LEE- Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gözat
Çıkarma tarihi ile LEE- Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeKriging interpolasyonu kullanan vekil modeller ile gemi kıç formunun viskoz direnç yönünden optimizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020) Pehlivan Solak, Hayriye ; Gören, Ömer ; 656916 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim DalıDeniz taşımacılığı; dünya ticaret hacmi içerisinde büyük pay sahibi olması sebebiyle emisyon miktarları ve enerji verimliliği açısından mercek altındadır. Günümüzde Uluslararası Denizcilik Kurumu (IMO) zorunluluğu olan Enerji Verimliliği Dizayn İndeksi (EEDI) gemilerin yakıt verimliliğinin artması ve dolayısıyla yakıt tüketiminin azalması için form optimizasyonunu zorunlu kılmaktadır. Bu zorunluluğu CO2 emisyonlarını denetleyerek gerçekleştirmektedir. Dolayısıyla teknenin enerji verimliliği her yeni tasarım için güncelliğini koruyan bir araştırma konusu olmaktadır. Teknenin form optimizasyonu birbirini olumlu ya da olumsuz etkileyebilen parametre ve kısıtlarla bir arada çalışmayı gerektiren karmaşık bir problemdir. Özellikle viskoz etkilerin hakim olduğu kıç form odak olarak alındığında; hem minimum viskoz direnç, optimum pervane tasarımı için akım düzgünlüğü gibi farklı hedeflerin bir arada olması hem de gürültü ve titreşim gibi teknenin ömrü boyunca maruz kalabileceği fiziksel problemlerin de incelenmesini gerektirmesi lokal olarak form optimizasyonu problemini zorlaştırmaktadır. Form optimizasyon çalışmalarında güçlü bir araç olarak kullanılan deneysel yaklaşım, finansal bütçe ve ölçek etkisinin yarattığı sorunlar göz önüne alındığında zorluklar da içermektedir. Buna karşılık sayısal tekniklerle çözüm imkânlarının zaman içinde gelişme göstermesiyle birlikte hesaplamalı yöntemler form araştırma/iyileştirme çalışmalarında daha fazla kullanılır hale gelmiştir. Son dönemde, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemlerinin form optimizasyonu çalışmalarında birden fazla varyant söz konusu olduğunda hata mertebesi açısından kabul edilebilir limitler ve makul bir çözüm süresi içinde kalıyor olması bakımından tercih edilmektedir. Bu noktada optimizasyon sürecine, en iyi forma daha hızlı sürede karar verebilmek için, farklı vekil model yöntemleri dahil olmuştur. Farklı varyant sonuçları HAD ile elde edilerek en iyi formun belirlenebilmesi için vekil model yöntemlerini kullanmak tasarım süreci açısından önemli ölçüde kazanç sağlamaktadır. Vekil model yöntemleri bir interpolasyon tekniği olup giriş bilgisi ile çıktı arasında ilişki kurulabilmesi için deneysel tasarım uzayının yeterli sayıda analiz ile beslenmiş olması gerekir. Daha özet bir ifade ile vekil model yöntemi girdi olarak tanımlanan farklı formlara karşılık istenilen çıktı bilgisini, örneğin; direnç değerlerini ilişkilendirerek minimum dirence karşılık gelen formun elde edilmesinde önemli işlev görür. Dolayısıyla çok sayıda varyant için kabul edilebilir sürede sonuç elde edilebilen sayısal çözücülerden yararlanılarak aday formların analizleri yapılır ve vekil modeli beslemede kullanılır. Daha önce de değinildiği gibi deneysel çalışma hâlihazırda uzlaşılmış bir veya az sayıda aday için bütçe ve zaman açısından makuldür. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile deney uzayı yaratılıp vekil modeller aracılığı ile varyantların geometrisi ve hidrodinamik sonuçları arasındaki ilişki elde edilerek optimum modelin belirlenmesi doğru yaklaşım olacaktır. Günümüzde vekil model tekniği için henüz fikir birliğine varılabilmiş tek bir yöntem ya da yaklaşım bulunmamaktadır. Kullanılan yöntemlerin birbirlerine göre avantaj ya da dezavantajları mevcuttur. Bu sebeple farklı alanlardan pek çok araştırmacı halen yöntemlerin parametreleri üzerinde çalışmaya, vekil model kurulumunda kullanılan bilgileri arttırmaya ya da bilgilerin birbirleriyle farklı ilişkilerini de dâhil etmeye çalışarak yeni vekil modeller denemektedirler. Vekil model tabanlı optimizasyon yöntemi gemi dizaynı açısından çok farklı potansiyel uygulama alanlarına sahiptir. Bu tez çalışması kapsamında vekil model yöntemi kullanılarak minimum viskoz direnç açısından kıç form optimizasyonu için bir metodoloji oluşturulması amaçlanmaktadır. Bu çalışmada viskoz etkilerin hâkim olduğu kıç forma odaklanılmıştır. Bu problem vekil model uygulamayı gerektiren ve makul bir sürede çözülmesi önem arz eden, başka bir ifadeyle hesaplanması zaman alıcı viskoz etkiler içeren bu sebeple çözüm süresi önemli bir kısıt oluşturan gemi dizaynı açısından oldukça önemli bir optimizasyon problemidir. Doktora çalışmasının hedefi vekil modeller aracılığı ile gemi kıç formunu optimize edecek algoritma geliştirmek, böylesi problem için metodoloji sunmaktır. Başlangıçta analitik fonksiyonlar üzerinde farklı vekil model teknikleri ve Kriging'in farklı türleri ile çalışılmaya başlanmış bu süreçte edinilen tecrübeyle Kriging vekil model yöntemi bir baz fonksiyonu olarak ele alınıp, ayarlanabilir parametreleri optimize edilerek gemi kıç formu optimizasyonu problemine geçilmiştir. Farklı mühendislik alanlarında Kriging uygulamalarına bakıldığında yöntemin hata tahmini üretebilmesi çok boyutlu problemlerdeki başarısı da bu yöntemi ayrıcalıklı kılmaktadır. Bu sebeple, Kriging vekil model tekniği günümüzde hala pek çok araştırma grubu tarafından geliştirilmeye devam edilmektedir. Örneklem uzayının etkisi, variogram uygulamalarındaki değişiklikler, algoritma bilgisine birinci ve ikinci türevlerin bilgisinin dâhil edilmesi gibi pek çok farklı başlıkta araştırma ve model geliştirme süreçlerine devam edilmektedir. Bu nedenle çok boyutlu ve böylesi zaman alıcı gemi kıç form optimizasyon problemi için Kriging uygun bir araç olarak belirlenmiştir. Vekil model teknikleri, uygulandığı problemin bağlısı olarak farklı performans sonuçları üretirler. Daha önce de belirtildiği gibi hâlihazırda geliştirilen hiçbir vekil model tekniği farklı mühendislik problemlerine aynı verimlilikte uygulanabilir hale getirilememiştir, dolayısıyla geliştirilmeye açıktır. Farklı problemlerde kullanıldıkça temsil yeteneğinin tasarım uzayına ne ölçüde bağlı olduğu daha net anlaşılmaktadır. Özellikle lineer olmayan çok doruklu optimizasyon problemlerinde kullanılan boyutun önemli ölçüde etkisi bulunmaktadır. Başlangıçta analitik fonksiyonlar üzerinde çalışmaya başlanmış ve tekniğin ayarlanabilir parametreleri optimizasyonu ile temsilin hata mertebesi düşürülmüştür. Farklı fonksiyonlar ele alınarak öncelikle Kriging için konumsal bağlılık araştırılmış ve sonuçlara dair değerlendirmelerle sunulmuştur. Kriging uygulanırken en büyük olabilirlik kestirimi (Maksimum Likelihood Estimation - MLE) eklenerek model parametreleri için optimizasyon yapılmıştır. Hem kullanılan model parametreleri üzerine çalışılarak hem de uygulama bölgesi belirlenirken gerçekleştirilen duyarlılık çalışması temsil yeteneğini iyileştirmiştir. Bu çalışmada tasarım uzayı boyutu çok boyutlu analitik fonksiyonların temsili sürecinden edinilen tecrübeyle 6 olarak belirlenmiştir. Vekil model uygulamalarında problemin boyutunun kullanılan vekil model tekniğinin performansı üzerinde önemli etkisi vardır. Bununla ilgili olarak yöntemin geliştirildiği bölümde farklı boyutlarda analitik fonksiyonlarda tekniğin temsil yeteneğine ilişkin sonuçlara dair değerlendirmeler mevcuttur. Vekil modelin eğitilmesi için viskoz etkiler de dâhil edilerek HAD yönteminden yararlanılmıştır. Bu kapsamda gemi boyunun kıç tarafta %15'lik kısmı optimizasyon bölgesi olarak tanımlanıp bu bölge sınırlı sayıda kontrol noktaları kullanılarak temsil edilmiştir. Bu çalışmada iki farklı deney uzayı; kontrol noktalarının yarı genişlik değerlerini rastlantısal olarak %10 ve %15 olacak şekilde serbest bırakan iki farklı varyant kümesi yaratılmıştır. Varyant formlar, Akima interpolasyon tekniği kullanılarak modellenmiştir. Akima interpolasyonu nokta için komşu beş noktadan yararlanarak bu noktalardan geçen, parçalı üçüncü derece bir eğri oluşturur. Tam olarak istenilen noktadan geçtiğinden, her bir varyant için rastlantısal olarak belirlenen değerlerden oluşan form hassas bir şekilde temsil edilmiş olur. Yüzey için kullanılacak olan eğrilerin pürüzsüz, doğal karakterde olması aynı zamanda üretilebilirlik açısından önemlidir. Deney uzayı yaratılırken lokal olarak odaklanılan bölge için duyarlılık çalışması yapılmıştır. Başlangıçta kontrol noktaları kıç bölge en kesitleri incelenerek formun içbükey veya dışbükey değişkenlik gösterdiği bölgelerde tanımlanmıştır. Daha sonra her bir nokta diğerinden bağımsız olarak maksimum değişim miktarı kadar yani kontrol noktası yarı genişliğin %10 olmak üzere hareket ettirilerek 12 varyant form yaratılmıştır. Analiz değerlendirmelerine göre en yüksek viskoz direnç farkını oluşturan bölgeye lokal olarak odaklanılarak kontrol noktaları yeniden dağıtılmıştır. Belirlenen nokta dağılımı %10 ve %15 rastlantısal değişimle yaratılacak her iki deney uzayı için de kullanılmıştır. Dalga direnci hariç tutularak yalnızca viskoz direnç üzerinden vekil model uygulaması yapılmıştır. Vekil model ise 6 adet kontrol noktasının yarı genişlik değerlerine bağlı olarak yaratılan farklı varyant formlar ile formlara karşılık gelen viskoz direnç arasındaki ilişkiyi bulmak üzere kullanılmıştır. Kontrol noktaları yarı genişlik değerleri boyutsuz olarak girdi bilgisini ve viskoz direnç değerleri de yine boyutsuz olarak çıktı bilgisini temsil etmektedir. Optimizasyon çalışması daha sonra genetik algoritma (GA) ile minimum viskoz direnç için gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon aşaması, sayısal analizlerle elde edilen viskoz direnç değerleri ve bu değerlere karşılık gelen kontrol noktalarına ait yarı genişlik değerleri ile başlamıştır. Optimizasyon sonucundan elde edilen form tekrar sayısal olarak sınandığında viskoz direncin %5 mertebesinde azaldığı görülmüştür. Ayrıca form üzerinde gövdeye en yakın akım hatları incelendiğinde ayrılma probleminin de belirgin ölçüde giderildiği görülmüştür. Elde edilen optimal form daha sonra deneylerle de incelenmiştir. Model direnç deneyi, akım görüntüleme ve iz deneylerinden elde edilen tüm sonuçlar sayısal kazancı desteklemiştir ve tez çalışması sonuç bölümünde görseller ve grafiklerle sunulmuştur. Sunulan metodolojiye bakılarak, Kriging'in tekne form optimizasyonu problemi için uygun interpolasyon modeli olduğu sonucuna varılmıştır. Sonuçlardan, ayrılma probleminin giderildiği ve sonunda viskoz dirençte %5 düşüş sağlandığı görülmektedir. Bu çalışma, günümüzde Kriging interpolasyonu kullanarak, vekil model teknikleri ile gemi formunu optimize etme yeteneğini göstermektedir. Öte yandan, farklı örnekleme yöntemlerinin kullanılmasının etkisini incelemek veya interpolasyonda gradyan veya Hessian gibi bazı tanımlayıcı bilgiler eklemek gibi edimler mevcut metamodelin tahmin performansında daha fazla iyileşmesini sağlayacaktır. Gelecekteki çalışmalara yön vermesi açısından pervane diskinde akım düzgünlüğünün optimizasyon prosedürüne dâhil edilmesi ve daha az veri ile daha yüksek hassasiyet verebilecek şekilde tekniğin modifikasyonu konuları üzerinde durulmalıdır.
