasyon karakteristikleri hariç sualtı akıntı türbinleri ile büyük benzerlik gösteren rüzgar türbinleri için geliştirilmiştir. Ek olarak, MCT’lerde uç hız oranları, mukavemet ve kavitasyon gereksinimleri nedeni ile rüzgar türbinlerindekilere oranla oldukça düşüktür. Momentum kanat elemanı metodu, uygulanan temel düzeltme faktörleri ile dizayn aşamasında yapılacak türbin analizleri için yeterli olmakla birlikte, analitik modeldeki eksiklikler ve sualtı akıntı türbini uygulamalarında kanatlar üzerinde meydana gelebilecek kavitasyon karakteristiklerinin hesaba katılamaması dolayısı ile önemli modifikasyonlara ihtiyaç duymaktadır. Diğer yandan, kesit kaldırma kuvveti ve kavitasyon direnci katsayılarının kanat yarıçapları boyunca hesaplanabilmesi gereklidir. Türbin kanatları etrafındakı akımın analizi için panel metodu olarak da bilinen sınır eleman metodu da kullanılmıştır. Potansiyel akım teorisini temel alan bu yöntem, kesitler etrafındaki basınç dağılımları hakkında bilgi sağlayarak kanat kavitasyon performansının öngörülebilmesine imkan sağlamaktadır. Bu yöntemler, doktora tez çalışması çerçevesinde MCT’lere uygulanmış ve MCT’lerin hidrodinamik performansları incelenmiştir. Ayrıca, kavitasyonun türbin kanatları üzerindeki dağılımının simülasyonu için, pervane performansının analizinde yaygın olarak kullanılan bir sayısal yöntem olan girdap ağ metodu kullanılmıştır. Metot, düzensiz tabaka kavitasyonlu akımların incelenebilmesi için geliştirilmiş ve hassas sonuçlar elde edilebilmesi için, tekillik ve kontrol noktolarının aralıkları hata oluşumunu engelleyecek biçimde düzenlenmiştir Newcastle Universitesi Emerson Kavitasyon Tüneli’nde, üç kanatlı yatay eksenli bir model türbin kullanılarak gerçekleştirilen deneylerde itme ve tork değerleri ölçülmüş; ayrıca türbinin iki farklı şaft derinliğinde kavitasyon davranışları incelenmiştir. Zira, sualtı akıntı türbini dizayn ve optimizasyonunda hidrodinamik performansın belirlenebilmesi için gerçekleştirilen sayısal öngörülerin deneysel olarak doğrulanması büyük önem teşkil etmektedir. Kavitasyon tünelinde yapılan deneyler ile kavitasyon formları ve türbin kanatları üzerindeki dağılımı incelenmiş, türbinin önemli ölçüde tabaka ve bulut kavitasyona ek olarak kanat uçlarında girdap kavitasyon maruz kaldığı gözlemlenmiştir. İki farklı deney koşulu için türbin kanatları üzerindeki kavitasyon dağılımı girdap ağ metodu kullanılarak modellenmiş, sonuçlar deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Momentum kanat elemanı metodu öncelikle kavitasyonsuz çalışma koşullarının analizi için literatürde deneysel ölçümleri mevcut olan bir rüzgar türbinine ve kavitasyonsuz çalışma koşulu için sayısal olarak modellenmiş bir sualtı akıntı türbinine uygulanmış ve sonuçlar mukayese edilmiştir. Sayısal olarak modellenen türbinin kanatları üzerinde ideal teorik bir kavitasyon dağılımı için belirli bir uç hız oranı aralığında güç katsayıları hesaplanmış ve kavitasyonsuz durumdakilerle kıyaslanmıştır. Kavitasyona maruz bir sualtı akıntı türbininin performans analizi için, literatürde bulunan diğer bir çalışmadan faydalanılmış, türbinin kavitasyon dağılımı girdap ağ metodu kullanılarak simüle edilmiştir. Kavitasyon yapan kanat kesitlerinin kaldırma ve sürüklenme kuvvetleri sınır eleman metodu ile hesaplanarak momentum kanat elemanı metodunda kullanılmış, böylelikle kavitasyonun türbin güç üretme performansına etkisi teorik olarak hesaplanmıştır. Kavitasyon dağılımının matematiksel olarak belirlenebilmesi, kavitasyona maruz kanat kesitlerinin kaldırma ve direnç katsayılarının daha doğru öngörülebilmesini, böylelikle momentum kanat elemanı teorisinin kavitasyon yapan bir sualtı akıntı türbininin performansını hesaplama kapasitesinin artmasını sağlamıştır. Bu çalışmada sunulan yöntem kullanılarak üç kanatlı bir türbin modeli için yapılan analizde elde edilen güçte %30 teorik azalma öngörülmüştür.
Dizel motor hava akış sisteminin ortalama değer modeli ve EGR-VGT sistemlerinin model öngörülü kontrolü

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016) Karakaş, Şafak Cemal ; Söğüt, Oğuz Salim ; 441696 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği ; Naval Architecture and Marine Engineering

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.
