FBE- Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, yüksek lisans ve doktora düzeyinde eğitim vermektedir.
Gözat
Konu "Atımlı Jetler" ile FBE- Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeBiyolojik Sistemlerden Esinlenilmiş, Atımlı Jet İtme Sistemine Sahip Bir Su Altı Aracının Kavramsal Dizaynı Ve İtme Veriminin Sayısal Değerlendirmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014-06-20) Özalp, Mustafa Kemal ; Kükner, Abdi ; 10040459 ; Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği ; Shipbuilding and Ocean EngineeringBu çalışmada kalamarın ve deniz anası gibi atımlı jetlerle hareket eden deniz canlılarının itme sistemlerinden esinlenerek, kavramsal bir araç tasarlanmıştır. Atımlı jetleri oluşturmak için piston-silindir mekanizması kullanılmıştır. Birinci bölümde kalamarın yüzmesi ve girdap halkaları üzerine olan geçmiş çalışmalar incelenmiş; atımlı jet sistemiyle hareket eden sualtı araçları incelenmiştir. İkinci bölüme, direnç hesaplamaları sırasında kullanılan akış denklemleri ve türbülans modeli açıklanarak başlanmıştır. Aracın tasarımı için başlangıç formu olarak, direnç deneyi verileri bilinen DREA parametrik denizaltı modeli seçilmiştir. DREA modelinden yeni modeller türetmeden önce sayısal olarak aracın direnci tekrar hesaplanmış ve teyit edilmiştir. Bu çalışmadaki tüm sayısal hesaplamalarda araç iki boyutlu eksenel simetrik olarak incelenmiştir. Ardından, ana modelden yola çıkarak, kıç kısmında belirli oranlarda açıklık bulunan yeni formlar türetilmiştir. Amaç, aracın kıç kısmında atımlı jetlerin tahliye edilebileceği bir çıkış açmaktır. Ana modelin kıç eğrisinin karakteristiği en az değiştirilerek belirli piston-çıkış çap oranlarına sahip 5 adet model türetilmiştir. Bu modeller arasından, direnç değeri ve yerleştirilecek itme sisteminin performans değişkenleri göz önüne alınarak, De=0.4Dp modeli seçilmiştir. Üçüncü bölümde, atımlı jet sisteminin performans parametreleri açıklanmış ve bunların hangi aralıklarda olacağı belirlenmiştir. Ardından, atımlı jetler tarafından oluşturulacak itmenin nasıl hesaplanacağı açıklanmıştır. Atımlı jetlerin oluşturduğu itme sayısal olarak hesaplanmıştır. Direnç hesaplamalarında olduğu gibi burada da ANSYS ICEM CFD ve ANSYS Fluent yazılımları kullanılmıştır. Analizlere geçmeden önce, piston hareketinin nasıl modellendiği açıklanmış ve oluşturulan ağ örgüsünün özelliklerinden bahsedilmiştir. Dördüncü bölümde “senaryo -1” adında bir senaryo oluşturulmuş ve bu senaryo için belirlenen performans parametreleri için hesaplamalar yapılmıştır. Bu senaryoda piston 0.5 m/s’lik hız ile, 0.15 s’lik püskürtmeler yaparak ve püskürtmeler arasında 0.1 s dinlenerek toplamda 1 s boyunca çalışmaktadır. Bu durumda, sistemin araca verdiği ortalama itme kuvveti hesaplanmıştır. Daha önceden oluşturulmuş olan hız-direnç kuvveti tablolarından yararlanarak, aracın bu itme kuvveti ile hangi hızda sürekli olarak sevk edebileceği saptanmıştır. Saptanan araç hızı, kontrol hacminin “giriş” sınırında akış hızı olarak tanımlanmış ve böylece, gerçek bir hareket sırasında aracın üzerine gelecek ters yönde akışın etkisi modellenmiştir. Ters yönde akışın etkisiyle yeni itme değeri ve o ortalama itme kuvvetine karşılık gelen hız güncellenerek analizler tekrarlanmıştır. Ta ki, ardışık analizlerden elde edilen ortalama itme kuvvetleri arasındaki fark, belli bir hata yüzdesnin altına inene kadar. Ardından, yine iteratif olarak, aracı aynı sürekli hızda sevk edecek bir sürekli jet için piston hızı belirlenmiştir. Her iki jet modunda da piston hızı ve ortalama itme değerleri belirlendikten sonra, atımlı ve sürekli jet modu için itme verimleri hesaplanmıştır. Bu koşullar altında sürekli jet itme verimi atımlı jet itme veriminden % 6.6 daha yüksektir. Ancak senaryo -1 sonunda sistemin girdap halkası üretmediği görülmüştür. Bunun sebebi araç hızı değerinin jet hızından daha yüksek olmasıdır. Girdap halkası üretiminin olması ve halkalardan azami miktarda yararlanabilmek için, araç hızı-jet hızı oranı 0.5’ten küçük olacak şekilde, araç hızı ve çalışma oranı (〖St〗_L ) arasında bir matematiksel ilişki kurulmuştur. Bu matematiksel bağıntı sonucu 〖St〗_L≤0.08 olması gerektiği hesaplanmıştır. Senaryo -1’den edilen bilgilerle “senaryo -2” adında yeni bir senaryo oluşturulmuştur. Bu senaryoda piston 0.5 m/s’lik hız ile, 0.08 s’lik tek bir püskürtme yapmıştır. 〖St〗_L=0.08 değeriyle oluşturulan bu senaryo için araç hızı-jet hızı oranı 0.373 olarak hesaplanmıştır ve belirli bir hassasiyetle, olması gereken araç hızı-jet hızı oranı hesaplanabilmiştir. Senaryo -2 sonunda sürekli jet itme veriminin atımlı jet itme veriminden %22.7 daha verimli olduğu görülmüştür. Beşinci bölümde, beklenenin aksine, atımlı jet itme veriminin sürekli jet veriminden daha düşük olmasının sebepleri araştırılmış ve açıklanmıştır. Atımlı jet modunda verimi düşüren en büyük etken, piston dinlenme süresinde iken nozul eksenin iki yönlü akışın olmasıdır. Yatay doğrultuda salınımlar yapan silindir içindeki akışkan kütlesi, piston üzerine önce vakum etkisi oluşturarak direnci artırır. Ardından nozulun iç kısmında ters yönlü girdap halkası oluşur ve silindir içerisine dış ortamdan akışkan dolmaya başlar. Bu sebeple araç çevresindeki akış da bozulur. Altıncı bölümde, atımlı jet itme verimini düşüren etkiler yorumlanmış ve bu etkilerin tasarımsal sebeplerden olduğuna karar verilmiştir. Aracı atımlı modda daha verimli hale getirebilmek için piston dinlenme safhasında iken, nozul eksenin iki yönlü akışı kesecek bir mekanizma olması önerilmiştir. Buna ek olarak, istenen araç hızı- jet hızı oranında seyrederken yüksek 〖St〗_L değerinde çalışabilmesi için, fazlaca büyük olan silindir hacmi ve piston çapının küçültülmesi önerilmiştir. Özetlenecek olursa, yapılan kavramsal tasarım bu haliyle atımlı jet modunda istenen verimi elde edememiştir. Bunun için atımlı jet sistemi tasarımı üzerinde çeşitli düzenlemeler yapılması gerekmektedir. Piston-silindir mekanizması yerine daha verimli ve daha kompakt bir itme sistemi kullanılması da araştırılmalıdır.