-
ÖgeNumerical modeling and experimental analysis on coupled torsional-longitudinal and lateral vibrations of propulsion shaft system(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Halilbeşe, Akile Neşe ; Özsoysal, Osman Azmi ; 691729 ; Gemi İnşaatı ve Gemi MakineleriShips are the most leading option for the development and progress of water transportation. The main engine, which is one of the main components of the propulsion system, is to produce more power than ever with oversizing the ship because of increased tonnage demands. As an inevitable result of this fact, the number of failures increases due to the increased drive power of ships because of the complex running conditions under harmonic and impact loads. The propulsion shaft system is the heart of the ship. When the operating conditions cannot be predicted correctly and the impact loads miscalculated, the reliability of the propulsion systems will be reduced. The main purpose of this thesis is to develop a multi-purpose computer code to investigate the behavior of a conventional propulsion shaft system in where three different coupled vibration case occurs and to observe how the vibration responses vary. Simultane vibration responses are in different directions. Excitation frequency and ultimate amplitudes that may occur with the coupled vibration are generally ignorable and so done. Whenever the vibration forms are considered separately instead of coupled, the numerical results can be quite different from the actual measurements. Ignoring the coupled vibration approach or pure uncoupled vibration calculations is not realistic since the harmonic forces do not excite only the power transmission shaft in the propulsion chain but also the bearings and ship hull, and causes a significant raising at noise level. Similarly, it negatively affects the running performance of the shaft system and leads to loss of durability, breakage, tribological problems, and finally failures. For this reason, it always needs to examine the coupled vibration modes for the cruising reliability of each ship. It is noticed that the unwanted vibration reactions generally occur in the longitudinal, torsional, and lateral modes and their coupled forms. Even if the numerical error margin will increase during the coupled vibration modeling (i.e. torsional, longitudinal, and lateral), the interaction of two axes is inevitably taken into account. Common studied forms about the coupled vibration are coupled torsional-longitudinal vibration, coupled torsional-lateral, and coupled longitudinal-lateral vibration. In this research, taking advantage of the small-scaled model of a propulsion shaft system at the Wuhan University of Technology, the experimental results are compared with the results of numerical simulation codes about the coupled vibration cases such as the torsional-longitudinal, the torsional-lateral, and the longitudinal-lateral. Numerical outcomes were validated by examining the time-based displacement values at different shaft speeds and comparing them with test results. The theoretical approach is based on a mass-spring system for coupled torsional-longitudinal vibrations. The theoretical model for coupled torsional-longitudinal vibration is sufficiently compatible that it can respond quickly to changes in values such as the stiffness coefficient, damping coefficient, and rotational speed. External forces and forced vibration responses, including torque and longitudinal forces with different amplitudes, were taken into account. Besides, since the propeller is not included in the experimental mechanism, the numerical model is created using the coupled vibration coefficient in the literature. A theoretical solution has been obtained to verify the proposed mass-spring model. Depending on the change of rotational speed and loading condition, the change of frequency response and maximum ultimate amplitude.were presented. Coupled vibration effect is also investigated by comparing maximum displacement values for coupled and uncoupled vibration. The effect of the parameters such as the shaft length, shaft diameter, stiffness coefficient, and damping coefficient, etc., for coupled torsional-longitudinal vibrations were also examined. The vibration stress that occurs in the system was further compared with the allowable stress required by DNV. Coupled torsional-lateral vibrations of the propulsion shaft system are caused by the rotation of the propeller, the mass of shaft components, the external and internal forces affecting the bearings, axial displacement caused by the transmission of the force of the gears to each other. As a result of the structural properties of the shaft and the imbalances that occur during the rotation process, axial displacements occur between the center of the mass and the center of the cross-section of the shaft. The movement of the shaft always results in axial displacement horizontally when not intervened externally in real operating conditions. This eccentric effect of the shaft causes the vibration response to be more complex and intense. In addition to vibration control techniques that reduce the wrong alignment of the bearing and shaft, the dissertation has focused mainly on theoretical and practical methods that support the prediction of shaft vibrations. Therefore, minimizing the vibration density of the propeller shaft on the horizontal and vertical axis is of great interest. The majority of the studies about coupled lateral-torsional vibration in literature are belong to aerospace engineering. In those studies, the shaft system is modeled according to the torsional-lateral vibrations with a disk of mass m located at the midpoint of a massless shaft called with the Jefcott Rotor model. Taking advantage of these studies, the Jefcott Rotor model has been revised and applied to the propeller-shaft system in this doctoral research work. Thus, a numeric model was obtained considering sufficiently suitable and responsive to influencing factors such as the eccentricity of the cross-section, the damping coefficient, stiffness coefficient, and the shaft length-diameter ratio. This method is suitable for predicting dynamic performance and numerical solutions with the above impact factors. The experiment was repeated at different shaft speed values to validate the proposed numerical model, and time-dependent displacement values were compared for validation. Based on the proposed model, the effect of the change of impact factors such as the eccentricity of the cross-section, the damping coefficient, the coefficient of stiffness, and the length-diameter ratio of the shaft were discussed. Additionally, a new coupling coefficient value has been proposed, and the importance of accurately defining the coupling coefficient value was shown. At the final step of this doctoral work, the coupled longitudinal-lateral vibrations were investigated due to axial forces that occur in the propeller and cause misalignment of the shaft. The numerical model for the coupled longitudinal-lateral vibrations involves the equation of motion by the Energy Method. In the model, the equations are complex, and it is tough to simplify and bring into matrix form and solve in Matlab. Consequently, the equation of motion is solved with the help of the Ansys APDL program by modeling the system with the mass-spring method. The coupled vibration effect is given in the system with the angular velocity. To verify the proposed mass-spring model, the results were compared with data obtained from the experimental setup. Depending on the change of rotational speed and loading condition, the change of frequency responses and maximum displacements are presented. The frequency response values of the system were obtained with the harmonic solution. The effect of parameters such as the shaft length-diameter and stiffness coefficient, damping coefficient of the bearing in the numerical method for coupled longitudinal-lateral vibrations were also examined. Validated numerical results by the experimental ones show that the code and the thesis offer suitable solutions for the safety performance of any power transmission system about significant problems by the multiple coupled vibrations.
-
Ögeİçten yanmalı motor egzoz manifoldunun sayısal modellenmesi ve incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Benek, Görkem ; Özsoysal, Osman Azmi ; 692492 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri MühendisliğiDünya ticaret hacmini oluşturan insan ve yük taşımacılığında kullanılan araçların büyük çoğunluğunda içten yanmalı motorlar kullanılmaktadır. İçten yanmalı motorların geniş bir kullanım alanına sahip olmasının nedeni olarak bu motorlardan geniş bir yelpazede güç elde edilmesi ve performanslarının yüksek olması gösterilebilir. İçten yanmalı motorlarda alt ısıl değeri yüksek olan fosil yakıtlar, biyodizeller ve hidrojen bazlı yakıtlar kullanılabilir. Fakat tedarik zinciri ve üretim maliyetleri ele alındığından içten yanmalı motorlarda en fazla fosil yakıtlar kullanılmaktadır. İçten yanmalı motorlarda kullanılan yakıtlar ele alındığında, bu motorlar karbon başta olmak üzere yüksek emisyon oranlarına sahiptir. İçten yanmalı motorlardan kaynaklanan emisyonlar sera gazı etkisine neden olmakta ve küresel ısınmanın en önemli etkenlerinden biri sayılmaktadır. Günümüzde yakıt verimliliğinin artması dolayısıyla yakıt tüketiminin azalması oldukça büyük önem kazanmıştır. Çevreye verilen zararların azaltılması için, hem hidrojen tabanlı yakıtlar üzerine çalışmalar hem de içten yanmalı motorların ısıl ve mekanik verimlerini yükseltmeye yönelik çalışmalar güncel şekilde devam etmektedir. Gelişen bilgisayar teknolojisi ile içten yanmalı motorların enerji verimliliğini arttırmaya yönelik çalışmalar, bilgisayar ortamında model oluşturularak yapılmaya başlanmıştır. Bu sayede yapılan geliştirme çalışmaların, hızlı, pratik, ucuz ve çevreye verdikleri zararın minimum olması amaçlana gelmiştir. İçten yanmalı motorların çalışma çevriminde gaz akışı ve yanma olayları gerçekleşmektedir. Basit bir şekilde anlatılacak olursa motorun giriş kısmından hava emilir, emilen havanın silindir içerisinde yakıt ile karışmasıyla yanma olayı gerçekleşir. Yanma olayından elde edilen enerji silindir vasıtasıyla hareket enerjisine dönüştürülür. Yanma sonrasında açığa çıkan egzoz gazları da içten yanmalı motorun dışına egzoz sistemi yardımıyla atılır. İçten yanmalı motorlar bilgisayar ortamında modellenirken akış ve yanma olayları modellenmektedir. Bu motorların çalışma çevrimi karışık olduğundan emme, yanma ve egzoz adımlarının ayrı ayrı incelenmesi modelleme çalışmalarına hız ve pratiklik getirmektedir. İçten yanmalı motor içindeki gaz akışı modellenirken akış, sıkıştırılabilir akış olarak kabul edilir. Sıkıştırılabilir akış modellenirken Navier Stokes denklemleri kullanılır. Fakat kullanılan bu denklemler analitik olarak çözülemeyen veya çözülmesi zor olan diferansiyel denklemlerdir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği modellerinde bu denklemleri çözmek için farklı yaklaşımlar ve basitleştirmeler kullanılır. Akış koşulları ve sınır şartları belirlenerek oluşturulan model bu çalışmada sonlu hacimler yöntemi kullanarak çözülmüştür. Sonlu hacimler yöntemi kapsamında oluşturulan model çok küçük hacimlere bölünmüş ve bu hacimlerde Navier Stokes denklemleri çözülmüştür. Bilgisayar ortamında oluşturulan akış probleminin çözümünde çeşitli paket programlar kullanılmaktadır. Genel olarak bu paket programlara, kullanıcı dostu olması açısından müdahale imkanı kısıtlıdır. Bu programlarda model oluşturulur, sınır şartları girilir. Programa tanımlanmış olan çözüm yöntemlerinin içinden uygun olan seçilerek programdan sonuçlar elde edilir. Bu çalışma da ise OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) programı kullanılmıştır. Bu program açık kaynaklı olup isteyen herkesin ulaşımına açık bir programdır. Bu program kapsamında belirli bir algoritma oluşturulmuş ve programın kodları herkesin paylaşımına açılmıştır. Modele ait geometri ve sınır şartlarınının yanı sıra çözüm yöntemleri de dahil olmak üzere her koda müdahale imkanı verilmiştir. Uygun sınır koşullarını veya çözüm yöntemlerini programın içine aktararak kendi probleminize ait düzenlemeleri rahatlıkla uygulama imkanı sunmaktadır. Programın bu imkanları ve açık kaynak olması ele alındığında bu tez çalışmasında kullanılması uygun görülmüştür. Bu tez çalışmasında gemi dizel motorunun egzoz manifold içindeki egzoz gazlarının hız ve basınç dağılımları ve türbülans karakteristikleri incelenmiştir. Gemi dizel motorunun egzoz valfleri ve manifoldu içindeki değerleri kullanılarak manifold içindeki gaz akışı modellenmiştir. Bu çalışmada 3.96 litre hacminde 16 silindire sahip V tipi gemi dizel motorunun egzoz manifoldu kullanılmıştır. Gemi dizel motoru dört stroklu olup türboşarjlıdır. İncelenmek için seçilen motor bloğundaki ateşleme sırası 5-2-8-3-4-6-1-7 şeklindedir. Manifold içindeki akış modellenirken, egzoz valflerinden manifolda doğru giren egzoz gaz akışı sırası ve zamanlaması bu ateşleme sırasına göre oluşturulmuştur. Gemi dizel motorunun manifoldu modellenirken 1:1 ölçek kullanılmıştır. Manifoldun geometrisi, egzoz gazlarının hız ve basınç değerleri, egzoz valflerinin açılma zamanlaması ve ısı transferi ele alındığında egzoz manifoldu modellenirken belirli bir ölçek kullanarak boyutların küçülmesi sağlanamamıştır. Modellenen egzoz manifoldu 1820 mm uzunluğunda, 130 mm çapındadır. Egzoz valfi ile manifold arasındaki bağlantı borularının uzunluğu 145 mm'dir. Bağlantı borularının egzoz valfi tarafındaki çapı 80 mm, manifolda bağlandığı noktalardaki çapı 50 mmdir. Manifoldun boyutlarını ölçeklendirerek küçültemediğimizden sonlu hacimler metodunu uygulamak için oluşturulan hücre sayılarında yüksek adetlere çıkılmak zorunda kalınmıştır. Oluşturulan modelin hücre sayısından bağımsızlığını gösterebilmek için model ağ örgüsü kaba (coarse), orta (medium) ve sık (fine) olmak üzere üç farklı sıklıkta hücre sayısına bölünmüştür. Bunlardan kaba olan ağ örgüsü 1.3 milyon hücre, orta olan ağ örgüsü 1.8 milyon hücre ve sık olan ağ örgüsü 2.3 milyon hücreden oluşmaktadır. Oluşturulan problemde çözülecek olan denklem sayısının fazlalığı, zamana bağlı değişimler ve hücre sayısı göz önünde bulundurulduğunda çözüm süresinin uzun olduğu bilinmektedir. Egzoz manifold modeli uygun denklemler ve sınır şartları kullanılarak zamana bağlı olarak çözüldüğünde elde edilen verilerin, gerçek gemi dizel motoru üzerinden alınan değerlerle uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde manifold içinde türbülansın ve basınç dalgalanmalarının oluştuğu gözlemlenmiştir. Oluşan bu basınç dalgalanmasının, manifold çıkışında bulunan türbine akışın lineer girememesi ve türbin veriminin düşmesine neden olduğu görülmüştür. Ayrıca egzoz valflerinin açılması esnasında valf civarında yüksek basınç oluştuğu gözlemlenmiştir. Bu durum manifold içinde basınç kayıplarına yol açmakta ve süpürme veriminin düşmesine yol açmaktadır. Egzoz manifoldu içindeki basınç kayıplarını, türbülansı ve basınç dalgalanmasını azaltmak için manifoldun kapalı ucuna kör boru eklenmiştir. Kör boru eklenmesi ile oluşan yeni egzoz manifold modeli çözülerek manifold içindeki basınç dağılımı ve türbülans değerleri incelenmiştir. Eklenen bu hacim özellikle kör uca yakın bulunan silindir bağlantı borularındaki basınç değerlerini azaltarak egzoz manifoldu içindeki basınç dağılımının düzenlenmesini önemli ölçüde etkilediği gözlemlenmiştir. Ayrıca duvarlardan gelen basınç dalgalarını yansıtarak akışı zayıflatarak manifold ve ara bağlantı boruları boyunca daha yumuşak basınç değişimlerine neden olduğu ve özellikle kör uç tarafında türbülansın azaltılmasına yardımcı olduğu görülmüştür. Sonuç olarak manifold içindeki basınç dağılımı ve türbülans değerlerinde kayıpların azaldığı yönünde değişimler görülmüştür. Bu çalışmanın devamında optimize edilmiş herhangi bir ek hacim geometrinin, silindirlerin performans özelliklerini daha da iyileştireceği düşünülmektedir.