İki Boyutlu Yalpa Hareketindeki Hidrodinamik Katsayıların İnterpolasyonlu Parçacık Hidrodinamiği Yöntemi İle Hesaplanması

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-10-27) Ölmez, Onur ; Gören, Ömer ; 10127345 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği ; Naval Architecture

Su yüzeyinde salınım yapan cisimlerde meydana gelen hidrodinamik kuvvetlerin ve momentlerin tahmini için birçok analitik, deneysel ve sayısal çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmada, sayısal yöntemlerden biri olan İnterpolasyonlu Parçacık Hidrodinamiği (Smoothed Particle Hydrodynamics) kullanılarak zorlanmış yalpa hareketi yapan ikiboyutlu dikdörtgen kesitli bir cisme etkiyen moment, ek su kütle atalet momenti ve sönüm moment katsayıları, cisim çevresinde oluşan girdaplılık ve cismin hareketi nedeni ile serbest su yüzeyinde oluşan dalgalar incelenmiş ve elde edilen sonuçların literatürde yer alan diğer sonuçlarla ile mukayesesi yapılmıştır. Ayrıca tez kapsamında elde edilen sonuçlar çeşitli duyarlılık analizlerine tabi tutularak oluşturulmuş olan İnterpolasyonlu Parçacık Hidrodinamiği (İPH) sayısal çözüm algoritmasının gürbüz (robust) olup olmadığı araştırılmıştır. İPH yönteminin uygulamasında değişik algoritmalar kullanılmakta olup, bu çalışma çerçevesinde geliştirilmiş bilgisayar programı temelde, Yapay Viskozite Terimi’ni (Artificial Viscosity Term) içeren Euler Hareket Denklemi ve Süreklilik Denklemini, Zayıf Olarak Sıkıştırılabilir İPH Yaklaşımı (WCSPH) yardımı ile çözmektedir. İPH yöntemi ilk olarak 1970’li yılların sonlarında astrofizik problemlerinin çözümünde eş zamanlı olarak Monaghan ve Gingold (1977) ve Lucy (1977)tarafından kullanılmaya başlanmış, daha sonra akışkan ve katı cisim problemlerine uygulanmıştır. Bu yöntem, 1990’lı yıllardan sonra su altı patlaması, şok, bio-mekanik, çarpışma, çeşitli akışkan ve katı mekaniği problemlerinde kullanılmış olup günümüzde halen geliştirilmeye devam edilmektedir. İPH yöntemi, çözüm bölgesini oluşturan parçacıklarda yoğunluk, basınç, hız vb. kinematik ya da dinamik büyüklüklerinin zaman içerisindeki değişiminin takip edildiği Lagrange temelli bir yöntem olup ağsız yöntemlerden bir tanesidir. İPH formülasyonu kullanılarak oluşturulacak bir sayısal çözüm prosedüründe iki adet temel adım vardır. Bu adımlardan birincisi çekirdek/ağırlık yaklaşımı, ikincisi ise parçacık yaklaşımıdır. Bahsedilen yaklaşımlar birer cümle ile şu şekilde özetlenebilir. • Çekirdek yaklaşımı; herhangi bir kinematik ya da dinamik büyüklüğün, çözüm bölgesi içerisinde dağıtılmış parçacıklara bir ağırlık fonksiyonu ile atanması, • Parçacık yaklaşımı; çekirdek yaklaşımı yapılarak integral haline dönüştürülen fonksiyonun parçacıklara ayrıklaştırılarak bir toplam ile gösterilmesi, Çekirdek/ağırlık yaklaşımı ve parçacık yaklaşımı uygulanmış olan Süreklilik ve Euler denklemlerine WCSPH yaklaşımı yapılmıştır. İPH sayısal yöntemi ile geliştirilmiş algoritma ile kararlı çözüme ulaşabilmek ve sistemin sayısal stabilitesini arttırmak için Euler hareket denklemi içerisindeki basınç terimlerine yapay viskozite terimi eklenmiştir. Yapay viskozite teriminin doğrudan momentum korunumu denklemine eklenmesinin sebebi akışkana belli bir mertebede difüzyon eklenerek sayısal çözümün kararlılığının arttırılmasının sağlanmasıdır. Bu terim ilk olarak sonlu farklar algoritmaları için Von Neumann ve Richtmyer (1950) tarafından kullanılmaya başlanmış olup birçok İPH çalışmasında da kapsamlı olarak kullanılmıştır (Delorme ve diğ., 2005). Eklenen bu yapay viskozite değerinin sayısal kararlılığı sağlarken çözüm üzerindeki etkilerinin en aza indirilecek şekilde optimize edilmesi gerekmektedir. Ayrıca dikkat edilmesi gereken başka bir husus da parçacık çözünürlüğünün arttırılması ile (örneğin interpolasyon uzunluğunun (h) sıfıra yakınsaması ile) yapay viskozite terimi sıfıra yakınsar ve böylece hareketi temsil eden denklem sistemi Euler denklemlerine indirgenmiş olur (Antuono ve diğ., 2011).WCSPH yaklaşımını ise akışkanı oluşturan parçacıkların yoğunluk değerinin başlangıçtaki durumlarından %1 sapmasına müsaade eden ve parçacıkların basınç değerlerinin yoğunluk değerlerinden faydalanılarak çözüldüğü bir hal denklemini içeren yaklaşım olarak özetleyebiliriz. Tez kapsamında ayrıca literatürde sıklıkla kullanılan Yoğunluk Düzeltmesi (Shephard Filtering), Birleşik Serbest Su Yüzeyi Yapay Parçacık Ötelemesi (VXSPH) ve Parçacık Paketleme Algoritması (Particle Packing Algorithm) sayısal düzeltme algoritmaları kullanılmıştır. Yoğunluk Düzeltmesi WCSPH kullanımında