LEE- Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gözat
Çıkarma tarihi ile LEE- Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeKuzey Marmara Denizi'nde tsunami simülasyonları için gereken batımetrik datanın oluşturulması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2001) Özmen, Binnur ; Beji, Serdar ; 104082 ; Gemi ve Deniz Teknolojisi MühendisliğiGüncelliği nedeniyle depremle ilgili çalışmaların önem kazanması, olası bir tsunami tehlikesini incelemek açısından Marmara Denizi'nde, özellikle Adalar bölgesinde, tsunami simülasyonlarını gündeme getirmiştir. Bu amaçla, Marmara Denizi'nin Çınarcık Çukuru' nu ve Adalar' ı içine alan kuzeydoğu bölgesinin batimetrisi eğrisel yüzeylerle ifade edilerek istenen noktalarda derinliklerin elde edilmesi sağlanmıştır. Tsunamiler konusunda yapılan çalışmalar, özellikle sığ su bölgelerinde, tsunamilerin kıyılara yaptığı etkilerde dip formunun belirleyici olduğunu göstermektedir. Bir kıyıda ayrı ölçüm noktalarında tsunaminin farklılıklar gösterdiği, fakat aynı ölçüm noktasında farklı tsunamilerin aynı özellikler gösterdiği saptanmıştır. Bu durum da, hassas batimetrik değerler kullanmanın dalga simülasyonlarındaki önemini açıkça ortaya koymaktadır. Marmara Denizi'nin kuzeydoğu kesimleri ve Adalar civarının batimetrisi, matematiksel olarak eğrisel yüzeylerle ifade edilmiştir. Batimetrik haritalardan okunan nispeten sınırlı sayıdaki derinlik değerleri kullanılarak, küçük alt bölgeler için en küçük kareler yöntemi yardımıyla eğrisel yüzeyler oluşturulmuştur. Matematiksel olarak tanımlanan alt bölge yüzeylerinde su derinlikleri istenilen sıklıktaki noktalar için elde edilebilmektedir. Böylece, sınırlı sayıdaki noktalarda okunan derinlik değerlerinin çok daha sık noktalar için elde edilmesi sağlanmıştır. Bu değerler bir dalga modelinde data olarak kullanılmıştır. Beji ve Aldoğan (2001) tarafından geliştirilen dalga modeli kullanılarak Marmara Denizi'nde Çınarcık Çukuru'nda bulunan fay hattının kırılmasıyla oluşabilecek su dalgalarının yayılması konuma ve zamana bağlı olarak simüle edilmiştir. Simülasyonda deprem büyüklüğü M=7.5 kabul edilerek belirlenen fay düzlemi parametreleri kullanılmıştır. Hesaplamalar sonucu elde edilen maksimum dalga yükseklikleri ve bu dalgaların belirli yerlere varma süreleri tespit edilerek sonuçlar hakkında genel değerlendirmeler yapılmıştır.
-
ÖgeBelirli deniz koşullarında seyreden bir geminin rota kontrolü(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Budak, Gökhan ; Beji, Serdar ; 671624 ; Gemi ve Deniz Teknoloji MühendisliğiGünümüz dünyasında otomatik sistemlerin teknolojiyle birlikte hızla geliştirilmesi ve hemen hemen her alanda kullanılıyor olması beraberinde kontrol sistemlerini de ilgi çekici hale getirmiştir. Araştırmacılar kendi alanlarında bu sistemleri geliştirmek ve uygulanabilirliği arttırmak amacıyla çalışmalarını hızlandırmıştır. Özellikle her bir sistem için hedeflenen ana verim parametrelerine bağlı olarak sistemin fayda verecek yönlerini daha efektif hale getirmek hedeflenmektedir. Paket programlar kullanılarak kontrol edilmek istenen sistemin matematiksel modeli oluşturularak sistemin kontrol edilebilirliği incelenmekte ve sistemin ne amaçla kullanılacaksa amacına yönelik olarak geliştirilebilirliği araştırılmaktadır. Bu tez çalışmasında, ilk aşamada gemi manevra hesaplamalarında kullanılan matematiksel modellerden iki tanesi seçilmiştir. Bu manevra modelleri literatürde MMG (Manoeuvring Modelling Group) ve Abkowitz model olarak bilinen matematiksel ifadelerdir. İki model için de Matlab-Simulink'te matematiksel model olu¸sturulmu¸stur.Literatürde standart olarak uygulanan dönme testi ve zigzag testleri yapılmış ve gemiye ait boyutsuz hidrodinamik katsayıların bilindiği iki farklı gemi seçilmiştir. Simülasyonda kullanılacak manevra modeli için bilinmesi gereken hidrodinamik katsayılara bağlı olarak Abkowitz veya MMG modelden biri seçilerek simülasyonlar gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar kıyaslanmıştır. Bu gemilerden ilki balıkçı gemisi diğeri ise KVLCC2 tankeridir. Balıkçı gemisi için bilinen temel büyüklükler ile hidrodinamik katsayılara bağlı olarak Abkowitz model, KVLCC2 tankeri için ise MMG model seçilmiştir. Böylece iki manevra modeli içeren bir simülatör oluşturulmuştur. İkinci aşamada ise bu matematiksel modeller kullanılarak geminin başlangıç durumundaki koordinatlarından hareketle başka bir veya birden fazla koordinata olan hareketinde izleyeceği rotanın kontrolü yapılmıştır. Rota kontrolü yapılırken belirlenen dış kuvvetlerin gemiye etki ettiği düşünülerek senaryolar üretilmiştir. Bu belirlenen senaryolar için geminin hedeflenen nokta veya noktalara ulaşması için kontrol sistemi oluşturulmuştur. Literatürde standart PD (Proportional-Derivative) kontrol olarak bilinen kontrol sistemi ve bu kontrol sistemine ilave olarak eklenen bulanık mantık kontrol sistemi (Fuzzy Logic Controller) uygulanmıştır. Her iki manevra modeli için belirlenen senaryolar altında hem PD kontrol hem de PD-Fuzzy kontrol sistemleri uygulanarak simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Tezdeki uygulamalardan ilki Üsküdar-Beşiktaş arası rota takibi ¸seklinde yapılan uygulamadır. İstanbul Boğazı'nda akıntı durumu göz önünde bulundurulmuş ve bu akıntı durumunda Üsküdar-Beşiktaş arası simülasyon gerçekleştirilmiştir. Üsküdar-Beşiktaş hattında kullanılan gemilerin boyları dikkate alındığında balıkçı gemisinin boyutlarına yakınlığı sebebiyle balıkçı gemisi seçilmiştir. Balıkçı gemisine ait bilinen temel büyüklükler ve hidrodinamik katsayılara istinaden simülatörde yer alan iki farklı manevra modelinden Abkowitz model seçilmiştir. Simülasyonlar gerçekleştirilirken hem PD kontrol hem de PD-Fuzzy kontrol sistemi kullanılmıştır. Simülasyon sonucu elde edilen rotanın tutarlı bir rota olup olmadığı hakkında bilgi edinmek için bu hatta yolcu taşıyan gemilerin rotaları önceden telefona yüklenebilen bir uygulama ile aynı gün içinde Üsküdar-Beşiktaş ve Beşiktaş-Üsküdar arası 3'er defa olmak üzere toplamda 6 sefer yapılarak kayıt edilmiştir. Elde edilen bu rotalar ile iki farklı kontrol grubuyla oluşturulmuş simülasyonlar sonucu elde edilen rotalar kıyaslanmış ve gerçekte var olan İstanbul Boğaz trafiği de göz önüne alınarak kıyaslanmıştır. Tezin içeriğinde bulunan bir diğer uygulama ise hedeflenen ardışık koordinatlarla oluşturulan güzergah seyir simülasyonudur. Bu uygulamada önceden dönme testi ve zigzag testi yapılmış ve gemiye ait hidrodinamik katsayıları bilinen KVLCC2 gemisi göz önüne alınmıştır. Daha önce MMG model ile oluşturulan matematiksel modele tıpkı bir önceki uygulamada kullanılan kontrol sistemleri eklenmiştir. Bu kontrol sistemleri PD kontrolör ve PD-Fuzzy kontrolördür. Ardışık koordinatların takibi simülasyonu için sekiz farklı koordinat belirlenmiş ve geminin bu koordinatları takip ederek belirlenen güzergahı geçme uygulaması yapılmıştır. Bu uygulama için toplamda üç farklı senaryo oluşturulmuştur. Bunlardan birincisi geçiş süresince herhangi bir dış kuvvetin etkisinin olmadığı varsayılmıştır. İkinci senaryoda geçiş süresince aynı hızda fakat yönü birbirini takip eden koordinatlara bağlı olarak değişen bir akıntının etki ettiği düşünülmüştür. Üçüncü senaryoda ise ikinci senaryodaki akıntıya ek olarak sabit hızla belirlenen bir yönden esen rüzgarın etkisi de modellenerek simülasyon gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak her iki rota takibi uygulaması ile gemilerin hedeflenen koordinatlara ulaşıp ulaşmadığı ve farklı kontrol sistemlerinin uygulamadaki farklılıkları değerlendirilmiştir. Bu çalışmanın devamında yapılabilecek çalışmalar önerilerek oluşturulan simülatörün geliştirilme hedefleri belirlenmiştir. Oluşturulan bu simülatör vasıtasıyla geminin seyir bölgesine ve amacına göre, seyir esnasında olabilecek dış kuvvetlerin etkisiyle izlenecek olası rotanın belirlenmesi, seyir güvenliğini bozacak durumların söz konusu olduğu bölgelerin belirlenmesi açısından önemi vurgulanmıştır.