-
ÖgeModelling and simulation of diesel ship propulsion and ship towing at sea for the prediction of the total ship resistance(Graduate School, 2021-03-15) Kharroubi, Kamal ; Söğüt, Oğuz Salim ; 508132007 ; Naval Architecture and Marine Engineering ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri MühendisliğiHumans have been using different types of boats since their early existence on the planet Earth, and for the propulsion of those boats, they have used different means starting with paddles and sails, passing through steam engines, and finishing today by diesel engines, turbines, electric propulsion and nuclear propulsion. Nowadays, it is very clear that the marine industry has reached a very high level of development, but given the insatiable appetite of the human race for improvement and optimization, only GOD knows what means will be used, in the future, for the propulsion of our ships. However, up to the early 1860s, few facts about ship resistance were known and many of the mainstream conceptions of ship powering at that era were false. Consequently, the process of the propeller design was based on the trial and error method, and the propulsion power installed on ships was, most of the time, wrongly estimated. From that time onwards, it became very clear that a methodology, for the estimation of the propulsive power necessary for reaching a given ship speed, is strongly needed. In 1870, W. Froude launched ship models testing for the prediction of the resistance of full-scale ships, and from that time, naval architects have started gaining profit from the potential of ship models towing tanks. Later in the early 1980s, computational fluid dynamics (CFD) came into force and until today it has remained a very reliable tool used in the ship industry for modelling the flow around the hull, the derivation of the ship resistance, and for the design of the ship propeller. Nevertheless, each one of the previously cited techniques for the prediction of the ship resistance has very serious drawbacks. For example, the cost of the ship models and of the experiments in the towing tank can be exorbitant especially when the study of different designs of the same ship is needed to optimize the final design. For CFD packages, the main problem faced is that their user must have a high level of expertise to be able, to simulate a particular situation with the suitable assumptions, and to interpret the generated results correctly. Within this framework, this doctoral thesis intends to introduce a new research line consisting in the estimation of any given ship total hull resistance through the sole modelling and simulation of a two ships towing system in which the towed ship is the ship with the unknown total hull resistance to be estimated. More precisely, this doctoral research is taking the first tentative steps to initiate this research line. It is a doctoral research, which is aimed at verifying the well-known equality between the towline tension, at the stern of the tow ship, and the total hull resistance of the towed ship through the complete modelling and simulation of a Diesel ship propulsion plant and a ship towing system formed by two ships. By proceeding in this direction, this doctoral research is paving the way for the next big step that can be carried out in other subsequent researches. This could be the use of a two ships towing system simulation model to predict, accurately and quickly, the total hull resistance of any ship only by the execution of a simulation on any computer with a normal performance configuration. The main particularity of this new way of investigating the total hull resistance of a ship is that it lends a mechanical engineering perspective to this problem, which is a problem of hydrodynamics by nature. This means that the problem is tackled, mainly, by the use of the theories of mechanics rather than the theories of fluid mechanics usually used to analyze cases involving ship behavior at sea. Namely, the whole approach proposed in this doctoral thesis is based on the modelling and the simulation of the dynamics of the main elements forming a towing system formed by two large sister container ships. So following this line of thinking, the work involved in this doctoral thesis has been subdivided into many separate tasks. These are, the mathematical modelling of the dynamics of the tow container ship, the mathematical modelling of the marine two-stroke diesel engine equipping the tow container ship, the mathematical modelling of the dynamics of the towed container ship, and the mathematical modelling of the dynamics of the towline connecting these two ships. Subsequently, all mathematical models were implemented in the MATLAB Simulink computational environment. Using the necessary input data characterizing all the elements included in the two ships towing system, this system was simulated and then the towline tension, at the stern of the tow container ship, was evaluated and the total hull resistance of the towed container ship was compared to it. The results that have been generated in the different parts of this thesis have different degrees of accuracy, and this is heavily depending on each component included in the simulated two ships towing system, but generally, these results are acceptable. The role of the input data of the simulation model was decisive and the uncertainty about the real values of a considerable portion of the necessary input data feeding the final simulation model has affected the behavior of the final simulation model and reduced the accuracy of the generated results. Furthermore, the relative simplicity of the final simulation model, developed in this doctoral thesis research, allows qualifying this simulation model as very affordable in terms of the needed computational power and very fast in terms of the necessary execution time. In this first attempt to adopt the approach introduced in this thesis, these two features can compensate for the lack of the accuracy visible in some of the results generated by this simulation model. For the results about the comparison between the towline tension, at the stern of the tow ship, and the total hull resistance of the towed ship, they are very promising. However, additional tests and modifications need to be carried out in the final two ships towing system simulation model. These modifications will enable the model to become more robust and will increase the accuracy level of its predictions. This way the model will illustrate more clearly the equality between the towline tension, at the stern of the tow ship, and the total hull resistance of the towed ship, when the wake effect of the tow ship is avoided. In future works, in order to maximize the accuracy of the simulation models developed in the present study, one major supplementary step should be taken. Namely, it is recommended to include additional mathematical models representing some other practical phenomena that have not been considered in this doctoral research, which can strongly affect the behavior of the two ships towing system. These kinds of modifications will make the simulation model sound more realistic and will maximize the reliability of the final simulation model.
-
ÖgeGemilerde organik rankine çevrimine dayalı atık ısı geri kazanım sistemlerinin ileri termal analizleri ve termo-ekonomik optimizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-05-21) Akman, Mehmet ; Ergin, Selma ; 508162011 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları MühendisliğiDeniz ticaret hacminin yıllara göre büyüme eğilimi, denizcilik alanında birtakım gelişmeleri ve değişiklikleri de beraberinde getirmiştir. Bu büyümeye paralel olarak fosil kaynaklı yakıt tüketiminde ve yakıt fiyatlarında önemli miktarlarda artış gözlenmiştir. Artan yakıt tüketimi ise, gemi kaynaklı sera gazlarının ve diğer emisyonların artmasına neden olmuş, bunun sonucunda hava kirliliği, asit yağmurları, ozon tabakasında incelme ve küresel ısınma gibi canlı yaşamını ve çevreyi tehdit eden olaylar meydana gelmiştir. Daha açık ifadelerle, Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) tarafından deniz yolu ile taşımacılık kaynaklı sera gazı emisyonlarının küresel toplam sera gazı içerisindeki payının 2012 yılında hesaplanan %2.76'dan 2018 yılında %2.89'a çıktığı bildirilmiştir. Bu gelişmelere istinaden, Uluslararası Denizcilik Örgütü sıkı tedbirler almış ve küresel bazda gemi kaynaklı emisyonların azaltılması ve enerji verimliliğinin artırılmasına yönelik düzenlemeler yürürlüğe koymuştur. Halen Uluslararası Denizcilik Örgütü, kademeli olarak 2050 yılına kadar gemi kaynaklı sera gazı emisyonlarını yarı yarıya azaltma vizyonuna yönelik gemilerde enerji verimliliğinin artırılması ve kontrol edilmesi için, hesaplanması ve hazırlanmasını zorunlu kıldığı Enerji Verimliliği Dizayn İndeksi (EEDI), Gemi Enerji Verimliliği Yönetim Planı (SEEMP) ve Enerji Verimliliği Operasyon İndeksi (EEOI) parametrelerini geliştirmektedir. Bu kapsamda IMO, gemilerde enerji verimliliği kontrolünün artırılması ve karbon salınımının daha etkin izlenmesi amaçlarıyla, Mevcut Gemi Enerji Verimliliği İndeksi (EEXI) ve Karbon Yoğunluğu İndikatörü (CII) gibi göstergeleri de ilerleyen dönemlerde yürürlüğe koyacağını bildirmiştir. Aynı amaçlara ilişkin mevcut uygulamalar ve yapılan çalışmalar değerlendirildiğinde, gemilerde yeni işletme tedbirlerinin alındığı, yeni nesil sistemlerin ve yenilenebilir enerjinin gemilerde kullanılmasının yaygınlaştırılmaya çalışıldığı görülmektedir. Özellikle ticari gemiler için denizcilik şirketleri, hız kesme, rota optimizasyonu, balast ve trim optimizasyonu ve zamanında operasyon gibi birtakım işletme ağırlıklı uygulamalara gitmekte, makine üreticileri ve araştırmacılar ise mevcut sistemlerin performansının iyileştirilmesi, hibrit sevk sistemlerinin, çift yakıtlı makinelerin, gaz motorlarının ve alternatif sevk sistemlerinin geliştirilmesine yönelik çalışmalar yürütmektedir. Mevcut gemilerin ana sevk sistemleri incelendiğinde, halen dizel motorların, küçük teknelerden dev ticaret gemilerine kadar her türlü gemide yaygın olarak kullanıldığı görülür. Köklü geçmişi, yüksek ısıl verimleri ve torkları sebebiyle dizel motorlar, gemilerde alternatif sevk sistemleri yerine tercih edilmektedir. Verimliliklerine rağmen dizel motorlardaki yakıtın ısıl enerjisi, büyük oranda egzoz gazı ve soğutma süreçlerinde kaybedilmektedir. Öte yandan, gemi dizel motorlarında yakılan ağır ya da deniz tipi dizel yakıtlar ise kimyasal içerikleri ve yanma karakteristikleri sebepleriyle azot oksit (NOX), kükürt oksit (SOX), partikül maddeler (PM), karbon dioksit (CO2), karbon monoksit (CO) ve uçucu organik bileşikler (VOCs) gibi çevre ve canlı yaşamına tehdit oluşturan