basınç değerlerinin değişimini düzenleyen ve problem bölgesindeki sayısal gürültünün (numerical noise) azaltılması maksadıyla Süreklilik denkleminden elde edilen yoğunluk değerlerinin parçacıklar arasında ağırlıklandırılmış interpolasyon kullanılarak düzenlenmesi olarak ifade edilebilir ve literatürde WCSPH yaklaşımını kullanan bir çok araştırmacı tarafından (Colagrossi ve Landrini, 2003, Dalrymple ve Rogers, 2006 ve Özbulut ve diğ., 2014) kullanılmıştır. VXSPH çözüm algoritması, XSPH Hız Varyantı (Monaghan, 1994) ve Yapay Parçacık Ötelemesi (Shadloo ve diğ., 2011)’nin ortak uygulamasını içeren hibrit bir yöntem olup su yüzeyinde parçacıkların hız ve konumlarının düzenlenmesine, su altında ise parçacıkların kümelenmesinin engellenmesine etki etmektedir. Ayrıca problem sınırlarının eğik olduğu durumlarda ise sayısal algoritma içinde parçacıkların çözüm bölgesine daha homojen dağıtılmasına yarayan Colagrossi ve diğ. (2012), tarafından geliştirilen Parçacık Paketleme Algoritması (Particle Packing Algorithm) kullanılmıştır. Çalışma kapsamında geliştirilmiş olan algoritmanın doğrulanmasına yönelik beş değişik test uygulanmış olup her bir doğrulama kapsamında probleme ilişkin farklı parametrelerin değiştirildiği uygulamalara da yer verilmiştir. Birinci doğrulamada cismin hareketsiz olduğu durumda basınç değerlerinin gözlemlenmesi için yapılmıştır. Birinci doğrulamada dik havuz sınırlarına sahip ve eğik havuz sınırlarına sahip iki farklı havuz geometrisi kullanılmış ve havuz içerisindeki basınç değişiminin başlangıç şartı olarak verilen hidrostatik basınçlardan sapması zaman içerisinde incelenmiştir. Yine bu doğrulamada eğik havuz sınırlarında uygulanan PPA algoritmasının beklenildiği gibi çalışıp çalışmadığı da test edilmiştir. İkinci doğrulama, cisim hareketli ve hareketsiz haldeyken elde edilen moment değerlerinin sınanmasına yönelik yapılmıştır. Cisim hareketli haldeyken elde edilen moment değerleri literatürde yer alan deneysel ve sayısal yöntemler ile mukayese edilmiştir. Yine bu doğrulama kapsamında cismin hareketli olduğu durumda cismin açısı ve cisme etkiyen moment değerlerinin arasında bir faz farkının oluşup oluşmadığı da incelenmiştir. Üçüncü doğrulama, değişik açısal frekans ve yalpa genliklerinde hareket eden cisimden elde edilen ek su kütle atalet momenti ve sönüm moment katsayılarının, literatürdeki deneysel ve sayısal sonuçlar ile karşılaştırılması şeklinde yapılmıştır. Dördüncü doğrulamada cismin hareketi nedeni ile cismin çevresinde oluşan girdapların adet ile mevkilerinin ve cismin çevresindeki akışkan hızlarının literatürde yer alan diğer çalışmalar ile karşılaştırılması yapılmıştır. Beşinci ve son doğrulama kapsamında ise cismin hareketi nedeni ile serbest su yüzeyinde oluşan dalgalar incelenmiştir. Doğrulama faaliyetlerinden sonra, geliştirilmiş olan algoritmanın gürbüz (robust) olup olmadığının kontrolü için parçacıklar arası mesafe (dx), zaman adımı (dt) ve problem geometrisinin değişiminin sonuçlara etkisi araştırılmıştır. Her üç duyarlılık analizinde de mukayese kriteri olarak boyutsuz ek su kütle atalet momenti (a66) ve boyutsuz sönüm moment katsayısı (b66) seçilmiştir. Oluşturulmuş olan İPH algoritması farklı doğrulama ve duyarlılık analizleri ile çeşitli denemelere tabi tutulmuştur. Gerçekleştirilen bütün denemelerde literatürde yer alan deneysel çalışmalara tatmin edici doğruluklarla cevap veren algoritma, literatürde bulunan deneysel veriler baz alındığında literatürdeki diğer bir sayısal yöntem olan FSRVM’ye göre daha yakın sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Başarılı sonuçlar alınmasına rağmen geliştirilen İPH algoritmasının çözüm süresi bir hayli uzun olup kısaltılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Daha önce farklı problemlerin çözüm/doğrulaması için kullanılmış olan İPH yönteminin su içinde yalpa hareketi yapan 2 boyutlu bir cisme uygulanmasına yönelik herhangi bir çalışmaya literatür taraması esnasında rastlanmamıştır. Dolayısı ile tez kapsamında İPH yöntemi kullanılarak iki boyutlu yüzen cisimlerin yalpa hareketine ilişkin elde edilecek sonuçların literatüre bir katkı sağlayacağı düşünülmektedir. Tez kapsamında irdelenmiş olan yalpa hareketi yapan cisme etkiyen moment, yalpa hareketindeki ek su kütle atalet momenti, sönüm moment katsayısı ve serbest su yüzeyinde meydana gelen dalgalar literatüre nicel olarak katkı sağlanmaktadır. Ayrıca yine tez kapsamında incelenmiş olan girdaplılık ve cisim çevresindeki parçacıklarda meydana gelen hız vektörleri literatüre nitel olarak katkı sağlamaktadır.