-
ÖgeEffect of tip flow on vortex induced vibration of circular cylinders(Graduate School, 2022-04-07) Duranay, Aytekin ; Kınacı, Ömer Kemal ; 508152105 ; Shipbuilding and Ocean EngineeringAs one of the complicated subject of flow-induced vibration (FIV), the physical background of Vortex-Induced Vibration (VIV) and its mathematical model can not be represented by a single theory. The solutions contain highly non-linear terms increasing the computational burden. Investigations on this area have not yet matured although it takes place in almost all fields of ocean engineering. VIV has destructive effects on deep-sea oil production and offshore industry equipment since the phenomenon is observed around the bluff bodies such as marine cables, moorings, risers and pipes. As the number of offshore structures around the world increased, the oil companies have identified new targets and started moving away from shallow waters to deep-waters. This is considered to increase the interest in VIV in the future. Moreover, recent researches have revealed that it is possible to benefit from this phenomenon. A recently invented device, VIVACE, succeeded to convert the energy in water currents into electric energy by fitting a power generator into conventional VIV models. Some other studies propose piezoelectric materials to derive energy from VIV mechanisms. Recent studies have also revealed that VIV may also be used for developing some gauges such as water measuring device. Taking these new developments into the account, the number of VIV researches are increasing rapidly in parallel with reachable higher computational technologies. Moreover, the reliability of numerical studies are improving thanks to the better approximations of flow and turbulence models. The nature of VIV phenomenon is highly non-linear. Mathematical models simplify the problem in many ways by leading to partly or entirely incompatible results between different studies, even if these studies are using the same non-dimensional parameters. At this point, three-dimensionality of the flow plays an important role in many of these studies. Depending on the mathematical model in numerical studies, or the lab setup in experimental ones; the oscillating body might be exposed to more 3D effects while in some others the flow might even be 2D in the entire wake. 3D effects are mostly dependent on the aspect ratio of the circular cylinder and end conditions (such as usage of end-plates or not). The flow partly escapes through the free-ends of the bluff body and creates a trailing vortex at the tips spoiling the shedding process, contributing to the oscillations of that body. The aspect ratio is inversely proportional to the three-dimensionality of the flow and its dominance on the VIV response. If the aspect ratio is sufficiently large, the escaping flow from the tips can even be neglected. Effect of tip flow on the VIV response are generally observed through the oscillation amplitude, the frequency response, and the phase difference between the oscillation of the cylinder and the vortex shedding. Due to the reasons explained above, the effect of tip flow should be taken into consideration in calculations. A 2D VIV approach typically neglects the finiteness of the aspect ratio and assumes that Karman vortex street covers the entire wake while it can be observed only around the mid-section of a three-dimensional VIV. Studies adopting a 3D model indicate that the vorticity type along a VIV cylinder changes from the mid-section to the tips of the cylinder due to cellular sheddings, cross-flow and tip-flow. Despite a boost in recent studies, numerical approaches to solve the VIV problem are still in progress since current methods are incapable of reflecting the experimental conditions sufficiently, requiring unaffordable computational power due to the complexity of spatial alteration of vortices in the wake. Therefore, researchers generally prefer relatively simpler 2D methods. Although these methods have the advantage of decreasing the computational cost; some characteristics of VIV phenomenon, observable in only 3D studies, such as cross-flows, cellular sheddings and tip flow (and tip vortices) can not be represented with a 2D flow assumption. An adoptable enhancement would be worth to pursue to implement into a 2D model, representing partial three-dimensional flow, so that these effects can be partly compensated to obtain more realistic results. A chapter of this thesis is devoted to this purpose by proposing a scaling factor to represent three-dimensional characteristics of the flow around circular cylinder in a 2D numerical model. The finite volume method is used to calculate force term at each time step acting on the oscillating cylinder. The lift force is scaled by a newly proposed term named as the "three-dimensionality factor". By using this factor in the equation of motion to reflect three-dimensionality, a reduction in oscillation amplitude is examined. This factor alters the lift force, the phase difference, and therefore the oscillation frequency. It also changes the synchronization range especially at the lower branch region. Eventually, the numerical method has been compared with some experimental data. The enhancement in the 2D numerical method is demonstrated and discussed. A suitable scaling factor is proposed for the chosen experimental cases. The experimental part of this thesis focuses on the effect of tip flow by changing systematically the aspect ratios and the distance from the edges of the cylinders to walls of the circulation channel. The experiments are carried out at İstanbul Technical University (İTÜ) Ata Nutku Ship Model Testing Laboratory (ANSMT Lab) located in the Faculty of Naval Architecture and Ocean Engineering. Mass ratios of 1.93, 2.24, and 2.52 are considered and the resulting Reynolds number range is 1.6×104 – 8×104 corresponding to the sub-critical TrSL2 and TrSL3 (transition in shear layer) flow regimes. The nondimensional velocities (U^*) range from 3 to 13. Six different circular cylinders are used with different aspect ratios varying from 11.225 to 17.7875. The cylinder with the longest length extends to the walls of the circulation channel (as much as possible) and the length of each cylinder is shortened systematically while the diameter is kept constant at 0.08m. As the length of the cylinder is reduced, three-dimensionality of the flow increases and the flow escaping from the tips gets higher. This is accompanied by vortex disturbances which causes a loss on the lift force due to the decreasing Karman vortex street in the wake of the cylinder. Eventually, VIV response of the cylinder differentiates into a narrower synchronization range, lower oscillation amplitude and larger differences in phase angles. In the last section of the thesis, effect of aspect ratio and tip flow on VIV is investigated through hydrokinetic energy harnessing from the phenomenon. Three-dimensional effects, reducing the effective length of the cylinder, are discussed in terms of energy generation. Converted power and maximum system efficiencies are calculated from experiments conducted in the recirculation channel of the ANSMT Laboratory. It was found that the end-zones of the cylinder, which do not induce lift due to tip flow, are more dominant in lower aspect ratio cylinders. More power can be captured from TrSL3 flows due to higher shear-flow momentum while higher efficiency in power conversion is achieved in TrSL2.
-
ÖgeNumerical investigation of maneuvering performance of monohull and multihull marine vessels(Graduate School, 2022-04-22) Duman, Süleyman ; Bal, Şakir ; 508162006 ; Naval Architecture and Marine EngineeringThis Ph.D. study is based on the numerical analysis of the manoeuvring performance of two monohull and two multihull ship forms. To achieve this, the CFD-based system simulation method based on Abkowitz's model has been employed and new closed-form solution techniques have been proposed. The first monohull form is a displacement type surface combatant, which is widely used in the literature and has a significant number of comparison data. It is known by the name DTMB5415, which is the model number in the David Taylor Model Basin (DTMB) experimental laboratory where it was produced. Of the two known configurations of this surface combatant, the one with discontinuous bilge keel geometry and named DTMB5415M has been preferred with full appendages. The second monohull is the R/V Athena, which has the form of a planing hull and is also known in the literature as Model5365. For multihull ships, Delft Catamaran 372 (DC372) and surface combat trimaran have been selected. The CFD-based system simulation method first dictates the development of a mathematical model for ship manoeuvres. Depending on the application purpose, the mathematical model can include environmental factors, rudder forces, propeller forces, hull hydrodynamics and other external effects, if there is any. Hull hydrodynamic characteristics are commonly modelled by special parameters representing the ship hull form. These parameters are the core of the manoeuvring mathematical model and they determine how the ship form will react to any effect entering or leaving the system. These parameters are called hydrodynamic derivatives or manoeuvring coefficients in the literature and can be calculated either experimentally or numerically. Abkowitz's manoeuvring mathematical model has been adopted and the hydrodynamic derivatives have been calculated separately for all selected ship forms by analyzing the planar motion mechanism (PMM) tests with the help of CFD in the computer environment.