emisyonların oluşumuna neden olmaktadır. Bu bağlamda, emisyonların etkilerini azaltmak amacıyla çift yakıt yakabilen motorlar geliştirilmekte, özellikle emisyon kontrol bölgelerinde (ECA) bu makinelerle çalışan gemilerin sayıları artırılmaktadır. Çift yakıtlı makineler, pilot yakıt olarak kullanılan dizel yakıtla beraber LNG, LPG, metanol gibi gazları başlıca yakıt olarak kullanırlar. Dizel makinelerde olduğu gibi bu makinelerde de soğutma ve egzoz ısıl yükü benzer seviyelerde olup, atık ısı geri kazanımı hususu, gemilerde enerjinin etkin kullanılması açısından büyük öneme sahiptir. Dizel motorlarda olduğu gibi, çift yakıtlı makinelerde başlıca atık ısı kaynakları, yağlama yağı, ceket soğutma suyu, süpürme havası ve egzoz gazıdır. Bu tür içten yanmalı makinelerdeki atık ısı kaynaklarının düşük ve orta kalitede olmalarından dolayı, enerji geri kazanımı konusunda organik Rankine çevrimi önemli avantajlar sunmaktadır. Klasik Rankine çevrimine kıyasla bu sistemde, düşük sıcaklıklarda gaz fazında çalışabilen organik yapıda iş akışkanları kullanılmaktadır. Düşük kalitedeki atık ısı kaynaklarından enerji geri kazanımıyla, yakıt tasarrufunun sağlanması, emisyon azaltımı, mekanik enerji geri kazanımı dolayısıyla da güç üretim sistemindeki ısıl verim artışı ORC sisteminin sunduğu en önemli avantajlardan olup, bu sistemlerin son dönemde gemilerde de kullanılmaya başlanması denizcilik alanındaki önemli gelişmelerdendir. Konunun önemi ve son gelişmelere istinaden hazırlanan bu tez çalışmasında, uluslararası isterlerin karşılanması, emisyon salınımının azaltılması ve yakıt tasarrufunun sağlanması ihtiyaçlarını karşılayacak düzeyde, 18.2 MW gücünde çift yakıtlı (LNG+MDO) bir makinenin yağlama yağı, ceket soğutma suyu, süpürme havası ve egzoz gazı atık ısılarını nitelikli işe çevirmek üzere tasarlanan ve organik Rankine çevrimi prensibine göre çalışan, iki atık ısı geri kazanım sistemi modellenmiş ve sistemlerin performansları incelenmiştir. İlk sistem, atık ısı kaynaklarının tamamının kullanıldığı birleşik organik Rankine çevrimi (BORC), ikinci sistem ise, çevrim içi enerji etkinliğinin artırıldığı Rejeneratörlü-birleşik organik Rankine çevrimi (RBORC)'dir. Sistemlerin, enerji, ekserji, ekonomik, ekolojik ve elverişlilik yani "5E" analizleri yapılmış, termo-ekonomik performansları çok amaçlı genetik algoritma aracılığıyla optimize edilmiştir. Analizler için MATLAB Script bölümünde kodlar oluşturulmuş, Refprop 9.0 veritabanı kullanılarak termodinamik değerler kodlara entegre edilmiş ve ORC sistemlerinin 5E analizi ile bu analizler kapsamındaki optimizasyon işlemlerinde kullanılmak üzere yeni bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Sistemlerde iş akışkanı olarak ise, düşük küresel ısınma potansiyeli ve ozon tahribat potansiyeline sahip doğal hidrokarbonlar, hidroflorokarbonlar ve yeni nesil hidrofloroolefinler kullanılmıştır. Çevrimlerde kullanılan R601 ile R601a doğal hidrokarbon, R245fa ile R236ea hidroflorokarbon ve R1234ze ile R1234yf de hidrofloroolefin türünden iş akışkanlarıdır. Yapılan termal analizler, kaynak sıcaklığına ve ana makinenin yüküne bağlı olarak değişken sıcaklık, basınç ve kütle debisi altındaki parametrik çalışmaları içermektedir. Yeni nesil güç üretim sistemlerinin performanslarının araştırıldığı çalışmada, çift yakıtlı makinenin Tier II ve Tier III çalışma modlarının ORC sistemlerin performanslarına etkileri de incelenmiştir. Ek olarak, yapılan çalışmada termo-ekonomik performansların değerlendirilmesinde geminin türü de dikkate alınmıştır. Nitekim, atık ısı potansiyelleri aynı olsa dahi gemilerin türü, operasyonel profillerinin farklı olmasından dolayı sonuçları etkilemekte ve sistemlerin gemiler için doğru bir yatırım olup olmadığı konusunda şüphelere neden olmaktadır. Öte yandan, mevcut gemilerde makine dairesinin hacmi ve çalışma ortamı dikkate alındığında, tasarlanacak sistemler makine dairesine boyutsal açıdan uygun olmalı ve bu sistemlerde kullanılan iş akışkanlarının olası yangın ya da patlama riskleri minimum seviyede olmalıdır. Bu bağlamda, yeni bir yaklaşımla, atık ısı geri kazanım sisteminin gemiye uygulanabilirliği hususu elverişlilik analizi altında araştırılmış, sistemlerin güç yoğunlukları hesaplanarak kütle ve hacim değerleri tahmin edilmiş ve sistemlerin emniyet değerlendirmesi için iş akışkanlarının emniyet faktörleri hesaplanmıştır. Çift yakıtlı makinenin atık ısı analizi sonuçlarına göre, makine yükünün ve emisyon kontrol modlarının (Tier II-Tier III) atık ısının kalitesini ve miktarını önemli derecede değiştirdiği tespit edilmiştir. Güç üretim sisteminde bulunan egzoz gazı devridaim (EGR) ünitesi Tier III modda devreye girmekte ve bu süreçte gerçekleşen egzoz gazının bir miktarının emme havası ile karıştırılması ve silindire gönderilmeden önce soğutulması işlemi, süpürme havası soğutucusunun ısıl yükünü önemli derecede artırmaktadır. Tier III çalışma moduna geçildiğinde süpürme havası soğutma yükünün, EGR sistemi pasif durumda bulunan Tier II modundaki soğutma yüküne kıyasla yaklaşık %70 oranında arttığı görülmüştür. Bu nedenle, Tier III çalışma modunda sisteme birim zamanda daha fazla atık ısı girdisine istinaden Tier II moduna kıyasla daha fazla güç elde edilmiştir. ORC AIGK sistemlerinden Tier III çalışma modu altında elde edilen net güçler Tier II çalışma modundaki değerlere göre yaklaşık %35-%45 oranında daha fazladır. Aynı şekilde, Tier III çalışma modunda, Tier II'ye kıyasla iş akışkanlarının kütle debilerinin ve pompa güçlerinin yaklaşık %40 oranında arttığı belirlenmiştir. Ek olarak, EGR sisteminin devreye girmesiyle birlikte Tier III çalışma modunda silindir içerisinde azalan alev sıcaklığı neticesinde oluşan NOX miktarı, Tier II moddakine kıyasla %71.6 oranında daha azdır. Bu azalmaya ek olarak, yüksek performanslı RBORC AIGK sisteminin gemilere entegrasyonuyla, Tier III çalışma modu altında ve %85 MCR'de yaklaşık 4000 ton CO2 ve 40 ton NOX emisyonunun atmosfere salınımının engellenebileceği hesaplanmıştır. ORC sistemlerinin çift yakıtlı ana makineye entegre edilmesiyle ana güç üretim sisteminin ısıl veriminin %10'a kadar artırılabileceği belirlenmiştir. Yağlama yağı, ceket soğutma suyu, süpürme havası ve egzoz gazı atık ısılarının ORC sistemlerinde beraber değerlendirilmesiyle daha fazla ısı girdisine binaen daha fazla güç üretilmiştir. Atık ısı kalitelerinin, çevrim performansı üzerinde çok etkili olduğu, kaynak sıcaklıklarının yükselmesiyle çevrim içi yüksek sıcaklık ve basınçlara çıkılması sonucunda daha fazla güç üretildiği ve ısıl verimlerin arttığı tespit edilmiştir. Umulduğu gibi, rejeneratörlü birleşik çevrimin, birleşik çevrime kıyasla termodinamik performansı daha yüksektir. Aynı çalışma koşulları altında RBORC sisteminin ısıl veriminin BORC sisteminin ısıl veriminden yaklaşık %11 daha fazla olduğu görülmüştür. Ayrıca, rejeneratörlü birleşik çevrimde gerçekleştirilen çevrim içi ısı transferi ile ön ısıtma işlemi, ekserji yıkımlarını azalttığı için çevrimin ekserji verimi birleşik çevrime kıyasla daha yüksektir. Bu çevrimde aynı birim ısı girdisinde daha fazla güç üretildiği için sistemin ekolojik performansı da daha iyidir. Öte yandan rejeneratörlü birleşik çevrimin özgül yatırım maliyeti birleşik çevrime kıyasla bir miktar yüksek olsa da üretilen güç ve enerji verimliliği bakımından rejeneratörlü çevrim tercih sebebidir. Elverişlilik analizine göre, ORC AIGK sistemlerinin tahmini hacimlerinin eşdeğer 5 TEU ile 15 TEU arasında değişebileceği öngörülmektedir. Bu veriler, mevcut gemilerin makine dairelerinde önemli değişiklikler gerekebileceğini göstermektedir. Öte yandan, yüksek performanslı RBORC AIGK sisteminin tahmini kütlesinin analizlerde kullanılan çift yakıtlı makinenin kütlesinin yaklaşık% 10 -%15'ine karşılık geldiği hesaplanmıştır. ORC sistemleri için hesaplanan kütle değerleri, bu güçte bir ana makine ile sevk edilen gemilerin ağırlığı düşünüldüğünde önemsiz gibi görünse de sistemlerin kurulu bulunacağı bölgede lokal mukavemetin iyileştirlmesi gerekebilir ve gemi stabilitesi revize edilebilir. Öte yandan emniyet değerlendirmeleri, doğal hidrokarbonların yüksek derecede yanıcılıkları sebebiyle deniz tipi ORC sistemleri için uygun olmadığını göstermektedir. En düşük emniyet faktörüne sahip olan R236ea, iş akışkanları arasında deniz tipi bir ORC sistemi için en uygun iş akışkanıdır. Ayrıca R236ea ile aynı türden olan R245fa, yüksek derecede toksik olsa da tatmin edici bir termodinamik performansa sahip olduğundan gerekli emniyet tedbirleri altında gemilerde ORC sistemlerinde iş akışkanı olarak kullanılabilir. Hidrofloroolefinlerin ise, düşük yanıcılıkları ve toksisiteleri ile emniyet açısından gemilerde kullanımının uygun olduğu değerlendirilmektedir. Termal analiz ve termo-ekonomik optimizasyon sonuçlarına göre, doğal hidrokarbonların, hidroflorokarbon ve hidrofloroolefinlere kıyasla termodinamik ve termo-ekonomik performanslarının daha iyi olduğu tespit edilmiştir. Hidroflorokarbonlardan R245fa'nın performansının doğal hidrokarbonların performanslarına yakın olduğu, R236ea'nın da düşük emniyet faktörü ve toplam maliyeti göz önüne alındığında gemiler için uygun bir iş akışkanı olabileceği sonucuna varılmıştır. Hidrofloroolefinler emniyet açısından gemiler için uygun görünse de termo-ekonomik performansları oldukça düşüktür. Ayrıca, ana makinenin çalışma profilinin sisteminin geri ödeme süresini önemli derecede etkilediği, gemilerde kullanılacak ORC sisteminin, entegre edilecek gemi türünün operasyonel profili dikkate alınarak tasarlanması gerektiği sonucuna varılmıştır. Sonuçlara göre tankerlerin, ortalama makine yüklerinin kuru yük ve konteyner gemilerine göre daha fazla olmasından dolayı ORC sistemleri için termo-ekonomik olarak en uygun gemi türü olduğu görülmüştür. Özellikleri verilen çift yakıtlı ana makineye sahip gemilere RBORC AIGK sistemi entegre edildiğinde, sistemin geri ödeme süresinin tanker için ortalama 7 yıl, kuru yük gemisi için ortalama 9 yıl, konteyner gemisi için ise ortalama 12 yıl olacağı tahmin edilmektedir. Sonuç olarak, analiz edilen sistemlerle organik Rankine çevrimi tabanlı atık ısı geri kazanım sistemlerinin, son dönem emisyon ve enerji düzenlemeleri göz önünde bulundurulduğunda, denizcilik alanında kullanımının yaygınlaştırılması gerektiği değerlendirilmektedir. Çünkü bu sistemlerle, yağlama yağı gibi oldukça düşük sıcaklıklardaki ısı kaynaklarından bile enerji geri kazanımı sağlanabilmektedir. Deniz taşımacılığı kaynaklı hava kirliliğinin azaltılması, gemilerin enerji verimliliğinin artırılması, gemi sahiplerinin ve denizcilik şirketlerinin bu sistemlerden istifade etmeleri dolayısıyla uluslararası düzenlemelere uyulması ve sağlanacak yakıt tasarrufuyla da denizcilik ekonomisine katkıda bulunulması hedefleri için ORC esaslı sistemler, gemiler için umut vermektedir.