Değişken Valf Zamanlamasının Türboşarjlı & Arasoğutuculu Bir Dizel Motorun Egzoz Isıl Yönetimi Üzerindeki Etkileri

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-11-29) Başaran, Hasan Üstün ; 10124258 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği

Dizel motorlar günümüzde dünyada öncü bir rol üstlenmektedir. Endüstri ve sanayiden tarıma, otomotiv araçlarından deniz taşıtlarına kadar hemen her alanda dizel motorlar oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ancak bu makinaların hayatımıza kattığı olumlu etkilerin yanı sıra, özellikle son zamanlarda çevremize oldukça olumsuz etkisi söz konusudur. Dizel motorlardan çevreye yayılan yüksek orandaki emisyonlar; küresel ısınmayı arttıcı etkileri ve insan sağlığına da olumsuz etkileri nedeniyle günümüz dünyasında ciddi bir sorun haline gelmiş bulunmaktadır. Günümüzde dizel motorlar için izin verilen NOx ve PM emisyon sınırlamaları çok düşük değerlere düşürülmüştür. Makina üreticileri dizel makinalardan çevreye yayılan bu yüksek orandaki emisyonları düşürmek için genellikle makina sistemlerinde egzoz ısısı yönetim sistemlerini kullanmaktadırlar. SCR, DPF ve DOC, bu sistemlerin dizel motorlarda en yaygın kullanılan türlerindendir. SCR göreceli olarak NOx emisyonlarını düşürmek için daha fazla kullanılırken, DPF yöntemi PM emisyonlarını azaltmakta tercih edilmektedir. DOC yöntemi ise, yanmamış hidrokarbon ve karbonmonoksit oranları için çevre koruma ajanslarınca dizel motorlara konulan sınırlamaların sağlanmasına yönelik bir sistemdir. Her ne kadar bahsi geçen bu ısıl yönetim sistemleri dizel motorlar için belirlenmiş emisyon sınırlarını sağlamak amacıyla kullanılmaktaysa da, pratikte kullanım sırasında her bir egzoz ısıl yönetim sisteminin kendisine has sıkıntıları ve yol açtığı zorluklar bulunmaktadır. Bu sistemlerde, yüksek emisyon dönüşüm verimi sağlayabilmek için genellikle yüksek egzoz gazı sıcaklıklarına ihtiyaç duyulmaktadırlar. Bir başka ifadeyle, bu sistemler sıcaklığa oldukça bağlıdır ve verimli olabilmeleri için katalizör taşıyıcı sıcaklıklarının 250oC'den yüksekte tutulması gerekmektedir. Bu da ancak motordan ısıl yönetim sistemlerine gönderilen egzoz gazı sıcaklığının 250oC'nin üzerinde sürekli bir şekilde seyretmesi ile sağlanabilir. Fakat, dizel motorlarda egzoz gazı sıcaklıkları, dizel motorun çalışma alanında (hıza ve yüke bağlı) özellikle hızın ve yükün nispeten daha düşük seyrettiği durumlarda genellikle 250oC'nin altında kalmaktadır. Düşük egzoz gazı sıcaklığı ile çalışma durumu da, oldukça verimsiz egzoz ısıl yönetimine ve dizel motorun bu koşulda çalıştığı noktalar için yeterli emisyon düşürümünün sağlanamamasına sebep olur. Makina imalatçılarının bu performans noktalarında gereken yüksek egzoz gazı sıcaklarına ulaşabilmek için çözümler üretmesi gerekmektedir. Dizel motorlarda; makina hızının ve makina yükünün nispeten daha düşük olduğu motor performans alanlarında, 250oC'den yüksek egzoz gazı sıcaklığı elde etmek için başvurulan güncel metodlardan birisi de değişken valf zamanlamasıdır (VVT). Emme ve egzoz valflerinin açılma ve kapanma zamanları değiştirilerek, VVT bir dizel motoruna herhangi bir hız veya herhangi bir yük durumu için uygulanabilir. Bu nedenle; bu çalışmanın amacı, 6 silindirli ve 4 stroklu bir dizel motorunun egzoz gazı sıcaklığının 250oC'nin altında kaldığı performans noktalarında, farklı hız ve farklı yük durumları için VVT yöntemini uygulayarak egzoz gazı sıcaklığını 250oC'nin üstüne çıkarabilmek ve dolayısıyla makina sisteminde daha verimli egzoz ısıl yönetimi elde edebilmektir. Valf açılma ve kapanma zamanlamalarının yanı sıra emme ve egzoz maksimum valf açıklıklarının değişimi de yine egzoz gazı sıcaklığını daha da arttırmak için