-
ÖgeSualtı patlamalarının saha ölçümleri ve sayısal modellemelerle incelenerek civardaki deniz araçlarında hasar tahminleri yapılması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-04-22) Tatlısuluoğlu, Alpaslan ; Beji, Serdar ; 508132105 ; Gemi ve Deniz Teknolojisi MühendisliğiBu çalışmanın ilk kısmında denizde kontrollü bir sualtı patlamasının patlama basıncı ölçümleri yapılmıştır. Yirmi beş kg-TNT eşdeğeri bir patlayıcı infilak ettirilmiş ve patlama basınçları, sualtı ortamında rezonanssız yüksek voltaj çıkışında çalışan sekiz farklı yüksek performanslı basınç sensörü ile kaydedilmiştir. Kaydedilen tepe basınç değerleri, literatürde kabul edilen ampirik sualtı patlaması (UNDEX) basınç formülü ile kıyaslanmıştır. Söz konusu formülün sabitleri, ölçülen verilere en iyi şekilde uyması için iki farklı biçimde en küçük kareler yöntemi kullanılarak yeniden belirlenmiştir. Yeni belirlenen sabitlerin literatürde kabul görmüş formülün katsayıları ile karşılaştırıldığında nispeten küçük farklar tespit edilmiştir. Savaş gemilerinin stabilitesi, sistem ve alt sistemlerinin düzgün çalışmasını doğrudan tehdit eden sualtı patlamaları, hasar tahmini açısından ele alınmalıdır. Bu nedenle bu çalışmanın ikinci kısmında, LS-DYNA'nın Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) metodu/sayısal tekniği, gemi benzeri bir yapının yapısal bileşenleri üzerindeki şok etkilerini analiz etmek için kullanılmaktadır. Hesaplanan maksimum kalıcı deformasyonlar, doğrusal bir orantılılık faktörü elde etmek için karşılık gelen Omurga Şok Faktörü (OSF-Keel Shock Factor (KSF)) değerleriyle eşleştirilmektedir. Formülün tatmin edici tahminleri, şok dalgalarına maruz kalan gemi benzeri yapılara verilen hasarın büyüklüğünün bir ölçüsü olarak KSF'nin kullanılmasının oldukça kabul edilebilir olduğunu göstermektedir. Bu kasamda; bir gemi kirişini temsil eden barç benzeri bir yapı üzerindeki 3 boyutlu bir sualtı patlamasının etkileri, ALE yaklaşımı ile LS-DYNA yazılımı kullanılarak sayısal simülasyonlar yoluyla araştırılmıştır. KSF'deki değişimlerin etkilerini araştırmak için üç farklı simülasyon gerçekleştirilmiştir. KSF ≈ 1 için tasarlanan ikinci simülasyon, genel kullanıma açık olmasa da saha ölçümlerinin mevcut olduğu duruma benzer bir durumu temsil etmektedir. Hesaplanan maksimum kalıcı deformasyonların ölçülenlere yakınlığı, sayısal simülasyonların güvenilirliğinin bir göstergesidir. Ayrıca, simülasyon verilerinin kullanılmasıyla, burada ele alınan yapı için maksimum deformasyonlar ve karşılık gelen KSF değerleri arasında doğrusal bir ilişki kurulmuştur. Kalıcı deformasyonlar için iyi bir tahmin değeri veren bu basit ilişki, farklı yapısal özelliklere sahip gemi benzeri formlar için daha gelişmiş ve daha genel formüllerin öncüsü olarak görülebilir. Son olarak, hesaplanan başlangıç hızları (kick of velocity) göz önüne alındığında platformda, KSF ≈ 1 olduğunda ciddi hasarlar, KSF ≥ 1 olduğunda ise ölümcül hasarlar oluşacağı değerlendirilmektedir
-
ÖgeTek serbestlik dereceli dairesel silindirin girdap kaynaklı titreşimleri üzerinde serbest su yüzeyinin etkileri(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-05-23) Demirhan, Alkın Erdal ; Kınacı, Ömer Kemal ; 508171102 ; Gemi ve Deniz Teknolojisi MühendisliğiDünyada son yıllarda artan enerji ihtiyacı ile insanlar yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmiştir. Önceki yüzyıllarda kullanılan geleneksel enerji kaynaklarının sınırlı olması ve çevreye olan zararlı etkileri yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelimi hızlandırmıştır. Yenilenebilir enerji kaynağı olarak akla ilk olarak güneş ve rüzgar gelse de, son dönemlerde suyun gücünden de yararlanma hedefi artmıştır. Deniz ve okyanuslardaki enerji potansiyeli çok daha yüksek olsa da; nehirler, boğazlar veya kanallarda kısacası akan sulardan da hidrokinetik enerji üretmek mümkündür. Akış kaynaklı hareketler hidrokinetik enerji üretimi yöntemleri arasında son yıllarda önem kazanan bir disiplin olmuştur. Bu kıpırdanmayı başlatan en önemli buluşlardan biri akışkan kaynaklı hareketlerden enerji elde etmeye yarayan VIVACE (Girdap Kaynaklı Titreşimlerden Sucul Yeşil Enerji – İng. Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy) olarak adlandırılan bir mekanizmadır. Akış kaynaklı hareketlerin (İng. Flow Induced Motions, kısaca FIM) öne çıkan alt dallarından biri de girdap kaynaklı titreşimlerdir. Girdap kaynakları titreşimler, akış içerisindeki küt bir cismin iz bölgesinde oluşturduğu girdaplardan meydana gelmektedir. Bir akışkan küt bir cisme ulaştığında, cismin etrafında akım ayrılmasına uğramaktadır. Gerçekleşen bu akım ayrılması neticesinde; sürekli, periyodik ve çift yönlü olarak kopan bu girdaplar cisim üzerinde kuvvet oluştur ve cismi hareket ettirir. Söz konusu cismin doğal frekansı, kopan bu girdapların frekanslarına yakın veya eşitse kenetlenme (lock-in) gerçekleşir ve cisim azami düzeyde hareket etmeye başlar. Geçmişte bu durum Tacoma Asma Köprüsü'nde yaşanmış olup, gerçekleşen kontrolsüz hareket neticesinde köprü sulara gömülmüştür. Bu çalışmada, literatürde de yaygın olduğu üzere, tek serbestlik dereceli (sadece akışa dik olarak düşey yönde hareket edebilen) dairesel bir silindir ele alınmıştır. Silindir, serbest su yüzeyine paralel veya dik olarak yerleştirilebilir. Enerji elde etme bazlı çalışmalarda ise silindir yüzeye paralel olarak yerleştirilmektedir. Ancak serbest su yüzeyinin silindir hareketini engelleyici bir etkisi olduğu bilinmektedir. Bu tez çalışmasında serbest su yüzeyinin girdap kaynaklı titreşimler üzerine etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler, İstanbul Teknik Üniversitesi Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi'nde Ata Nutku Gemi Model ve Deney Havuzunda bulunan Akış Kaynaklı Hareketler laboratuvarında gerçekleştirilmiştir. Deneyler diğer tüm parametreler sabit tutulmak üzere 6 farklı derinlik ve 3 farklı kütle oranı için yapılmıştır. Söz konusu deneylerdeki Reynolds sayısı 16,000 ile 71,000 arasında değişmektedir. Akışkanlar için çok önemli bir parametre olan Reynolds Sayısı; atalet kuvvetlerinin, viskoz kuvvetlere oranlanmasıyla elde edilmektedir. Yapılan deneyler sonucunda serbest su yüzeyinin girdap kopma frekansını değiştirdiği bulunmuştur. Silindir serbest su yüzeyine yaklaştıkça, senkronizasyon bölgesi daralmakta ve hareket genlikleri azalmaktadır. Senkronizasyon bölgesi, sistemin hareketlerinin gözlendiği aralığa denmektedir. Gerçekleşen en büyük genlik, serbest yüzeyinden en uzak ve en derin olan silindirde gözlenmiştir. Ayrıca üst bölge (upper branch) ve alt bölge (lower branch) serbet su yüzeyi etkilerinden çok fazla etkilenirken, başlangıç bölgesinin (initial branch) çok fazla etkilenmediği gözlenmiştir. Elde edilen frekanslar incelendiğindeyse, serbest su yüzeyine en yakın olan silindir frekansının en yüksek olduğu görülmüştür. Ancak bu durumda senkronizasyon aralığı daralmaktadır. Tüm deneylerde frekanslar, hıza göre neredeyse doğrusal olarak artmıştır. Yüksek salınım frekansı elde edilen enerjiyi artırır. Ancak diğer yandan silindirin salınım frekansı arttıkça doğal frekanstan uzaklaşılmakta; dolayısıyla hareket genliği düşmektedir. Hareketin genliği ve frekansı üretilen enerji açısından iki önemli parametredir. Cismin serbest su yüzeyine yakın olması frekansı artırmasına karşın genliği düşürdüğünden, elde edilen enerjinin azaldığı fark edilmiştir. Serbest su yüzeyi cismin hareketi için bir bariyer oluşturmaktadır. Bu sınır sebebiyle cisim üzerinden kopan girdap küçülmekte, boyutu küçülen girdap da cisim üzerindeki kuvveti azaltmaktadır. Azalan kuvvet cismin hareket genliğini düşürmektedir. Serbest su yüzeyine yakınlık, frekansı artırsa dahi, toplam üretilen enerji açısından bakıldığında olumsuz olarak değerlendirilmektedir.