-
ÖgeSeyir emniyetinde insan hatası risk analizi ve insan faktörleri temelinde köprüüstü dizaynına yönelik kural önerileri(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-09-14) Alan, Rifat Burkay ; Söğüt, Oğuz Salim ; 508082001 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları MühendisliğiBugünün küresel konjonktüründe Türkiye Cumhuriyeti'nin Karadeniz, Ege ve Doğu Akdeniz'deki Deniz Yetki Alanları'nda deniz ticaretinden, hidrokarbon kaynaklarına erişim ve kullanım çalışmalarına, Afrika kıyılarından Hürmüz ve Doğu Hint Denizine kadar uzanan deniz alaka ve menfaatleri ve bunlara bağlı olarak artan deniz güvenliği ihtiyaçları çerçevesinde Türk Donanmasının temposu giderek artmaktadır Bu artan tempo, Milli Gemi İnşa Sanayisi'nin yeni yüzyılın Türk Donanmasını olduğu kadar araştırma, ulaşım ve taşımacılık amaçlı Türk Ticari Bahriyesinin de milli olarak inşası çalışmalarına güç ve rüzgar vermektedir. Ulusal deniz alaka ve menfaatlerimiz çerçevesinde; ülkemizin güvenliğinin sağlanması ve ekonomik gücünün geliştirilmesi için milli kaynaklarımızın korunması maksadıyla Deniz Kuvvetlerinin operasyonel emniyetini ve güvenliğini artırabilecek, savaşçı yeteneklerini destekleyecek deniz platformlarının tasarlanabilmesi, bu konularda zaafiyete yol açabilecek boşlukların platform dizaynından itibaren tespit edilerek gereken önlemlerin bu aşamadan itibaren alınabilmesi oldukça önemli görülmektedir. Son 10 yılda hızlanan küresel ve yerel konjonktürdeki değişikliklere bağlı olarak Deniz Kuvvetleri gemilerinin seyir saatlerinin misliyle arttığı görülmektedir. Yeni operasyon ortamı ve artan seyir saatleriyle birlikte yükselen ihtiyaçlar beraberinde nitelikli personel ihtiyacını, teknolojik odaklı kontrol ve otomasyon ihtiyaçlarını ve bunların doğal sonucu olarak da bütçe kısıtlarını getirmiştir. Artan bu operasyonel tempo yüksek oranda teknoloji kullanımıyla birlikte daha kısıtlı insan kaynağı kullanımını beraberinde getirmektedir. Bu durum seyir ve operasyonel emniyet açısından olumsuz sonuçlara neden olan kazaların ve istenmeyen olayların etkisini de artırmakta ve bunların önlenebilmesi kritik önem arz etmektedir. Tüm ticari ve askeri deniz kazalarının yaklaşık %80'inin insan hatasından kaynaklandığı görülmektedir. Ticari gemiler, savaş gemilerine nazaran daha küçük ekiplerle ve genellikle insan gücüne kıyasla otomatik kontrol ve otomasyona daha fazla güvenerek çalışmaktadır. Yeni nesil savaş gemilerinin dizaynında da personel sayılarını azaltma ve teknolojiden yararlanma yönündeki eğilim göz önüne alındığında, ticari gemi kazalarının ve nedenlerinin incelenmesi dizayn ve organizasyonel gelişim açısından önemli bir kaynak olarak görülmektedir. Önümüzdeki dönemde deniz yetki alanlarımızdaki hidrokarbon kaynaklarımızı arama, bulma, araştırma, çıkarma, taşıma ve kullanma açısından ihtiyaç duyulacak sivil deniz platformlarında olduğu kadar deniz alaka ve menfaatlerimizi içeren deniz ilgi ve etki sahalarımızda faaliyet gösterecek Milli olarak inşa edilmiş Dinamik Konumlandırma Sistemli (DKS) askeri gemi ve platformlara da ihtiyaç duyacağımız değerlendirilmektedir. Ulusal düzeyde DKS'li sivil ya da askeri platform/vasıtalarının geliştirme ve faaliyet süreçleri içerisinde yaşanan kaza ve olaylara ilişkin inceleme ve araştırmaya uygun istatistiki verileri içeren bir Milli Veri Tabanının henüz var olmadığı görülmektedir. Bu nedenle; konu hakkında yayınlanan ve kaynakçada yer verilen üniversite tezleri, makaleler, inceleme ve araştırma raporları üzerinde bir literatür araştırması icra edilmiştir. Bu araştırmaya istinaden; Ticari ve Araştırma maksatlı Açık Deniz Platformlarının ve Açık Deniz Platformları Destek Gemileri DK Sistemlerinin Konum Kaybı olayları konusunda Kuzey Avrupa'nın en iyi uygulamalara ev sahipliği yapan coğrafyalardan biri olarak tespit edilmiştir. Bu uygulama araştırmalarında IMCA (International Marine Contractors Association) Kaza/Olay Raporları ve bu raporlardan elde edilen verileri temel alındığı tespit edilmiştir. DKS kaza/olayları ile ilgili daha geniş kapsamlı ilave bir veri tabanı tespit edilememesi nedeniyle yine kaynakçada verilen IMCA Dokümanları ve 2000-2017 yılları IMCA Raporlarından bir DKS Kaza/Olay Araştırma Veri Tabanı oluşturulmuştur. DKS'ne sahip gemilerin Konum Kaybı Olaylarına ilişkin IMCA Kaza/Olay Raporları (461'i kaza toplam 1262 Olay) üzerinde; Sistem Emniyet Standartı ve İnsan Faktörleri Analiz ve Sınıflandırma Sistemi (HFACS) Taksonomisini temel alan bir metodolojiyle; Tehlike Analizi, Risk Analizi, İnsan Faktörleri temelli Risk Değerlendirmesi yapılmıştır. DK sisteminin incelenmesi ve Risk Analizi neticesinde; Konum Kaybıyla sonuçlanan Terminal Olaylar; Operasyon İptali (%24,32), Sürüklenme (%17,12), Sapma (%11,26), Zaman Kaybı (%14,87) olarak sıralanmıştır. Terminal Olaylara neden olan 6 Temel Olay kategorisi oluşma olasılıklarına göre; DK Referans Sistemi (%20,74), İnsan Hatası (%18,29), DK Yazılım/Donanım (%15,61), Güç Kaynakları Yönetimi (%14,88), İtki ve Sevk Sistemi (%13,90), Çevresel Etki (%9,51), Bileşen Arızası (%5,12) olarak sınıflandırılmıştır. Analiz edilen olayların %90'ından fazlasının bu kategorilerden en az biriyle ilişkili olduğu görülmüştür. İnsan Faktörleri Temelli Risk Değerlendirmesi kapsamında; HFACS-Seviye 1 Aktif Hatalar'ın incelenmesiyle tespit edilen İnsan Hatası kalıpları, kaza raporlarında yaygın olarak öne çıkan HFACS-Gizli koşullar ve alt kategorileriyle nedensel olarak ilişkilendirilerek sınıflandırılmıştır. Bu Kategorik Sınıflandırmaya uygun Nedensel İlişki Ağı oluşturularak çalışmada yer verilmiştir. HFACS-Aktif Sorunlar ve bu sorunlara yol açan baskın Gizli Sorunlar'ın sıklıkları ve yaygınlıkları esas alınarak olasılık tabanlı bir Risk Değerlendirme Metodolojisi olan Bayes Ağları Metodu (BBN) ile Risk Analizine tabi tutulmuş ve bu maksatla GeNIe yazılım aracı kullanılmıştır. Risk Analizi neticesinde HFACS Taksonomisine uygun olarak kategorilendirilen ve öncelikli olarak tespit edilen İnsan Faktörleri Temelli Hata Kalıpları (Temalar) sınıflandırılarak tanımlanmıştır. Riski Yüksek bulunan Hata Kalıpları'nın DKS Operatörlerinin karar verme süreçleriyle nasıl ilişkili olduğunu anlamak üzere İnsan Faktörleri temelli hazırlanan Kod Rehberi ve Kritik Karar Metodu kullanılarak DK Köprüüstünde Kritik Olay (Tehlike) Esnasında DK Kontrol Konsolu üzerinde Kritik Karar Verme Süreç Analizi yapılmıştır. Bu Analiz'de Riski Yüksek Hata Kalıpları'nı yansıtan 28 Olay üzerinde 14 DK Operatörünün Kritik Olaylar ve Kritik Karar Verme Süreci'ne ilişkin değerlendirmeleri Yazılı Mülakat Tekniği ile alınmıştır. Risk Analizinde sınıflandırılan İnsan Faktörleri ve Konum Kaybı Kazaları arasındaki Risk İlişki Derecelerinin belirlenebilmesi için Ki-Kare ve Simetrik Ölçümler Analizi ((χ2 = 43.510, df = 15, p < .001); Risk Analizi üzerindeki Değerlendirici Uzman Görüşlerinin birbirleri arasındaki ilişkisel doğrulama için ise Cohen Kappa Analizleri (Cohen Kappa Katsayısı =.645, p< .0019), Sosyal Bilimler için İstatistik Programı (SPSS) yazılım aracı kullanılarak yapılmıştır. Etkiler, risk ve düzeltici önlemler açısından IMO, ISO, IEC, Klas Kuruluşları (IACS, ABS, DNV) mevcut Köprüüstü ve Gemi Kontrol Konsolu Dizayn standart kuralları çerçevesinde yapılan değerlendirmeden elde edilen sonuçlar; Uluslararası İnsan Merkezli Dizayn ve Kullanılabilirlik Standartları çerçevesinde milli olarak inşa edilecek DK'lı Gemilerin Milli Dizayn ve Yerleştirme kurallarının geliştirilmesine yardımcı olmaya yönelik öneriler olarak sunulmuştur.
-
ÖgeA novel energy-saving device for ships- gate rudder system(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) İlter Tacar, Zeynep ; Korkut, Emin ; 723963 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri MühendisliğiIntelligent use of energy is one of the most important issues today. The increasing need for energy and the decreasing traditional energy resources have long ago shown us that the use of renewable clean energy sources is essential. On the basis of countries, it is obvious that the countries that dominate energy have a higher potential to exist and preserve their power in the future compared to other countries. On the other hand, we have only one planet where we can live for now, and it has already signalled global climate change. Considering all these, the importance of the management and efficiency of clean energy resources can be understood. However, it is still not possible to use renewable energy completely in most areas. Ship transportation, for example, continues its way using fossil fuels. In this case, our duty as engineers should be to use it most efficiently in the systems we design, whether the energy source is fossil or renewable. Reducing fuel consumption on ships is possible by various methods. These can be generalized as optimizing the hull design, decision of the main and auxiliary machinery used in ships following technological developments, not disrupting the routine maintenance and repair works on ships and planning them correctly, route optimization and installing systems to improve ship propulsion efficiency. The use of systems to improve ship propulsion efficiency, which is the subject of this thesis (energy saving devices-ESD), has been seen as a very interesting saving method in recent years due to the rules on the restriction of international emissions and due to the increase in cost when fuel prices are considered. In addition, the fact that the energy efficiency index (EEXI) of existing ships of the International Maritime Organization (IMO) will enter into force in 2023 has made the retrofit applications of energy-saving systems quite up to date. Energy conservation systems are appendages mostly static systems, positioned in front of the ship's propeller, in the same frame as/on the propeller, or after the propeller. According to the working principles: • Preventing the flow separation/improving wake field quality • Reducing or compensating rotational losses • Reducing hub vortex losses can be grouped as systems. In this thesis, three different ESDs on two different ships were investigated. The first ship is a 7000 DWT chemical tanker that has been studied in the STREAMLINE (European Union) project. In this ship (λ=16.5), a duct positioned in front of the propeller and improving the inflow to the propeller and a stator positioned at the same location, reducing rotational losses, are studied separately. In this study, the parametrically investigated duct was generated using the MARIN19A geometry and the location, diameter, chord length are the parameters investigated. Due to the restrictions imposed by the ship's stern form, it was decided that the position of the duct should be 0.3Dp (Dp: propeller diameter) ahead of the propeller plane. Nine different ducts were obtained by changing the diameter of the duct to 0.7, 0.8 and 0.9Dp and the chord length to 0.3, 0.4 and 0.5Dp. Numerical studies were carried out in StarCCM+ using the Computational Fluid Dynamics (CFD) method. In the calculations, the free surface effect is ignored and the calculation cost is minimised by using the "double body" method. In the CFD study, the RANS equations are solved using the SST k-ω turbulence model. Open water propeller analyses and bare hull resistance analyses were validated with the test results, and then the propulsion analyses with and without ducts were performed using the MRF method. As a result of the study, the duct with a diameter of 0.9Dp and a chord length of 0.4Dp increased the general propulsive efficiency the most compared to the case without a duct. The ESD, which was reviewed second on the same tanker vessel, is the pre-swirl stator (PSS). The analyses were carried out using the RANS method and the SST k-ω turbulence model, without taking into account the free surface effects. A stator with a diameter of 0.9Dp, a chord length of 0.25Dp and a cross-section of NACA0012, which is also positioned 0.3Dp forward of the propeller, has been developed. This stator is designed as four blades in its initial state, and the stator blades are named port upper, port central, port lower and starboard central. Their angular positions are 315°, 270°, 225° and 90°, respectively (when viewed forward from the stern, 0° represents the upper blade tip of the propeller). Position-2 and 3 are obtained by rotating 15° and 30° clockwise from this starting position, 15° counterclockwise to obtain Position-4. Firstly, the stator was investigated with 4 blades, without starboard blade, starboard blade with the half-length, and port without upper blade in Position-1, and the general propulsive efficiency of the stator design without starboard blade was found to give the best results compared to the no stator case based on ηD. The study continued with the stator design without the starboard blade and analyzes were also carried out for other angular blade positions (positions 2, 3 and 4). After it was seen that Positions 1 and 2 gave the best results, work was continued with Position 1, which is the initial position, and this time the stator designs were obtained by changing the pitch angles of the blades from 0° to 4°, -4° and -8° were examined. As a result, it has been seen that the stator with a pitch angle of -8° gives the best result in terms of efficiency compared to the case without a stator. The second ship type is a 2400 GT cargo ship. The full-scale vessel is available and is in service in Japanese inland waters. A new energy conservation system called the "Gate Rudder" system has been studied on this ship. The Gate Rudder System (GRS) is a propulsion unit consisting of twin rudders and rudder blades located aside propeller. In this system, the rudder blades regulate the flow to the propeller, like a large nozzle covering the propeller, while providing additional thrust to the thrust produced by the propeller. In addition, the rudder blades can be controlled separately, which increases the manoeuvrability of the ship. In this study, the GRS was compared with the sister ship equipped with a conventional rudder system (CRS). The two vessels operate on similar routes in Japan and sea trial measurement results are available for both. The results of numerical and experimental studies were compared with the results of this trial. The scale effect is a phenomenon that should be considered when determining the performance of ESDs. Efficiency and power values obtained from model scale tests or analyzes of ESDs may differ on the full-scale ship. For this reason, in this study, two different model scales (λ1=50.95 and λ2=21.75) and full-scale ship were studied. The resistance and propulsion tests of the model with λ1=50.95 were carried out in Japan. However, the model at this scale is small, and another larger model was needed to examine the performance of the GRS and to investigate the scale effect. In this case, the model with λ2=21.75 was produced and the resistance, nominal wake, propulsion and flow visualisation experiments were carried out in Ata Nutku Ship Model Testing Laboratory of Istanbul Technical University. Resistance tests were carried out with the bare hull model and the model with the conventional rudder. The self-propulsion experiments were carried out with the GRS and CRS. The same model propeller was used in both rudder systems. In addition to these two model scales, numerical analyzes of the full-scale ship were also carried out. In CFD studies, RANS equations are solved by taking into account the free surface effects and using the SST k-ω turbulence model. Since the effect of scale effect on GRS performance will be examined, the same mesh structure was used in all three scales. Since a large number of cells would be required to provide y+<5 on a full-scale ship and the cost of the solution would increase, the mesh was generated with y+>30 for all three scales. In the model scales, resistance analyzes were performed for both y+ values, but self-propulsion analyses were performed only for y+>30. Propeller open-water curves are used to calculate propulsion efficiencies and hence power requirements. Experimental open-water curves are used for CRS, while results from CFD are used for GRS. For this, the GRS system was analyzed as an open-water propeller and the efficiency and power values of the GRS were calculated with the help of the curves obtained from here. To compare the results in different scales and to examine the effect of the scale on the results, the results in the model scale were converted to full scale. For this, the 1978 ITTC performance prediction procedure was used. Corrections were made in the extrapolation to full scale by considering factors such as the boundary layer thickness being relatively larger than the full scale, differences in friction resistances, and surface roughness in the model scale. The full-scale results obtained were compared with the sea trial measurement results of the ships and λ2=21.75 model test results and the full-scale CFD results were compatible.