uygulanmıştır. Çalışmadaki hedef, bu yüksek egzoz gazı sıcaklıklarını elde ederken, başlangıç emme ve egzoz valf açılma ve kapanma zamanlamaları ile başlangıç maksimum valf açıklıklarına kıyasla sistemde herhangi bir yakıt tüketimi artımına sebep olmadan VVT yöntemini birçok farklı hız ve yük durumu için uygulayabilmektir. Tez çalışmasında öncelikle altı-silindirli türboşarjlı ve arasoğutuculu marinize bir dizel motor sistemi LES motor simülasyon programı kullanılarak, egzoz gazı sıcaklıklarını ve egzoz gazı kütle akış oranlarını incelemek için modellenmiştir. Simülasyon programı, içerisinde marinize dizel motor sistemini oluşturan birçok farklı unsuru (silindirler, portlar, valfler, türboşarjer, arasoğutucu, elemanları birbirine bağlayan borular vs.) bulundurmaktadır. Simülasyonu oluşturan bu parçalar toplu olarak bir şekil üzerinde gösterilmiş ve ardından programda kullanılan kabuller ve programa bu elemanlara ait verilerin girişi detaylı bir şekilde gerek metin içinde gerekse de tezin Ek kısmında gösterilmiştir. Ayrıca, bu unsurlarda hesaplamalar için kullanılan matematiksel denklemler de yine ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Tez çalışmasının ilerleyen safhalarında LES programında modellenen marinize dizel motorun 1200 rpm hızında ve 2.50 bar sabit motor yükünde (ortalama efektif basınç) çalıştığı düşünülmüş ve emme valfi kapanma (IVC) zamanlamasının daha erken/geç kapanması durumu açık literatürdeki bir deneysel çalışma ile karşılaştırılmıştır. Yapılan inceleme ve kontroller sonucunda teorik modellemenin literatürdeki baz deney sonuçlarıyla uyumlu olduğu görülmüş, modellemenin kabul edilebilirliği ve doğruluğu anlaşılmıştır. Bilgisayar modellemesi ile hesaplanan türbin çıkış sıcaklığı (TET) ve hacimsel verim değerlerinin literatür deney sonuçları ile uyumlu olduğu gözlenmiştir. Böylece modelleme programının egzoz gazı sıcaklığı hesabında da rahatlıkla kullanılabileceği görülmüştür. Modellemenin doğrulama aşamasında; sabit yük koşulu altında, IVC'nin orijinal kapanma krank açısı (CA) değerinden 65 derece CA geriye ötelenmesi veya 100 derece CA ileriye ötelenmesinin TET değerinin 250oC'den yüksek olması için yeterli olduğu gösterilmiştir. IVC'nin ileri ve geri ötelenmesi ile 55oC'ye varana kadar TET artışı elde edilmiştir. Ayrıca, IVC'nin diğer makina performans parametreleri üzerindeki etkisi incelendiğinde IVC'nin erken ve geç kapanmasının yakıt tüketimini azalttığı gözlenmiştir. Erken kapanma geç kapanmaya kıyasla biraz daha fazla yakıt tasarrufu sağlamaktadır. İleri ve geri ötelenmiş IVC değerlerinin etkileri P-V indikatör diyagramında gösterilmiş, sonuçları orijinal IVC değerleri için açık literatürde ortaya konulan sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar sonunda yakıt tasarrufunun sistemdeki pompalama kayıplarının azalmasından kaynaklandığı görülmüştür. Öte yandan, bu erken ve geç kapanma zamanlamaları başlangıç değerine kıyasla, egzoz gazı kütle akış oranında oldukça yüksek düşüşlere neden olmaktadır. Erken IVC (EIVC); motorun hacimsel verimini, geç IVC (LIVC) zamanlamasına göre daha fazla düşürdüğü için egzoz gazı kütle akışında daha yüksek oranda azalışa sebep olmaktadır. Tez çalışmasının ilerleyen safhalarında ise egzoz gazı sıcaklıklarını 250oC'nin yukarısına çıkarmak ve bunu yaparken egzoz gazı akış oranında azalmaya yol açmamak için erken emme valfı düzenlemesine ek başkaca VVT seçenekleri de araştırılmıştır. Erken egzoz valf kapanması, geç emme valfi açılması ve erken egzoz valfi açılması (EEVO) uygulamalarının hepsi ayrı ayrı incelenmiştir. EEVO'nun EIVC ile birleştirilmesinin en iyi seçenek olduğu görülmüştür. Çünkü EEVO; hem egzoz gazı sıcaklığını hızlı bir şekilde arttırmakta, hem de egzoz akış