-
ÖgePAH tanı oranları uygulaması ile Bolkar dağları Alpin gölleri'nde antropojenik etkilerin belirlenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-07-01) Çelik, İmran Eren ; Dündar Yakan, Sevil Deniz ; 508191103 ; Gemi ve Deniz Teknolojisi MühendisliğiBolkar Dağları karasal iklim ile Akdeniz iklimi arasında geçiş iklimi özellikleri gösteren, Türkiye'deki eşsiz yaban hayatına sahip bölgelerden biridir. Endemik türlerle beraber sayısız türe habitat oluşturmaktadır. Endemik bir kurbağa türü olan Toros Kurbağası (Rana Holtzi) bu bölgede yaşamaktadır. Bolkar Dağları çevresinde çokça şehirleşme barındıran, çeşitli enerji santrallerine uzak olmayan, zaman zaman çeşitli insan aktivitelerinin yapıldığı antropojenik etkilerin çok olmasının beklendiği bir bölgedir. Bolkar Dağları'nda yapılan ekpedisyonlarda Alagöl, Sakallı Gölü, Karagöl, Karagöl 2, Yarıkgöl, Çinigöl'den 24 sediment örneği toplanmıştır. 24 örneğin 12'si göllerin iç kesimlerinden 12'si kıyı kesimlerindendir. Toplam 24 örneğin yarısı 12'paralel örnektir. Analizde ayrıca her paralel grup için birer şahit örnek kullanılmıştır. Analizler İTÜ Ekotoksikoloji laboratuvarında yapılmıştır. Öncelikli kirletici olarak 16 ana PAH US EPA tarafından belirlenmiştir. Ancak asenaftilen sadece UV dedektör bulunan cihazla saptanabildiğinden dolayı floresan dedektöre sahip HPLC cihazında belirlenemediği için bu çalışmada 15 ana PAH analizi yapılabilmiştir. Tez giriş, yöntem, analiz sonuçları, PAH tanı uygulamaları, sonuçlar ve öneri olmak üzere 5 ana başlıktan oluşmaktadır. Giriş bölümünde ekpedisyon yapılan bölgenin önemine, tezin amacına, ana PAH'ların özelliklerine, ana PAH'ların kaynaklarına ve kaynakarın belirlenme yöntemlerine yer verilmiştir. Yöntem bölümünde İTÜ Ekotoksikoloji laboratuvarında yapılan analize yer verilmiştir. Analiz sonuçlarında çıkan değerler değerlendirilmiştir. Çıkan değerlere göre PAH profil dağılımları incelenmiştir. Analizde tespit edilememiş PAH'lar mevcuttu. Antrasen tüm göllerde iç kısımdan da kıyı kısımdan da alınan örneklerde 0 çıkmışken sadece Alagöl-K numunesinde çok yüksek bir değer çıkmıştır. O yüzden analiz değerlendirilirken 0 kabul edilerek değerlendirme yapılmıştır. Analiz sonuçlarında bölgenin PAH aralığı çok yüksek değerlere varmıyordu. Numunelerdeki PAH'lar ayrı ayrı toplanıp profil dağılımı incelendiğinde petrojenik veya pirojenik karakteristikte bir dağılım görülemedi. Moleküler ağırlığı düşük olan 2-3 halkalı PAH'lar ile 5-6 halkalı yüksek moleküler ağırlıklı PAHlar oransal olarak fazlaydı. Her göl için PAH profil dağılımları ayrı ayrı incelendiğinde genel bir benzerlik olmamasının yanında, kıyı kesimden alınan numunelerin PAH profil dağılımları birbirine benziyor; iç kesimden alınan numunelerin PAH profil dağılımları birbirine benziyor; aynı gölden alınan numunelerin PAH profil dağılımları birbirine benziyor, gibi bir ilişkiye rastlanılamadı. Analiz sonuçları bölümünde PAH profil dağılımları da incelenmiştir fakat 4. bölümde, asıl değerlendirmeyi yapabilmek için PAH tanı oranları uygulaması yapılmıştır. Bu çalışmada literatürden alınan bulgusu tespit edilebilecek 15 PAH'ın kullanıldığı, karakteristik olarak kaynağın pirojenik mi petrojenik mi olduğunu belirlemeye yarayan PAH tanı oranları uygulanmıştır. Öncelikle analiz sonuçlarında her PAH tipi ayrıca toplanmış oranlar toplam değerlere uygulanmıştır. Petrojenik ya da pirojenik baskınlık tespit edilememiştir. Ayrıca ∑DMA/∑YMA her ayrı göl örneklemi için uygulandığında, 6 petrojenik, 6 pirojenik kaynak belirlenmiştir. Bu şekilde de bir baskınlık tespit edilemememiştir. Ancak bu uygulamada tutarlılık gözlenmiştir. LA/(FLA+PYR) ve IP/(IP+BghiP) oranı sonuçları değer aralıklarına göre 3 kaynak seçeneğini nitelemektedir ve bu kaynak seçenekleri aynıdır. Ancak iki orana göre de niteledikleri kaynak farklı çıkmıştır. Bu ise değerlerde bir tutarsızlığı işaret etmektedir. Çalışma yapılan alanın potansiyel bir kirliliğe sahip olduğu ve bu kirliliğin pirojenik eksende antropojenik olması düşünülmekteydi. Ancak çalışmanın sonunda varılan sonuçlar beklenildiği gibi bir risk olmadığını işaret etmektedir.
-
ÖgeEffect of mass ration and passive turbulence control strips on vortex-induced vibration and galloping regions of circular cylinders(Graduate School, 2023) Abdelaziz, Mostefa Tarek ; Kınacı, Ömer Kemal ; 843443 ; Department of Shipbuilding and Ocean EngineeringThe need for a clean and sustainable source of energy encouraged many researchers to put efforts to utilize the energy from different renewable resources. One of those resources is the energy generated from ocean and river currents. When flexible bodies such as marine cables or pipes experience motion because of the flow of a fluid this motion is called Flow Induced Motion (FIM). There are different forms of FIM, Vortex-Induced Vibration (VIV) is the most well know form of FIM. When a flexible body such as an elastic cylinder is placed against a steady flow, the fluid passes over the cylinder creating vortices, those vortices result in oscillatory forces which generate vibration. As a result, the elastic body experience motion depending on the flow regime, fluid characteristics, and the structure used. Another form of FIM is called galloping which is similar to VIV as both phenomena are fluid dynamic insatiability. However, larger amplitude responses and more aggressive motion are experienced in the galloping region. In this thesis study, both VIV and galloping regions will be investigated. This study covers two main points. The first point is the effect of the mass ratio on VIV and galloping while using PTC, in this part the effect of three mass ratios is examined. Those three mass ratios are 1.39, 1.75, and 2, the selection of the mass ratios makes the focus of the study on the low-mass damping systems, in those systems a large body motion is observed which makes it very challenging to suppress the vortex-induced motion due to the high amplitude encountered when there are high flow velocities and low mass ratios. As a result, the Passive Turbulence Control (PTC) method will be introduced and explained in detail as a way to suppress the undesirable vibration resulting from the VIV phenomenon. The term "suppressing" is used here to refer to the suppression of the undesirable vibration which may result in a total collapse of the structure over time.