-
ÖgeBir cisim etrafındaki sualtı akış gürültüsünün teorik ve deneysel olarak incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-04-21) Bulut, Sertaç ; Ergin, Selma ; 508152006 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları MühendisliğiGünümüz mühendislik uygulamaları içerisinde gürültü olgusunun yeri gitgide daha önemli bir hale gelmektedir. Sualtı gürültüsü ise askeri, endüstriyel ve ekolojik açıdan kritik bir öneme sahiptir. Askeri alanda, savaş gemilerinin ve denizaltıların sualtı gürültüsü karakteristikleri, gizliliklerinin tesisini ve yüksek hızlarda sessiz çalışabilmelerini etkileyen bir faktördür. Ayrıca, yüksek gürültü seviyelerinin sualtı canlıları üzerindeki olumsuz etkileri ve deniz taşımacılığında yolcuların konforu ile sağlığı sualtı gürültüsü üzerine yapılan araştırmalar için teşvik edici faktörlerin başında gelmektedir. Denizcilik uygulamaları içerisinde silindirik yapılar oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptir. Denizaltılarda periskop, hava tahliye borusu, radar, elektronik savaş antenleri gibi kısımlar, açık deniz yapılarında sualtı destekleme üniteleri, deniz yatağı boru hatları ve gemi direk sistemleri silindirik yapıların yer aldığı denizcilik uygulamalarından sadece birkaç tanesidir. Bu nedenle, silindirik yapıların hidroakustik karakteristiklerinin araştırılması büyük önem arz etmektedir. Daha sessiz mühendislik sistemlerinin tasarlanabilmesi için, bu yapıların akış temelli gürültü mekanizmalarını etkileyen faktörlerin iyi anlaşılması gerekmektedir. Akış gürültüsünü oluşturan en önemli etmenler arasında, türbülanslı iz bölgesi, sınır tabakaları, akım ayrılmaları ve kararsız akış yapılarının katı cisimlerle etkileşimi yer almaktadır. Kararsız ve türbülanslı akış alanının, gürültü üretimi ve yayılımının ve çok kutuplu gürültü kaynaklarının karmaşık fiziği, akış gürültüsünün anlaşılması en zor gürültü bileşenleri arasında yer almasına neden olmaktadır. Doktora tezi kapsamında, silindirik yapıların hidroakustik karakteristikleri analitik, sayısal ve deneysel metotlar kullanılarak incelenmiştir. Geliştirilen bir yazılım ile, akış verilerinden yararlanılarak tekil silindirler etrafındaki akış gürültüsü seviyeleri analitik olarak hesaplanmıştır. Farklı geometrik kesitlere ve boyutlara sahip silindirlerin akustik karakteristikleri çeşitli hibrit akustik metotlar kullanılarak sayısal olarak incelenmiştir.
-
ÖgeShipyard productivity evaluation with key performance indicators(Graduate School, 2022-05-27) Bilen, Ümran ; Helvacıoğlu, Şebnem ; 508122007 ; Naval Architecture and Marine EngineeringShipbuilding is a unique industry dealing with complex and one-of-a-kind products with ever changing demand trends that force the supply limits. Small and medium sized shipyards are suffering to cope with the challenges to survive and sustain their activities. Due to the nature of this business, shipyards need to pay even more attention to their productivity and performance. This requires combining a deeper engineering knowledge with business goals. Recent development in the information technologies followed with automated processes provide means to use data to create knowledge and thereby a better understanding of the processes and to manage them. This thesis suggests a methodology to evaluate the productivity of a shipyard in all hierarchy levels with key performance indicators (KPI) which are derived with a data-driven approach. It demonstrates that a shipyard could develop its own KPIs from its own historical data and utilise them to evaluate its own performance, identify the shortcomings, increase engineering as well as business knowledge and make more accurate estimations before and after signing a shipbuilding contract. Neither data analysis, nor the KPIs are new to this industry. The value of data collection and analysing has been well appreciated for a long time. However, the use of data is mostly limited to the assessment of only certain business cases and lacks an overall perspective for combining strategic objectives to tactical and operational ones and vice a versa. The proposed methodology offers a step-by-step approach to identify these connections considering the major challenges of shipbuilding. It answers the questions of where to start, how to perform and how to interpret and make use of the analysis both with a top-bottom and bottom-up approaches. The methodology offers a deep analysis starting with the investigation of performance shortcomings through background from internal and external sources. This background information is then used for the identification of strategic, tactical, and operational objectives. The methodology explains how these background and objectives could be connected systematically to success factors and relevant measures. Finally, the methodology provides a detailed guide for discovering the KPIs by means of data collection, data organisation, building a data model, performing statistical analyses and how to select and create KPIs and where to use the results. Application of this methodology is shown in a case study performed with real shipyard data from Uljanik Shipyard / Pula – Crotia, as a part of a research project funded by the European Union, HOLIstic optimisation of SHIP design and operation for life cycle (HOLISHIP). By analysing the shipyard dynamics through background and combining these with the project goals, it was decided to create KPIs for the assessment of new structural ship design alternatives from building cost and producibility perspectives. Relevant success factors and measures were identified before starting data collection and analysis. These analyses were performed in a systematic manner which is proposed in the methodology and given in detail in chapter 5 of this thesis. Part of the data was extracted in a structured form from the computer aided ship design and planning software and material resource planning software of the shipyard. Other required data was collected through unstructured interviews, standalone spreadsheets and documents which were then organised in structured spreadsheets. Due to practical reasons like availability, low cost and familiarity of the shipyard employee, data organisation, modelling and analyses were performed by Microsoft Excel. Mainly six data sources were created based on design, production, and commercial data from twelve previously built Roll-on Roll-off Passenger Ships (RoPAX ships), each in spreadsheet format. Some of the spreadsheets having more than 20 columns and over 20.000 rows. These data-sets were then combined in a data model by use of primary keys that were available for all data-sets, namely yard project number, macro space and yard group. The primary keys have connection to each piece of information in all data sets and reflect the way of job handling and data collection of the shipyard. From the data model, several measures were created and tested by means of regression analyses to investigate the relationship between different parameters. Regression analyses were chosen to ease communication with the shipyard and project teams and performed both in single and multiple linear regression methods. These relations were checked upon discussions with the shipbuilding experts from different departments of the shipyard and demonstrated with visual graphs. The expert opinion already supports a technical relation between parameters and measures and thereby eliminating the doubts of causation shown through regression analyses. By this way, it was possible to create two complex KPIs to evaluate the new design alternatives, one for the building cost and the other for the producibility. Shipyard team was already familiar with the basic use of the selected tool. After a one-day training most of the participants were able to handle the data organisation, data model and also were able to create their own measures and make their own analyses. It was found that better relations could be modelled when more experts were involved with technical background from different departments like production and design. It should be noted that the application of the suggested methodology relies on two major prerequisites. First one is that the data must exist, otherwise the methodology could only guide the shipyard for defining the data which needs to be collected. Second one is the involvement and support of the executive management, otherwise application of the methodology would be another number crunching exercise which would not be used and improved for daily use. Furthermore, application of the methodology requires mass amount of time at the beginning with the involvement of shipyard experts and a dedicated core team to extract data and build up the data model. Also, the results of the study cannot be generalised, but rather could only be used by the shipyard in question. The main contribution of this thesis is to provide a guideline for Small and Medium Sized Shipyards which are in need for a systematic approach for digitalisation and answering questions such as where to start, why data collection is necessary, how to handle data, which data to be collected, what to do with the collected data, how to make analyses, and in which ways these analyses could be used. It was shown that the collected data could be easily turned into engineering knowledge to support the processes improvements as well as business decisions. Finally, the study paves the way for further analyses and studies for improving the productivity with a data-driven approach. Future studies could focus on more complex analyses on productivity of outfitting works and effects of qualitative factors with more advanced tools like machine learning algorithms that are connected to a live data base.
-
ÖgeGemi kargo tanklarında doğal taşınımla olan ısı geçişinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-13) Şahin, Koray ; Ergin, Sema ; 508152009 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları MühendisliğiAğır yakıt, ham petrol, asfalt, bitüm, kimyasallar, vb. petrol ürünlerinin akma noktası genel olarak çok yüksektir. Bu tip akışkanlar akma noktalarının altında katılaşırlar. Katılaşmayla birlikte kimyasal özellikleri değişir. Ayrıca, bu tip akışkanların akma noktalarının altında akışkanda mum oluşumu başlar. Gemi kargo tanklarındaki ağır yakıt, ham petrol, asfalt, bitüm, kimyasallar, vb. petrol ürünlerindeki katılaşmayı, kimyasal özellik değişimini ve mum oluşumunu önlemek için bu tip akışkanlar ısıtılır. Bundan dolayı, bu tip akışkanların tank içerisindeki sıcaklığı sefer süresince belli bir seviyede tutulur. Ayrıca, bu tip yüksek viskoziteye sahip akışkanlar istasyondan gemiye ve gemiden istasyona taşınması öncesinde akışkan ısıtılarak pompalanabileceği uygun sıcaklık değerine getirilir. Kargo tanklarındaki sıvı yükler geleneksel olarak dolaylı ısıtma yöntemleriyle ısıtılmaktadır. Bu yöntemlerde ısı, bir ısı transfer yüzeyi boyunca aktarılır. Kargo tanklarındaki ısıtma sistemi için en sık ve yaygın kullanılan yöntem tanka daldırılmış ısıtma serpantinlerinin kullanılmasıdır. Tankların tabanındaki serpantinler sıcak olur ve hemen yakınında bulunan sıvı yükü ısıtır. Sıcak sıvı yük ısınarak yükselir ve daha soğuk olan sıvı yükle yer değiştirir, böylece tankta doğal bir sirkülasyon (doğal taşınım) gerçekleşir. Ağır yakıt, ham petrol, asfalt, bitüm, vb. yüksek viskoziteli akışkanların bir gemi kargo tankında ısıtılması işlemi önemli miktarda enerji ve maliyet gerektirir. Bu enerji ve maliyet kapalı hacimdeki doğal taşınımın fiziğinin iyi anlaşılmasıyla azaltılabilir. Bu çalışmadaki amaç, gemi kargo tanklarındaki doğal taşınımla ısı transferi ve akış problemini deneysel ve hesaplamalı olarak modellemek ve elde edilen bilgiler, bulgular, sonuçlar ile gemi kargo tanklarındaki ısıtma sisteminin enerji etkinliğini arttırmaktır. Bölüm 2'de deneysel çalışma açıklanmıştır. Gemi kargo tankı, alttan rezistans telleriyle ısıtılan üstten termostatik su banyosuyla soğutulan bir dikdörtgen kapalı hacim olarak modellenmiştir. Deneysel çalışmada, 5700 Detveyt tonluk (DWT) bir petrol/kimyasal tankerin gerçek kargo tank boyutlarının ⁓1/20 ölçeğinde bir model tankı oluşturulmuştur. Model tankın alt ve üst duvarları doğal taşınımla ısı geçişi için gerekli olan sıcaklık farkını yaratabilmek için farklı iki ısı değiştirici olarak tasarlanmıştır. Soğuk tarafta, üst alüminyum plakadan ısıyı uniform olarak çekmek için bir soğutma ceketi tasarlanmıştır. Sıcak tarafta, alt alüminyum plaka elektrik direnç telleriyle ısıtılmıştır. Isıyı plaka üzerinde uniform olarak dağıtmak için, elektrik direnç telleri üç eşit parçaya bölünmüştür. Alüminyum oksitten döküm yöntemiyle ısıtıcı için bir tabla imal edilmiştir. Tablanın içine ısıya dayanıklı cam tüpler yerleştirilmiştir. Her bir elektrik direnç teli tabladaki cam tüplerden geçirilmiştir. Böylece, homojen bir sıcaklık dağılımı sağlayan bir tabla ısıtıcı tasarlanmıştır. Ayrıca, her bir elektrik direnç teli PID (Proportional Integral Derivative) kontrol mekanizmasına sahip dijital sıcaklık kontrol cihazıyla kontrol edilmiştir. Her bir elektrik direnç teli ayrı ayrı kontrol edilerek alt plakada uniform bir sıcaklık dağılımı elde edilmiştir. Böylece, doğal taşınım için gerekli olan sıcaklık farkının kontrol edilebileceği bir deney düzeneği kurulmuştur. Ağır yakıtın viskozitesinin sıcaklıkla olan büyük değişimi ve yüksek Pr sayısı özelliklerini modellemek için, model tank içerisinde çalışma sıvısı olarak gliserin kullanılmıştır. Deneyde soğuk ve sıcak plakaların yüzeylerindeki sıcaklıklar, model tankın farklı noktalarındaki gliserinin sıcaklıklarını ölçmek için gerekli olan veri toplama sistemi, açık kaynaklı bir elektronik geliştirme kartı olan Arduino Mega ATmega2560 ve tasarımı yapılan devrenin delikli pertinaks üzerine aktarılmasıyla