oranı üzerinde olumsuz bir etki yaratmamaktadır. Ayrıca, her ne kadar EEVO yöntemi yakıt tüketimini arttırsa da, EIVC metodunun sistemde sağladığı yakıt tasarrufu ile bu yükseliş en aza indirilebilir ve hatta dengelenerek başlangıçtaki yakıt tüketim değeri korunabilir. Bu nedenle, birleştirilmiş EIVC & EEVO yöntemi sisteme sabit yük altında uygulanmıştır. EIVC başlangıç zamanından sadece 40 derece CA geriye ötelenmiş ve EEVO da başlangıç açılma değerinden 70 derece CA daha önce açılmıştır. Her ne kadar sistemde 250oC'ye oldukça yakın egzoz gazı sıcaklığı elde edilmiş olsa da, birleşik valf zamanlaması metodu başlangıç valf zamanlamasına nazaran 1 %'den biraz daha fazla bir oranda yakıt tüketiminde artışa neden olmuştur. Sonraki aşamada, emme ve egzoz maksimum valf açıklık değerlerinin değişimi incelenerek simülasyonda oluşan bu % 1'lik yakıt tüketimi artışı giderilmeye çalışılmıştır. Başlangıç valf açıklıklarına kıyasla daha küçük emme valfi maksimum açıklığı ile daha yüksek egzoz valfi maksimum açıklığı kullanıldığında, TET değerinin 250oC'den çok daha yüksek değere ulaşabilmesi sağlanmıştır. Ancak bundan daha da önemli olan sonuç, bu yüksek egzoz gazı sıcaklığı elde edilirken, sistemdeki yakıt tüketiminin başlangıç valf zamanındaki değere düşürülebilmiş olmasıdır. Yöntem, her ne kadar egzoz kütle debisini biraz azaltsa da, TET değerini başlangıç valf maksimum açıklık değerlerine nazaran yeterince arttırdığı için ısıl sisteme gönderilen egzoz gazı termal gücü sabit kalabilmektedir. Son aşamada, yöntemin başarılı olduğunun görülmesi üzerine, metod farklı makina hızlarına (1000 rpm'den 2000 rpm'e) ve birçok farklı makina yük durumuna (1.0 bar'dan 5.0 bar'a) uygulanmıştır. VVT metodu ile, başlangıç valf açılma ve kapanma zamanları ile başlangıç valf maksimum açıklık değerlerine kıyasla, çok daha düşük makina yüklerinde egzoz gazları 250oC TET değerine ulaşabilmektedir. Örneğin, 1200 rpm makina hızı için; dizel motor başlangıç valf değerlerinde, 250oC'nin üstünde egzoz kütle akışını ancak 4.50 bar yüklü durumda sağlayabilirken, VVT ve değişken valf açıklık değerleri ile aynı sıcaklığa 2.50 bar motor yükü durumunda ulaşabilmektedir. Yük durumundaki iyileştirme farklı motor hızlarında farklı değerler alsa da, 250oC egzoz gazı TET eğrisi bu yöntem ile motorun çalıştığı bütün hızlarda daha düşük makina yük durumlarına indirilebilmektedir. Bu da dizel motorun, başlangıç valf durumuna nazaran, çalışma bölgesinin çok daha büyük bir kısmında daha verimli egzoz ısıl yönetimine sahip olabilmesi ve emisyon değerlerini izin verilen sınır değerlerde tutabilmesi demektir. Daha da önemli olan sonuç ise, bu sonucun orijinal valf zamanlamasına nazaran fazladan bir yakıt tüketimi gerektirmeden gerçekleşmiş olmasıdır. Ayrıca, her ne kadar egzoz gazı kütle akışında düşüş gözlense de; hesaplanan azalma, yalnızca IVC zamanlamasının ileri ve geri ötelenmesi ile 250oC TET değerinin elde edildiği durumdaki kadar yüksek olmamaktadır. Tezin sonuç kısmında modelleme sonuçları tartışılmış, araştırmanın genel değerlendirmesi yapılmış ve gelecekte bu yönde çalışma yapacak araştırmacılar için çalışma alan önerileri belirtilmiştir. Bu çalışmayla VVT tekniğinin marinize dizel motorların özellikle manevra veya liman içi gibi düşük yükte çalışma durumlarında egzoz gazı sıcaklıklarının 250oC'nin üzerine nasıl çıkarılabileceği ortaya konuluştur. Teorik araştırmanın deneysel araştırmayla desteklenerek gelecekte emisyon azaltımı ile alakalı çalışmalara yöntem bazında fikir vermesi, yol göstermesi ve katkı sağlaması umulmaktadır. Tez bulgularıyla marinize dizel motorların egzoz ısıl yönetim sistemleri çok daha verimli hale getirilebilir ve aranan/izin verilen emisyon kriterleri karşılanabilir.