-
ÖgePhysical investigation of 2d free falling wedge(Graduate School, 2023-06-23) Yasa, Ahmet Mertcan ; Kükner, Abdi ; 508132101 ; Shipbuilding and Ocean EngineeringWater entry is an important phenomenon for sea-going vessel in terms of planing and slamming. Pressure distribution on the solid surface, at the moment of impact on water is a critical parameter during the initial design and optimization of a vessel, especially on planing vessels, trawlers or free-fall lifeboats and alike. The aim of this study is to create a simple yet accurate method to aid ship designers on the initial process & optimization of the ship design. Porpoising motion of planing hulls or releasing the free-fall lifeboat from the ship during the emergency situation are perfect two examples of this specific design problem. During this specific water impact event, none of the vessels shall suffer any kind of damage which results in either structural failure on the said vessel or injuries/death of persons onboard. It is fair to say that this specific design factor has its importance to this date. Starting from this point of view, for the easiness of the calculations a wedge shape is taken into account for both planing vessels and trawlers & fishing vessels. This wedge shape can be considered as similar to planing hulls, small craft such as trawlers or free-fall lifeboats. Based on Wagner's famous method for calculating pressure distribution and pile-up of water on plates, this study proposes a new method using Schwarz-Christoffel conformal mapping to calculate pressure distribution along the surface as well as pile-up of water and force history. At the beginning, the definition between mapping plane and real plane is presented. By doing this, pile-up coefficients are calculated. Based on the Wagner's flat plate theory, the pile-up coefficients are plotted from 0 degrees of deadrise to 90 degrees deadrise, where 0 degrees deadrise is a flat plate. The results are further compares against Mei's results [17], which are not only improving the Wagner's fixed pile-up coefficient but also found by similar conformal mapping method. Upon calculating the pile-up coefficient, this coefficient incorporated into existing empirical methods for individual usage. Then, conformal mapping calculations are continued to plot pressure distribution along the wedge. The pressure distribution values are compared against Yettou's Experiment [15], Oien's Experiment [54], Sun's Results [36] and Dong's Experiment [20]. These experiments consist of respectively 25 degrees of deadrise, 30 degrees of deadrise, 10 degrees of deadrise and 45 degrees of deadrise. The results are very well matching. Upon completion of comparison, the force history is calculated. The force history is compared against Sun's results, which are consisting of four different impact speeds. It is found some overestimation on the force history, but in general results are satisfactory. As an additional verification, comparison against real ship sections was also examined. This proposed method can be expressed on monotonic sections. Based on this method of application, alternative sections were proposed against real ship sections and comparison for slamming pressure is conducted. Results were discussed accordingly. Lastly, a comparison against CFD application is done. The results are shown as very well matching. By doing this, presented method in this study was compared against drop test experiments, real ship sections and CFD application all together. It is accuracy proved in all aspects. In conclusion, the aim is considered to be achieved by presenting pressure distribution and force history results by making different comparisons. This study provides an easy method to calculate this critical design factor. It is noted that the method is very accurate for initial impact loads and can be used in initial design stage to understand the loads and pressure along the ship section.
-
ÖgeTitreşim kısıtları altında gemi ana makine dairesi yapısal optimizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-09-20) Doğan, Abdulaziz Mert ; Köroğlu, Serdar Aytekin ; 508201101 ; Gemi ve Deniz Teknolojisi MühendisliğiGelişen dünyada artan gemi taşımacılığı talebi, gemi tasarımı için önemli bir rol oynamaktadır. Talepleri karşılamak için daha büyük gemiler daha hızlı seyir yapacak şekilde tasarlanmaya başlandı. Daha büyük ve daha hızlı gemiler daha fazla güce ihtiyaç duyar ve daha büyük makine ihtiyacı doğar. Gemilerde daha büyük ve daha hızlı sevk sistemlerinin kullanılması birçok sorunu da beraberinde getirmiştir. Bu makinelerin getirdiği sorunlardan birisi de titreşimdir. Gemilerdeki en büyük titreşim kaynakları geminin ana makinesi ve sevk sistemidir, ana makine ve sevk sistemi gemiler için hayati önem taşımaktadır. Gemilerin sevk sistemini kaybetmesi veya zarar görmesi durumunda gemi hareket kabiliyetini kaybeder. Bu yüzden ana makine dairesinde oluşacak olan problemler önem arz etmektedir. Geminin en büyük ve hayati önem taşıyan elemanları ana makine dairesinde bulunduğundan, titreşim problemi bu bölgenin tasarımında önemli bir yere sahiptir. Tasarım aşamasında tasarımcılar sorunu önceden görür ve çözüm üretirler. Tasarım aşmasında öngörülemeyen titreşim problemlerinin daha sonra çözümü hem maliyetli hem de zordur. Bu tez için örnek olarak alınan 500 TEU taşıma kapasiteli konteyner gemisinin ana makine dairesi sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmiş ve dizayn optimizasyonu yapılmıştır. Serbest titreşim analizleri sonucunda rezonans problemi olduğu ortaya çıkan konteyner gemisinin ana makine dairesinde dizayn optimizasyonu yapılmıştır. Serbest titreşim analizleri yapılan geminin analiz sonuçları optimizasyon kısıtı olarak kullanılmıştır. Ayrıca klas kurallarına göre güverte yükleri belirlenip statik analiz sonuçları da optimizasyon kısıtı olarak kullanılmıştır. Modellenen gemi için klas kurallarına göre rezonans problemi aralığı tanımlanmıştır. Analizler için parametrik bir sonlu eleman modeli (Ansys-APDL) oluşturulmuş ve harici bir optimizasyon koduna bağlanmıştır. Kod bağlantılı bir sonlu elemanlar çözücüsü kullanılarak analiz çözümleri elde edilmiştir. Optimizasyonda ağırlık (yapı maliyetinin bir göstergesi olarak) amaç fonksiyonu olarak seçilmiştir. Optimizasyon probleminin çözümü için COBYLA algoritması kullanılmıştır. Algoritma Python programı içinde bulunan NLOPT optimizasyon kütüphanesi içinde yer almaktadır. Algoritma, doğrusal olmayan eşitsizlik kısıtlamaları ile türevi olmayan problemleri çözmek için kullanılır. Sabit bir topoloji ile makine dairesindeki yapısal elemanların kalınlıkları tasarım probleminin dizayn değişkenleri olarak seçilmiştir. Dizayn değişkenleri olarak güverteler, güvertelerin enine ve boyuna elemanlar, ana makine yatağı ve perdeler alınmıştır. Kısıtlar, klas kurallarının yapısal gerekliliklerine ve sınırlamalarına göre her dizayn değişkeni için ayrı olarak belirlenmiştir. Algoritma, bu dizayn değişkenleri üzerinde ağırlık fonksiyonunun minimum yapmak için kullanılmaktadır. Algoritma her iterasyon için bir serbest titreşim analizi ve statik analiz çözmektedir. Analiz sonucu olarak alınan doğal frekans değeri belirlenen frekans değerinden düşük olup olmadığı kontrol edilir, benzer şekilde okunan gerilme değeri belirlenen güvenli gerilme değerinden düşük olmalıdır. Her iki kısıt belirlenen aralıkta değilse bir sonraki iterasyon için döngü tekrar eder. Optimizasyon sonucunda, belirlenen rezonans probleminin çözümü gerçekleşmiştir. Rezonans problemi çözülen yapının toplam ağırlığında azalış görülmüştür.
-
ÖgeManeuvering of high speed displacement vessels in regular waves(Graduate School, 2023-10-16) Sarıgül Öztürk, Deniz ; Kınacı, Ömer Kemal ; 508192103 ; Shipbuilding and Ocean EngineeringThis doctoral thesis presents a comprehensive exploration of maneuvering performance in waves, aiming to gain insight into the interactive behavior of waves and vessels and use this interaction to develop a mathematical model of maneuvering in waves. The research focuses on the adaptation of experimental methods, practical system-based methods, and computational analysis techniques to enhance the integration of solution methods. The central objective of this thesis is to systematically reveal the complicated characteristics of mean wave drift loads. Additionally, the thesis aims to demonstrate the influence of these loads on the assessment of maneuvering performance. The research seeks to bridge the gap between traditional investigation of maneuvering in calm water and growing demand for determining the minimum propulsion power needed to maintain a ship's maneuverability in adverse conditions. The study employs a systematic approach, combining various research techniques. It utilizes a system-based mathematical method along with laboratory experiments and simulation-based analyses to achieve its objectives. The methodology encompasses theoretical modeling, computational simulations, and practical measurements. The research reveals that integrating mean wave drift loads, namely surge wave drift force, sway wave drift force, and yaw wave drift moment, obtained with a practical experimental approach or computational methods, can significantly enhance the capacity of system-based models. The data reduction procedure enables to reach of zeroth-frequency values representing the mean wave drift loads. This thesis contributes a novel approach to research endeavors, experimental initiatives, and software development projects aimed at elucidating the concept of "maintaining maneuverability" in challenging sea conditions. The findings underscore the importance of adapting wave conditions to maneuvering applications developed with new approaches. The insights from this research hold wide-ranging implications for ocean engineering practitioners and researchers. The presented framework offers a holistic perspective that can guide maneuvering performance and navigational safety. The findings of this thesis will be also presented in the activity named "Assessment of Experiments and Prediction Methods for Naval Ships Maneuvering in Waves", the activity period of which is 2021-2023 and still continues. The activity is carried out within the scope of Applied Vehicle Technology (AVT) and is referred to by the code AVT-348. In conclusion, this doctoral thesis presents a practical experimental and numerical approach to achieve surge, sway, and yaw wave drift loads in regular waves which are then used to demonstrate the effect of wave-related loads on the maneuvering performance of surface vessels. The measured wave drift forces and moments are incorporated into the equations of motion for maneuvering to predict the effect of waves on the maneuvering performance of a vessel. A simplified mathematical model to show the behavior of the vessel in waves is represented by four nonlinear equations of motion for surge, sway, yaw, and roll. The turning circle, which is one of the standard maneuvering tests is simulated for ONR Tumblehome (ONRT) at different wave conditions in order to demonstrate the effect of wave drift forces on the trajectories and time histories of maneuvering parameters.