geliştirilmiştir. Isıl çiftler, bir bilgisayara bağlı bu çalışmada geliştirilen veri toplama ünitesine bağlanmıştır. Bu çalışmadaki sıcaklık verilerini okumak için Arduino IDE (Integrated Development Environment) yazılımında kod yazılarak düzenlenmiştir. Model tank içerisindeki doğal taşınımla ısı geçişi için yapılan deneyler İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi'nde bulunan Gemi Emisyonları Laboratuvarı'nda gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışma, izotermal olarak ısıtılan alt alüminyum plaka sıcaklığı ile izotermal olarak soğutulan üst alüminyum plaka sıcaklığı arasındaki 3 farklı sıcaklık farkı değeri için gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda, kapalı hacmin dikey simetri ekseni boyunca sıcaklık profilleri sunulmuş ve yatay plakalardaki ortalama Nusselt sayıları hesaplanmıştır. Dikey simetri ekseninde ölçülerek deneysel olarak tahmin edilmiş zaman ortalama sıcaklık profilleri üst ve alt plakaların yakınında keskin bir şekilde değişmiştir. Sıcaklık profili plakaların yakınında termal sınır tabakaların varlığını açıkça göstermiştir. Termal sınır tabakaların dışındaki bölgede sıcaklıkta lineer bir tabakalaşma görülmüştür. Bölüm 3'te gliserin dolu model tanktaki doğal taşınımla olan ısı transferi sayısal olarak incelenmiştir. Aktif alüminyum plakalarda deneysel olarak ölçülen sıcaklıklar sınır şartı olarak sayısal çalışmada kullanılmış ve analizler gerçekleştirilmiştir. Sayısal çalışma, İTÜ Bilişim Enstitüsü bünyesinde bulunan Türkiye Ulusal Yüksek Başarımlı Hesaplama Uygulama ve Araştırma Merkezi'nde (UHeM) bulunan çok işlemcili yüksek performanslı bilgi işlem kümesi SARIYER'de sağlanan hesaplama kaynakları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Üç boyutlu zamana bağlı korunum denklemleri, sonlu hacim yöntemine dayalı bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği programı ANSYS Fluent kullanılarak çözülmüştür. Model tank orta düzlemindeki dikey orta eksende sayısal olarak elde edilen sıcaklık profilleri, yatay duvarlarda hesaplanan ortalama Nusselt değerleri deneysel olarak ölçülerek elde edilen sıcaklık profilleri ve Nusselt değerleriyle karşılaştırılmıştır. Deneysel ve sayısal çalışmalardan elde edilen sonuçlar, sayısal simülasyonlar ve deneysel ölçümler arasında iyi bir uyum olduğunu göstermiştir. Bölüm 4'de ağır yakıt ile dolu kapalı bir hacimdeki laminer doğal taşınımla olan ısı transferi deneysel sonuçlarla doğrulanan sayısal yöntem ve çözüm prosedürü kullanılarak 103≤Ra≤107 aralığındaki Rayleigh (Ra) sayılarında farklı ısıtma sistemleri ve serpantin boru düzenlemeleri için incelenmiştir. İki farklı ısıtma sisteminin performansları araştırılmıştır. İlk sistemde ısıtıcı serpantinler tanka daldırılmıştır. İkinci sistemde, serpantin borularının tankın dışında yer aldığı dikkate alınarak, ağır yakıtın alt duvardan üniform olarak ısıtıldığı kabul edilmektedir. Sıcak serpantin borularının yüksek viskoziteli akışkana daldırıldığı ısıtma sisteminde serpantin boruları arasındaki yatay ve dikey mesafeler ile serpantin borularının dikey eksendeki konumlarının ısı transfer özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. 103≤Ra≤106'da serpantin borularının kapalı alanın dışında olduğu ısıtma sistemi serpantin borularının kapalı alana daldırıldığı sistemden daha düşük bir ısı transfer kabiliyetine sahip olduğu belirlenmiştir. Ra=107'de serpantin borularının kapalı alan dışında olduğu ısıtma sistemi, yatay olarak hizalanmış serpantin boru düzenine sahip ısıtma sistemine kıyasla ortalama Nusselt değerlerinde % 3,25'lik bir iyileşme sağlamıştır. Bölüm 5'de ağır yakıtla doldurulmuş 1:1 ölçekteki bir gemi kargo tankındaki serpantin borularının farklı düzenlemelerinin doğal taşınımla ısı transferi üzerindeki etkileri sayısal olarak incelenmiştir. Boruların sıralı, kademeli ve katmanlı düzenlemeleri için sayısal simülasyonlar yapılmıştır. Serpantin borularının tankın alt duvarı boyunca eşit yatay mesafelerde dağıtılarak sıralı bir şekilde yerleştirildiği düzen, gemilerdeki serpantin boru yerleşiminin geleneksel tasarımıdır. Gemilerdeki serpantin borularının geleneksel tasarımına ait sonuçlar bu çalışmada düşünülen ve önerilen tüm serpantin boru düzenlemelerine ait sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Serpantin borularının geleneksel tasarımında boru yüzeylerinde elde edilen zaman ortalama toplam ısı transfer katsayısı değeri sıralı düzende yerleştirilerek tank tabanının ortasında kümelenmiş serpantin boru düzeninde elde edilene göre % 7,6 artış göstermiştir. Kümelenmiş boru düzeninde son durumda tankta elde edilen minimum ve ortalama sıcaklık değerleri boruların geleneksel tasarım düzeninde elde edilenlere göre düşmüştür. Serpantin borularının kademeli düzeninde borular arasındaki 5 farklı açının (α) 150, 300, 450, 600 ve 750 doğal taşınımla ısı transferine ve akışa olan etkileri incelenmiştir. Serpantin boruları arasındaki açı değeri arttıkça boru yüzeylerindeki zaman ortalama toplam ısı transfer katsayısı değerinde ve son durumda tank içerisindeki ağır yakıtın ortalama ve minimum sıcaklık değerlerinde artış görülmüştür. Kademeli düzende α=600 ve α=750 için elde edilen boru yüzeylerindeki zaman ortalama toplam ısı transfer katsayısı değeri boruların geleneksel tasarım düzeninde elde edilene göre sırasıyla % 2,1 ve % 4,73 iyileşmiştir. Serpantin borularının kademeli düzeninde α=600'de sabit kalacak şekilde borular arasındaki yatay mesafenin doğal taşınımla ısı transferine ve akışa olan etkileri incelenmiştir. Kademeli düzende borular arasındaki yatay mesafenin 0,2284 m'den 0,8 m'ye artmasıyla, boru yüzeylerindeki zaman ortalama toplam ısı transfer katsayısı değerinde % 11,25'lik bir artış görülmüştür. Kademeli düzende α=600'de serpantin borular arasındaki yatay mesafenin 0,8 m olduğu durumda boru yüzeylerindeki zaman ortalama toplam ısı transfer katsayısı değerinde boruların geleneksel tasarım düzeninde elde edilene göre % 13,6'lık bir iyileşme görülmüştür. Taşınımdaki bu iyileşme son durumda tank içerisindeki ağır yakıtın minimum ve ortalama sıcaklık değerlerine yansımıştır. Serpantin borularının katmanlı düzeninde, gemi kargo tankı dikey olarak ısıtma bölgelerine (katmanlara) bölünerek ısıtılmıştır. Hesaplanan toplam ısıtma yükü katman sayısına bölünerek her katmana eşit olarak dağıtılmıştır. Kargo tank yüksekliği 4 ve 5 katman olacak şekilde bölünerek analizler gerçekleştirilmiştir. Katman sayısındaki artış serpantin boru yüzeylerindeki zaman ortalama toplam ısı transfer değerinde bir değişiklik oluşturmazken, son durumda tank içerisindeki ağır yakıtın ortalama sıcaklığını düşürmüştür. Katmanlı ısıtma, boru yüzeylerindeki zaman ortalama toplam ısı transfer katsayı değerinde gemilerdeki geleneksel boru yerleşim düzeninde elde edilen değere göre % 6,88'lik bir iyileşme sağlamıştır. Ayrıca, katmanlı ısıtmayla son durumda tank içerisindeki ortalama ağır yakıtın sıcaklık değeri de gemilerdeki geleneksel serpantin boru yerleşim düzeninde elde edilen değere göre artmıştır. Buna karşın, katmanlı ısıtma son durumda tank içerisindeki ağır yakıtın minimum sıcaklık değerlerini düşürmüştür. Sonuç olarak, bu çalışmada önerilen serpantin borularının kademeli ve katmanlı düzenlerinde gemi kargo tankı içerisindeki doğal taşınımla ısı geçişinin etkinliğinde gemilerdeki geleneksel serpantin boru düzenine göre bir iyileşme sağlanmıştır. Böylece, yüksek viskoziteli akışkanla dolu gemi kargo tanklarındaki ısıtma sisteminin enerji etkinliği arttırılmıştır.
-
ÖgeTers-dönüşlü pervane sistemlerinde hidroakustik etkileşim(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-17) Köksal, Çağatay Sabri ; Korkut, Emin ; 508162002 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları MühendisliğiTers-dönüşlü pervane (CRP) sistemlerinde, ön ve arka pervane arasında farklı akış koşulları altında meydana gelen etkileşimin gürültü spektrumu üzerindeki etkisi, gemi arkası durumunda, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Ön ve arka pervane arasında meydana gelen etkileşim; pervane kanatlarının emme ve basınç taraflarında görülen kavitasyon paternleri ile akış hacmi içerisindeki türbülans karakteristikleri dikkate alınarak sınıflandırılmıştır. Sevk noktasında, ön ve arka pervane arasındaki farklı devir oranları için hesap edilen tork dengesi (ΔQ), sevk verimi (ηD), kavitasyon paternleri, türbülans karakteristikleri ve gürültü spektrumu; kendi aralarında ve tek pervaneli sevk sistemi ile karşılaştırılmıştır. CFD çalışmalarında, Reynolds ortalaması alınmış Navier-Stokes (URANS) ve ölçeğe-uyarlanabilir simülasyon (SAS) yöntemleri, SST (shear stress transport) k-ω türbülans modeli ile birlikte kullanılmıştır. SST-SAS modelini SST-URANS modelinden ayıran farklılık, türbülanslı girdap frekansına (ω) ilave edilen bir terimden (QSAS) kaynaklanmaktadır. Çift fazlı akış; VOF (volume of fluid) yöntemi ve kavitasyon ise Rayleigh-Plesset denkleminin basitleştirilmiş bir formunu kullanan Schnerr-Sauer modeli kullanılarak hesaplanmıştır. Gürültü tahminlerinde, süreklilik ve Navier-Stokes denklemlerinden türetilen ve homojen olmayan yapıdaki bir dalga denklemi olarak ifade edilen Ffowcs-Williams ve Hawkings (FW-H) denklemleri kullanılmıştır. Pervane açık su, kavitasyon ve gürültü spektrumu incelemelerinde, konvansiyonel tipte olan King's College (KCD) KCD 193 pervane modeli kullanılmıştır. Pervane model deneyleri, Newcastle Üniversitesi Emerson Kavitasyon Tüneli'nde (ECT) gerçekleştirilmiştir. CRP sistemleri ile gerçekleştirilen pervane açık su incelemelerinde ise David Taylor Model Basin (DTMB) DTMB 3686-87A ters-dönüşlü pervane çifti kullanılmıştır. Gemi direnci, nominal iz ve sevk incelemelerinde, geometrik özelliklerine ve deney sonuçlarına literatürde erişilebilen, dökme yük tipindeki Japan Bulk Carrier (JBC) gemi modeli kullanılmıştır. JBC gemisi NMRI (National Maritime Research Institute), Yokohoma Üniversitesi ve SRC (Ship Building Research Center of Japan) tarafından, Class NK'nın da dahil olduğu bir endüstri programı kapsamında, araştırma projelerinde kullanılmak için tasarlanmıştır. Doğrulama çalışmalarında, en küçük kareler (LSR) yöntemi kullanılmıştır. CRP sistemlerinin doğrulama ve geçerleme çalışmalarında türbülans modeli, algoritma ve basınç ayrıklaştırma şeması çeşitleri; türbülanslı ölçeklerin modellenmesi, hesaplamaların doğruluğu ve süresi üzerindeki etkileri bakımından karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Karşılaştırmalı çalışmalarda, hibrit yapıdaki çok kriterli karar verme yöntemi (MCDM) kullanılmıştır. Performans gereksinimleri bilinen JBC gemisi dikkate alınarak, bir ters-dönüşlü pervane tasarlanmıştır. Pervane tasarımında, Sasaki ve diğ. (1998) tarafından geliştirilen ve Sumitomo Heavy Industries kuruluşunca revize edilen bir yazılım kullanılmıştır. Ön ve arka pervane arasındaki eksenel mesafe (X/DFP), yük dağılımı (LFP:LAP), kanat sayısı konfigürasyonu (ZFP:ZAP) ve devir oranı (nFP:nAP) parametrelerinin; sevk noktasındaki pervane açık su verimi (η0) ve tork dengesi (ΔQ) üzerinde olan etkileri dikkate alınarak, toplamda 81 farklı pervane tasarımı için sistematik bir inceleme gerçekleştirilmiştir. Ön ve arka pervane arasındaki etkileşimin, gürültü spektrumu üzerindeki etkisi incelenmek istendiğinden, pervaneler arasındaki devir oranı dikkate alınarak, üç farklı sevk noktası bulunmuştur. Hesaplamalı çalışmalarda kullanılan ağ örgüsü yapılarında, ilk hücre yüksekliği (y) ve sınır tabaka içerisindeki toplam katman sayısı; duvardan boyutsuz uzaklık (y+) değeri dikkate alınarak hesap edilmiştir. Akış hacmi içerisinde, yan oran (AR) ve çalıklık (ψ) değerleri için sırasıyla AR<100 ve ψ<0.9 kriterleri genel olarak sağlanmıştır. Model ölçeğinde hesap edilen sevk katsayıları, 1978 ITTC yöntemi kullanılarak tam ölçeğe ekstrapole edilmiştir. Kavitasyon incelemelerinde kullanılacak olan ilerleme katsayısı (J) ve kavitasyon sayısı (σ) değişkenleri belirlenmiştir. Kanat ucu girdap kavitasyonu oluşumunu modellemek için girdaplılık kriterinin (Q) kullanıldığı uyarlanabilir bir ağ örgüsü yapısı oluşturma stratejisi geliştirilmiştir. Hesaplamalı çalışmalarda, ağ örgüsü yapısı iyileştirildikçe; zaman adımı değeri, Courant sayısı (CFL) kriterine (CMAX<1) bağlı olarak küçültülmüştür. CRP sistemlerinde, tek pervaneli sevk sistemlerinden farklı olarak, ön ve arka pervane devirlerinin birbirlerinden farklı olması halinde, hesaplamalı çalışmalarda tamınlanan tekil zaman adımı değerine bağlı olarak, pervaneler arasında bir faz farkı oluşmaktadır. CRP sistemlerinin kendi aralarında ve tek pervaneli sevk sistemi ile kavitasyon ve türbülans karakteristikleri bakımından doğru bir karşılaştırmasının yapılabilmesi için bir faz ortalaması alma yaklaşımı geliştirilmiştir. Ön ve arka pervane arasındaki farklı devir oranları için elde edilen kavitasyon paternleri karşılaştırılmıştır. Ayrıca, akış hacmi içerisinde tanımlanan farklı pozisyonlardaki dairesel kesitler üzerinde, türbülanslı kinetik enerji (k), girdaplılık (Ω) ve türbülans boy ölçeği (l) değerleri incelenmiştir. Gürültü tahminlerinde, pervane arkasındaki akış hacmi içerisinde her bir dalga boyuna en az (λ) 20 hücre sığdırılması, sınır frekansı (cut-off frequency) ve en küçük türbülans boy ölçeğinin en azından iki hücre kullanılarak modellenmesi yaklaşımları dikkate alınmıştır. Hesaplamalı çalışmalarda, pervane önündeki ve arkasındaki akış hacminin bir bölümünü içerisine alan bir akış hacmi (PDS) gürültü kaynağı olarak tanımlanmıştır. Böylece, pervane arkasındaki akış hacmi içerisinde meydana gelen türbülanslı yapıların (kuadrupol) etkileri de incelemelere dahil edilmiştir. Şaft merkezine eşit uzaklıktaki farklı alıcı pozisyonlarında hesap edilen gürültü spektrumları incelenmiştir. Sevk noktasında, tek pervaneli ve farklı devir oranlarındaki CRP sistemleri için bulunan gürültü spektrumları kendi aralarında karşılaştırılmıştır.
-
ÖgeYüksek süratli bir tekne formunda interseptörlü ve stepli hallerde hidrodinamik performansın parametrik incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-07-21) Avcı, Ahmet Gültekin ; Barlas, Barış ; 508112001 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları MühendisliğiBu tezde yüksek sürat yapan tekneler için hidrodinamik performansın iyileştirilmesi konusunda referans kabul edilebilecek çalışmaların yapılabilmesi hedeflenmiştir. Tez kapsamında yüksek süratli teknelerin genel özellikleri irdelenmiş, seçilen bir teknenin kıçına trim yapıcı olan levhalar farklı yerlerde ve farklı çalışma derinliklerinde eklenerek bir deney matrisi uygulanmıştır. Ayrıca bu tez ile birlikte, bir çok parametre üzerinde çalışılıp, yüksek süratli teknelerde, stepli (basamaklı) durumun etkisi, interseptörlerin (akım kesicilerin) etkisi ve bu interseptörlerin konumlarının optimum yerleri ile ilgili de verimli sonuçlar elde edilerek, liteartüre bir yenilik kazandırılmıştır. Literatürde yapılan diğer çalışmalardan en önemli farklılıklarından birisi ise interseptörün parçalı halde tekne aynı kıçına monte edilmesinin de analiz edilmesi olmuştur. Üçüncü bölümde tezin deney aşamalarının daha sağlıklı yapılabilmesi ve kurulan sistemin doğruluğunun araştırılması amacıyla çıplak tekne için hesaplamalı akışkanlar dinamiği metoduyla analizler yapılmıştır. Bu analizlerde çıplak teknenin direnç, trim ve paralel batma karakteristikleri elde edilip deneysel çalışmayla karşılaştırılmıştır. Analizler sırasında ilk olarak sayısal havalandırma problemi ile karşılaşılmış ve bu problemin çözümü için bir metodoloji geliştirilmiştir. Yüksek hızlı bir tekne formunun direnç değerlerinin hesaplanmasında sayısal yaklaşımın, bu havalandırma probleminin çözülmesi koşuluyla, oldukça iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Dördüncü bölümde, yüksek hızlı tekne modelinin takıntısız, çıplak halinin deneyleri icra edilmiştir. Çalışmanın bu bölümünde, 18.7 metre boyuna sahip yüksek süratli bir pilot botun, 1/8.5 ölçekte ahşaptan üretilen modelinin takıntısız halde ve sakin suda direnç, trim ve paralel batma deneylerine ait sonuçlar incelenmiştir. Deney esnasında direnç karakteristiklerinin yanında trim ve paralel batma değerleri bulunmuştur. Trim ve paralel batma için birden fazla yöntem incelenmiş ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile bulunan sonuçlara en yakın olan lazermetre ile ölçüm yöntemi benimsenmiştir. Beşinci bölümde ise yüksek hızlı teknede interseptörlü model deneyleri icra edilmiştir. Etkilerini karşılaştırabilmek için interseptörün kıç bölgedeki konumu ile uygulama bıçak derinliği düzenlenerek çok sayıda parametre dikkate alınmıştır. İnterseptör levhası tekne ayna kıçında deneyler boyunca üç farklı konumda yerleştirilmiştir. Bunlar çeneye yakın bölge, omurgaya yakın bölge ve çene ile omurga arası orta bölgelerdir. Deneylerde bu durumun haricinde ayrıca omurgadan çeneye kadar tam bölge uygulaması da yapılmıştır. Bu bölümde ayrıca, interseptör uygulama bölgeleri görsel olarak da verilmiştir. Altıncı bölümde yüksek hızlı tekne stepli model deneyleri anlatılmıştır. Model, farklı hızlarda ve farklı step lokasyonları da göz önünde bulundurularak çekilmiştir. İnterseptör etkisi ve interseptörlü-stepli durumların etkisinin haricinde teknede enine step uygulamasında optimum step lokasyonunu bulmaya yönelik çalışmalar da icra edilmiştir. Çalışmalarda, boyuna olarak dört farklı step lokasyonu belirlenmiş ve stepin ayna kıçtan uzakığı olan "s" in LCB'ye oranı ile parametrik çalışma icra edilmiştir. Bu bölümde ayrıca, boyuna step yerlerinin model direncine etkisi incelenmiş ve optimum step lokasyonu sonuçlar kısmında yorumlanmıştır. Yedinci bölümde, yüksek hızlı tekne interseptörlü ve stepli model deneyleri icra edilmiştir. Model, farklı hızlarda ve farklı step lokasyonu da göz önünde bulundurularak interseptör uygulamasıyla çekilmiştir. Daha sonra da optimum stepli halde interseptör uygulaması yapılıp yorumlanmıştır. Stepli model deneylerinde interseptörlü modele nazaran trimde azalma olsa da, aynı modelde 1 ve 2 mm bıçak derinlikli interseptörlü ve stepli yapılan deneyde, trim açısında aşırı azalma olmuş ve direnç değerlerinde artış gözlemlenmiştir. 1 mm bıçak derinliğinden daha küçük bir bıçak derinliği deney imkanları göz önünde bulundurulduğunda fiziksel olarak denenemediği için interseptörlü ve stepli durum için deneyler ilerletilememiştir. Bu sebeple, stepli modelde ayrıca interseptör uygulamasının verimli olmadığı yorumu düşünülmüştür. Sekizinci bölümde tez çalışması boyunca elde edilen sonuçlar grafikler halinde verilip yorumlanmıştır. Bu bölümde önerilen çoklu regrasyon modelinin, model deneylerine kıyasla CTM'yi, kabul edilebilir ortalama bir hata ile oldukça iyi tahmin edebildiği belirtilmiştir. Bununla birlikte yapılan deneysel çalışmalara göre gözlemlenen durum ise, tam durum interseptör konumlandırmasında düşük hızlarda interseptörün kapalı olması gerektiği, orta hızlarda interseptörün etkisini gösterdiği ve derinliğe de bağımlı olduğu, bununla birlikte hız arttıkça yüksek bıçak derinliklerinin azaltılması gerektiği olmuştur. Göreceli olarak yüksek süratlerdeki seyirde olan yüksek bıçak derinlikleri tekne triminde aşırı azalma ile birlikte başın suya daha çok girmesini ve aşırı serpintiyi de ekleyerek yüksek direnç oluşumunu tetiklemektedir. Çalışmada aynı zamanda, gemi direncini en aza indirmek için en etkili linterseptör lokasyonunun orta ve çene lokasyonlarına kıyasla, aynı hız ve bıçak derinlikleri için omurga lokasyonu olduğu öngörülmüştür. Çalışma ile, interseptör uygulamalarında tam boyutlu durumun haricinde, en etkili bölgenin omurga ve daha sonra da sırayısla orta bölge ve çene bölgesi olduğu anlaşılmıştır. Beklendiği gibi, interseptör bıçak derinliğinin arttırılması, kıçta oluşturulan dinamik kaldırmayı arttırmakta ve bu da trimi azaltmaktadır. Buna ek olarak aşırı bıçak derinlikleri, negatif trim (başın suya girmesi) ile sonuçlanmaktadır. Omurga bölgesinde bulunan interseptör ve tam durum interseptörde, bıçak derinliklerinin fazla olması, teknenin interseptörsüz haline göre olan trim değerlerinde çok fazla azalmaya sebebiyet vermekte ve baş suya girmektedir. 0.62 Fr hızından itibaren tüm durumlarda model paralel çıkmaktadır. En yüksek paralel çıkma çıplak teknede olmakta, ondan sonra ise interseptörün etkinliğinin en az olduğu durum olan çene konumlu durumda olmaktadır. Bu tez çalışmasında, teknede enine step uygulamasında optimum step lokasyonunu bulmaya yönelik çalışma da icra edilmiştir. Çalışmada boyuna olarak 4 farklı step lokasyonu belirlenmiş ve stepin ayna kıçtan uzakığı olan "s" in LCB'ye oranı ile parametrik çalışma icra edilmiştir. Yüksek süratli benzer bir teknenin Fr 0.74-1.1 hız aralığında olması gereken tekli stepin s/LCB değerinin 0.75-0.82 aralığında (ortalama 0.785) olmasının en uygun durum olduğu anlaşılmaktadır. Dokuzuncu bölümde, ilgili tüm sonuçlar genel olarak özetlenmiş ve değerlendirilmiştir. En verimli interseptör sistemi dizaynı düşünüldüğünde, interseptörler uygulamalarının omurgadan çene bölgesine göre farklı performanslar sergilemesinden dolayı, eğer uygulanabilir durumda ise, sistem akıllı kontrol sistemleri ile donatılarak, dinamik olarak birbirinden bağımsız hareket edebilen en az 3 parçadan oluşmalıdır sonucuna varılmıştır.
-
ÖgeGemilerde kullanılan seçici katalitik indirgeme sistemlerinde tortu oluşumunun ve azot oksit indirgeme performanslarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-19) Canyurt, Talat Gökçer ; Ergin, Selma ; 508162007 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları MühendisliğiGemiler, dünya çapında mal ticareti ve deniz ulaşımı için kritik role sahip olmaları ile beraber çevreye ve insan sağlığına zarar veren gazlar (emisyonlar) yaymaktadır. Emisyonların kontrolü için çeşitli Emisyon Kontrol Sistemlerine (EKS) başvurulmaktadır. Dizel motorlu gemilerin yaydığı emisyonlar arasında azot oksit (NOX) emisyonları çevreye ve insan sağlığına tehdit oluşturabilirler. Bu nedenle, gemi endüstrisinde NOX emisyonlarının kontrolü için teknolojik çözümler geliştirilmektedir. Gemilerin NOX emisyonlarının kontrolünde en umut vadeden EKS teknolojileri arasında Seçici Katalitik İndirgeme (SCR) sistemleri gösterilebilir. Günümüz dizel teknolojisi ile Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO)'nün Emisyon Kontrol Alanları (ECA) bölgelerinde geçerli Aşama III emisyon limitleri sağlanamamaktadır. Bu yüzden gemiler için SCR sistemleri üzerine yapılacak araştırmalar önem arz etmektedir. Gemilerin yaydığı NOX emisyonlarının kontrol altına alınabilmesi için yüksek performanslı SCR sistemi tasarımının ortaya konulması önemlidir. Karmaşık kimyasal reaksiyonların gerçekleştiği SCR sistemlerinde istenmeyen kimyasal reaksiyonlar sonucu EKS metal yüzeylerinde tortu oluşumu meydana gelebilir. SCR sistemlerinde gelişen tortu oluşumu, bu sistemlerde ve motorda çeşitli arızalara neden olabilir. SCR sistemlerinde tortu oluşumunu araştırmak için özgün bir deneysel çalışma ortaya konulmuştur. Deneysel çalışmada düşük gaz sıcaklığı çalışma koşullarında tortu oluşumu detaylı olarak incelenmiştir. "Basit Plaka" adını verilen bu deneysel çalışmada gaz geçen bir kurulumda bulunan plaka üzerine enjektör vasıtasıyla Üre-Su Çözeltisi (ÜSÇ) püskürtülerek kontrollü bir şekilde tortu oluşturulmıştur. Tortu oluşumu nedeniyle ÜSÇ püskürtülen metal plakadaki sıcaklık değişimleri ayrıntılı olarak incelenmiştir.