Development of experimental captive and free-running manoeuvring systems and their cross-validation

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Özden, Münir Cansın ; Gören, Ömer ; Sarıöz, Kadir ; 675786 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri

The present PhD thesis describes a compact planar motion mechanism based captive and a GPS time pps synchronized free-running ship model manoeuvring test system designed and developed at Istanbul Technical University (ITU). The PMM system, designated as ITU-PMM, is particularly designed to be light and simple to be installed on the existing towing carriage in a 160-meter-long towing tank. The main components of the motion controller based system are; two servo-motors with high precision encoders, a reduction gear with very low backlash for yaw motion, precision linear motion ball-screws, a six component loadcell for force and moment measurements and a data acquisition system. ITU-PMM is primarily designed to perform standard captive manoeuvring tests, including the static tests such as steady drift and oblique towing with rudder deflection and the dynamic tests such as pure sway, pure yaw and yaw and drift. Additionally, since the servo motors are independently controlled, non-standard tests could also be carried out. In order to calibrate and validate the system, standard PMM tests were carried out with a SIMMAN (2008) benchmark case model (DTMB 5415) representing high speed displacement vessel. The measured forces and moment and the derived manoeuvring derivatives are compared with those obtained by major test facilities. The sensitivity of the system is verified by an uncertainty analysis. ITU Free Running System has modular measurement and propulsion systems, which are assembled on a battery, powered 5.72 m model of DTMB 5415. This model is propelled and steered by two servo motor groups. It is controlled by remote control and can also be run in semi-autonomous mode. The system allows users to set manoeuvring test parameters from shore and thus the model automatically performs indicated tests. The system has a PLC controller which drives the propeller and rudder servo motors, record, and arrange the data of time, position, heading and speed from a precise RTK (Real Time Kinetic) GPS. Roll and pitch data are recorded from inertial navigation system, angle and RPM are from encoders of servo motors. The use of pps (pulse per second) function of the GPS is extended to 10Hz by the offset adjustment feature of inertial navigation system, thus all the data collected from various sensors are synchronized by GPS time. This feature allows user to collect and arrange data without delay which is found crucial while analyzing dynamic motions such as zigzag experiments where the immediate ship responses to rudder actions are important. Utilizing the ITU Free-running system, turning circle and zig-zag tests are conducted at ITU Lake and the results are compared with the ones published by MARIN in SIMMAN (2014) Workshop. A repeatability analysis is also conducted to show the sensitivity of the tests. The cross-validation study is carried out by employing MMG method of Yasukawa and Yoshimura (2015) in the simulation of port and starboard turning circles by using the derivatives obtained from captive model tests conducted within the present thesis along with the derivatives by IIHR (Yoon (2005) and FORCE Technology (Simonsen (2004)). The results of turning simulations are compared with the turning circle results of ITU free-running test system. Simulation results showed a better agreement with that of the free running experiment when the derivatives are taken from Fr=0.410 tests. Turning diameter obtained by using derivatives from captive tests at Fr=0.280 results in a smaller diameter and Fr=0.138 derivatives gives even smaller diameter. There are numerous parameters in the present system-base model so that it is not easy to precisely pinpoint the cause of the fact that higher Froude number captive tests measurements are much more effective in predicting the manoeuvring characteristics. Anyhow, this may be attributed to the fact that higher speeds of the model result in higher Reynolds numbers which help to attain a flow regime which is relatively closer to the real case. Some of the topics which will be considered to be investigated after this thesis study are; It would be more fruitful both for the scientific manoeuvring community and also for Turkish Navy, if these tests are repeated with a model of a newly built ship and results are verified by full scale manoeuvring data. It is crucial to see the extent of the scale effect in manoeuvring characteristics when scaling from ship model to full size ships. Another following study may focus on conducting captive model tests in head and following regular waves and employ the derivatives together with wave excitation forces in the equations of motion. In a following study, model can be manufactured with rudders, propellers and other appendages such as shafts and struts. Captive tests can be conducted with propellers running at self-propelling conditions and by repeating the tests with different rudder angles in order to determine their influences on manoeuvring derivatives and parameters which are used in MMG method. Problems of manoeuvring may be said to be overcome by the use of AI and ML in the near future. Thus, further studies may be conducted to integrate AI and ML models into the problems of manoeuvring.
Gemi Dalga Direncinde Lineer Olmayan Etkilerin Hesaplamalı Olarak İncelenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Danışman, Devrim Bülent ; Gören, Ömer ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Gemi dalga direncini doğru olarak hesaplayabilmek gemi-form dizaynı açısından vazgeçilmez bir öneme sahiptir. Bu çalışmada gemi dalga direncini daha hassas hesaplayabilmek için gemi etrafındaki akışta lineer olmayan serbest su yüzeyi sınır koşullarını kullanan bir yöntem geliştirilmiştir. İteratif bir algoritma ile çalışan bu yöntemde lineer olmayan serbest su yüzeyi koşulları deforme olmuş serbest su yüzeyi üzerinde uygulanmaktadır. İterasyon adımlarında gemi ile serbest su yüzeyinin tam bir ara kesitinin alınması sayesinde geminin hesaba dahil olan ıslak alanı gerçekte olduğu gibi alınabilmiştir. Bu sayede, geliştirilen yöntem geminin sakin su düzlemi üzerinde kalan geometrisinin dirence etkisinin gösterilebilmesi amacıyla da kullanılmıştır. Çalışmanın sonuçlarınım irdelenmesi amacıyla örnek bir gemi geometrisi (Seri 60, CB=0.60) alınmış ve üzerinde hesaplamalar yapılarak sonuçlar deneylerle karşılaştırmalı olarak gösterilmiştir. Yapılan karşılaştırmalar, geliştirilen yöntemle elde edilen sonuçların deneysel sonuçlarla uyum içerisinde olduğunu göstermiştir.
Gemilerde Bünyesel Titreşimlerin İncelenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Özsoysal, Reyhan ; Aldoğan, Ali İhsan ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Sunulan bu çalışma ile, lineer bileşik antisimetrik hareketlerin detaylı bir analizini yapılmış; konteyner gibi geniş ambar ağız açıklığına sahip gemiler ile tanker türü sandık kiriş olarak modellenebilecek gemiler için dalgalı bir denizdeki davranışları incelenmiştir. Yapısal ve akışkan dinamiği teorileri kullanılmış; yapı dinamiği teorisinde kuru tekne analizi ile doğal frekanslar ve asal modlar elde edilmiş, akışkan dinamiği teorisinde ise ideal akışkan kabulü yapılmış, lineerlik gözönünde bulundurularak iki boyutlu hidrodinamik özellikler multi-pole potansiyel akım analizi ile elde edilmiştir. Hem yapı dinamiği teorisi ve hem de iki boyutlu hidrodinamik teori birleştirilerek, dalgalı bir denizde değişik ilerleme hızlarında seyreden ve aynı zamanda farklı açılarda dalgalarla karşılaşan gemiye ait genelleştirilmiş dengeli davranış hareketleri saptanmıştır. Böylece ampirik bağıntılara dayalı incelemeler yerine oldukça dikkatli analiz gerektiren gemi hareketleri ortaya çıkarılmıştır. Sonlu farklar metodu çözüm yöntemi olarak seçilmiş, geliştirilen bilgisayar programının sonuçları literatürde yer alan sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak bu tez çalışması kapsamında kullanılan teori, yapılan kabuller ve geliştirilen bilgisayar programı yardımı ile, antisimetrik gemi hareketi yapan geminin ön dizayn veya dizayn aşamasındaki yada inşaatı bitmiş gemilerde titreşimden kaynaklanan rezonans durumu önceden kestirilebilecek ve önlenmesi mümkün olabilecektir.
Değişken Kalınlıklı Eliptik Levhaların Burkulması Ve Titreşimleri

(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Bayer, İsmail ; Dökmeci, M. Cengiz ; Gemi İnşaatı Mühendisliği ; Naval Architecture

Bu çalışmada kalınlığı parabolik olarak değişen düzlemsel kuvvetler etkisindeki eliptik levhaların serbest titreşimleri incelenmiştir. Levhanın lineer, homojen, izotrop ve kenarlarından basit ya da ankastre mesnetli olduğu kabul edilmiştir. Problemin matematiksel modelinde kartezyen koordinatlarda hem diferansiyel hem de integral formda verilmiş olan yönetici denklemi boyutsuzlaştırılmıştır. Diferansiyel formda verilen matematiksel model kolokasyon, moment ve Galerkin yöntemi gibi bazı ağırlıklı artıklar yöntemleriyle yaklaşık olarak çözülürken, integral formda verilen model ise sadece Rayleigh-Ritz yöntemi olarak bilinen bir enerji yöntemiyle çözülmüştür. Kullanılan yaklaşık yöntemlerin doğruluğunu ve geçerlilik aralığını tespit etmek amacıyla öncelikle sadece serbest titreşim problemi, sadece elastik burkulma problemi, sabit kalınlık halinde dairesel ve eliptik levhalar ozel halleri için sonuçlar elde edilerek literatürdekilerle karşılaştırılmıştır. Ankastre ve basit mesnet sınır koşullarına uygun olacak şekilde levha kalınlığı iki farklı formda düşünülmüş ve levha hacimlerinin her durumda birbirine eşit olması sağlanmıştır. Bu sayede farklı kenar oranları için serbest titreşim probleminde asal frekans parametresi ve elastik burkulma probleminde ise kritik burkulma yükü parametresini karşılaştırmak mümkün olmuştur. Daha sonra parabolik kalınlık değişiminin frekans parametresi ve kritik burkulma yükü parametresi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Son olarak hem sabit hem de değişken kalınlık halinde düzlemsel kuvvetlerin dairesel ve eliptik levhaların serbest titreşimleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Sonuçlar literatürdekilerle kolayca karşılaştırılabilmesi için genellikle tablolar halinde, kısmen de şekillerle sunulmuştur. Levha formu uygun şekilde değiştirildiği taktirde titreşim ve stabilite karakteristiklerinin iyileştirilebileceği sonucuna varılmıştır.

Gözat

Çıkarma tarihi ile FBE- Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri