KARADENĠZ TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ

SÜRMENE DENĠZ BĠLĠMLERĠ FAKÜLTESĠ

GEMĠ ĠNġAATI VE GEMĠ MAKĠNELERĠ MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ

GEMĠ ETRAFINDAKĠ AKIġIN HESAPLAMALI AKIġKANLAR DĠNAMĠĞĠ

YÖNTEMĠYLE ĠNCELENMESĠ

Önder YILMAZ

DanıĢman: Doç. Dr. Ercan KÖSE

Bölüm BaĢkanı: Doç. Dr. Ercan KÖSE

Trabzon 2009

II

ÖNSÖZ

Maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen değerli aileme teĢekkür ederim. Değerli

hocamız Dç. Dr. Ercan KÖSE ve ArĢ. Gör. Hasan ÖLMEZ’ e teĢekkür ederim.

Önder YILMAZ

TRABZON 2009

III

ĠÇĠNDEKĠLER

Sayfa No

ÖNSÖZ .................................................................................................................................. II

ĠÇĠNDEKĠLER .................................................................................................................... III

ÖZET .................................................................................................................................... V

ġEKĠLLER DĠZĠNĠ ............................................................................................................ VI

SEMBOLLER DĠZĠNĠ ....................................................................................................... VII

KISALTMALAR DĠZĠNĠ ................................................................................................ VIII

1. GĠRĠġ ......................................................................................................................... 1

1.1. Had ÇalıĢmaları ....................................................................................................... 1

1.2. Gemi ĠnĢaatındaki HAD Uygulamaları ................................................................... 2

1.3. Amaç ......................................................................................................................... 4

2. MATAMATĠKSEL ALTYAPI ................................................................................ 4

2.1. AkıĢkanlar Mekaniğinin Temel Diferansiyel Denklemleri ...................................... 4

2.1.1 Kütlenin Korunumunun Diferansiyel Denklemi ...................................................... 5

2.1.2 Momentumun Korunumunun Diferansiyel Denklemi .............................................. 5

2.1.3 Newton Tipi AkıĢkan ( Navier-Stokes Denklemleri ) .............................................. 6

2.1.4 AkıĢkanlar Mekaniğinin Temel Denklemlerinin Kapalı Formu ............................... 7

2.2 Kullanılan Hesaplamalı Analiz Yöntemi. .................................................................. 7

3. GEMĠ ETRAFINDAKĠ AKIġ ................................................................................. 8

3.1. Gemi Direnç BileĢenleri ........................................................................................... 8

3.2. Hesaplamalı AkıĢkanlar Dinamiği (HAD) Yardımı ile Analiz .............................. 10

3.3. ANSYS CFX V10. Programı .................................................................................. 10

3.4. Ağ Yapıları ............................................................................................................. 11

4 VĠSKOZ DĠRENCĠN BULUNUġU ....................................................................... 13

4.1 Geometrinin OluĢturulması .................................................................................... 13

4.2 Ağ Yapısının OluĢturulması ................................................................................... 15

4.3 Sınır ġartlarının Girilmesi ....................................................................................... 16

4.4 Analizin Yapılması ................................................................................................. 17

4.5 Sonuçların Değerlendirilmesi ................................................................................. 17

5. DALGA DĠRENCĠNĠN BULUNMASI ................................................................. 21

5.1 Geometrinin OluĢturulması .................................................................................... 21

IV

5.2 Ağ Yapısının OluĢturulması ................................................................................... 21

5.3 Sınır ġartlarının Girilmesi ....................................................................................... 23

5.4 Analizin Yapılması ................................................................................................. 23

5.5 Sonuçların Değerlendirilmesi ................................................................................. 23

6. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ VE ÖNERĠLER ................................. 32

7. KAYNAKLAR ....................................................................................................... 33

V

ÖZET

Gemi inĢaa sanayisindeki hızlı geliĢmeler ve bilgisayar teknolojisin hızla ilerlemesi

sonucunda Hesaplamalı AkıĢkanlar Dinamiği yöntemi gemi inĢaa süreci için vazgeçilmez

bir noktaya gelmiĢtir . Maliyetleri düĢürüp daha verimli gemiler üretebilmek için gemilerin

mühendislik hesaplarındaki hassasiyet artmıĢtır. Bununla birlikte yüksek maliyetli model

havuzu deneylerinin yerini ön aĢama olarak HAD yazılımları almıĢtır. Kısa sürede düĢük

maliyetlerde ve deneylerle çok zor belirlenebilecek veya belirlenemeyecek değerler bu

programlarla uzaman kiĢiler sayesinde kolayca bulunabilir. Mühendisliğin geleceği artık

simülasyon programlarıdır.

Bu ödevde gemi etrafındaki akıĢ Ansys CFX V10 ticari yazılımıyla incelenmiĢtir.

Ġki aĢamadan oluĢan ödevde birinci aĢamada gemi gövdesi ve etrafındaki hidrodinamik

basınçlar ve viskoz direnç bulunmuĢtur. Ġkinci aĢamada geminin oluĢturduğu serbest su

yüzeyi ve toplam tekne direnci bulunmuĢtur.

Anahtar Kelimeler: HAD, CFD, Hesaplamalı AkıĢkanlar Dinamiği

VI

ġEKĠLLER DĠZĠNĠ

Sayfa No

ġekil 3.1. Ansys CFX V10 Programı .......................................................................... 11

ġekil 3.2. Fraklı Hücre Yapıları .................................................................................. 12

ġekil 3.3. Melez Ağ Yapısı ......................................................................................... 12

ġekil 3.4. Yapısal Ağ Yapısı ....................................................................................... 12

ġekil 3.5. Yapısal Olmayan Ağ Yapısı ....................................................................... 12

ġekil 4.1. MAXSURF Programında OluĢturulan Gemi Gövdesi ............................... 13

ġekil 4.2. Geminin RHĠNOCEROS Programında TamamlanmıĢ Hali ....................... 14

ġekil 4.3. Kontrol Hacmine GömülmüĢ Halde Gemi Gövdesi ................................... 15

ġekil 4.4. ANSYS CFX-MESH’ de OluĢturulan Yapısal Olmayan Ağ ..................... 16

ġekil 4.5. Gemi Gövdesi Üzerindeki Hidrodinamik Basınç Dağılımı ........................ 17

ġekil 4.6. Gemi Gövdesi ve Kaide Hattının 3.624m Üstündeki Hidrodinamik Basınç

Dağılımı .............................................................................................................................. 18

ġekil 4.7. Kaide Hattının 3.624m Üstündeki Hız Dağılımı ........................................ 19

ġekil 4.8. Gemi Etrafındaki Akım Çizgileri ................................................................ 20

ġekil 5.1. Kontrol Hacmine GömülmüĢ Halde Gemi Gövdesi ................................... 21

ġekil 5.2. Icem CFD de OluĢturulan Yapısal Ağ ........................................................ 22

ġekil 5.3. Su Hattındaki Ağ kesiti ............................................................................... 22

ġekil 5.4. Bloklar ......................................................................................................... 22

ġekil 5.5 Gemi Etrafındaki Serbest Su Yüzeyi (t:450 sn) ........................................... 24

ġekil 5.6. Gemi Etrafındaki Serbest Su Yüzeyi (t:450 sn) ........................................... 25

ġekil 5.7. Gemi Gövdesi Üzerindeki Su Profili (t:450 sn) ........................................... 25

ġekil 5.8. Gemi Gövdesi Üzerindeki Kayma Gerilmesi (t:450 sn) .............................. 26

ġekil 5.9. ġekil 5.9 Gemi Gövdesi Üzerindeki Akım Çizgileri (t:450 sn) ................... 27

ġekil 5.10. Serbest Su Yüzeyindeki Akım Çizgileri (t:450 sn) ..................................... 27

ġekil 5.11. Gemi Merkez Hattından 1m Uzaktaki Suyun Hız Profili (t:450 sn). .......... 28

ġekil 5.12. Serbest Su Yüzeyindeki Türbülans Kinetik Enerjisi (t:450 sn) ................... 29

ġekil 5.13. Gemi Üzerindeki Basınç Dağılımı (t:450 sn) ............................................. 30

ġekil 5.14. Kaide hattından 3.124m Yukarısındaki Basınç Dağılımı (t:450 sn) ............ 31

VII

SEMBOLLER DĠZĠNĠ

Yoğunluk

T Zaman

u, v, w Hız vektör bileĢenleri

Kayma gerilmesi

µ Viskozite

k Türbülans kinetik enerjisi

Türbülans kinetik enerjisi kayıp oranı

RT Toplam direnç

RW Dalga direnci

RF Sürtünme direnci

RVP Viskoz basınç direnci

B GeniĢlik

T Su çekimi, Draft

D Yükseklik

Deplasman hacmi

CB Blok katsayısı

S Mx Kütle kuvvetleri

S My Kütle kuvvetleri

S Mz Kütle kuvvetleri

L oa Tam boyu

L WL Su hattı boyu

VIII

KISALTMALAR LĠSTESĠ

HAD Hesaplamalı AkıĢkanlar Dinamiği

DAD Deneysel AkıĢkanlar Dinamiği

DĠV Divarjans

GRAD Gradyant

IX

1. GĠRĠġ

1.1.HAD ÇalıĢmaları

Hesaplamalı AkıĢkan Dinamiğini (HAD); doğadaki akıĢkan davranıĢlarının

matematiksel fizik temelinde ve sayısal yöntemlerle benzetiminin yapılması iĢine verilen

addır. HAD'ın gemi tasarımının çeĢitli alanlarında kullanılması için oldukça fazla sebep

olmasına rağmen bu alanda henüz yeteri kadar ilerleme sağlandığı pek söylenemez.

Genel olarak HAD yöntemleri yaklaĢık bir hesap yapar dolayısı ile analitik sonuç gibi

tam bir kesinlikte çözümler oluĢturamazlar. Yapılan analizin hassasiyeti ise öncelikle

hesaplama örgüsü içindeki elemanların büyüklüklerine, konumlarına, türlerine (üçgen,

dörtgen temelli) ve eleman formülasyonuna (doğrusal, 2.derece vs) bağlıdır.

HAD yazılımlarının çok yüksek hesaplama zamanı gerektirebilmeleri, problemlerin

modellenmesi, çözümlenmesi ve sonuçların doğru olarak değerlendirilebilmesinin zor

olması ve özellikle ilk kullanılan örneklerin yeterli sonuç hassasiyetine sahip olmaması

gibi sebepler de bu teknolojinin henüz yaygın olarak kabul görememesini açıklayabilir.

Bir HAD uygulaması üç+bir temel aĢamadan meydana gelir:

1. ÖniĢlem; geometrinin oluĢturulması, problemin modellenmesi, hesaplama

örgüsünün oluĢturulması, sınır Ģartlarının belirlenmesi.

2. Çözüm; problemin türüne uygun bir çözüm yöntemiyle yaklaĢık olarak

hesaplanması.

3. Sonuçlar; çözümde elde edilen sonuçların değerlendirilmesi.

4. Deneysel doğrulama; bazı verilerin deney sonuçlarıyla karĢılaĢtırılarak sonuçların

yeterli hassasiyette olduğunun doğrulanmaya çalıĢılması.

HAD' ın zaman içinde geliĢimi kabaca Ģu sırada gerçekleĢmiĢtir;

1920'ler; ilk temeller, sayısal analiz araĢtırmalarının baĢlaması

1950'ler; temel geliĢmeler, önemli sayısal yöntemler geliĢtirildi

1960'lar ve 70'ler; hızlı geliĢmeler, çok sayıda HAD algoritmasının geliĢtirilmesi

1980'ler; gerçek uygulamaların baĢlaması, ilk havadinamiği çözümlerinin gerçek

uygulamalar için denenmesi, araĢtırmacılar kendi konularına yönelik uygulamalar

için kendi yazılımlarını meydana getirdiler

http://tersane.uskudar.biz/makaleler/had.htm#1http://tersane.uskudar.biz/makaleler/had.htm#2

X

1990'lar; ticari yazılımlar, teknoloji belirli bir seviyeye eriĢtiğinden, gerek genel

amaçlı uygulamalar gerekse özel amaçlı uygulamalar için pek çok ticari yazılım

geliĢtirildi ve piyasaya sürüldü

2000'ler; kullanılması kolay ve mevcut bilgisayar destekli tasarım sistemlerine

gömülü otomatik ticari yazılımların ortaya çıkması.

Hesaplamalı akıĢkan dinamiği nerede kullanılır ve ne zaman tercih edilir;

Hesaplama ve tasarım çalıĢmalarında

o Benzetim tabanlı tasarım

HAD deneysel akıĢkan dinamiğine (DAD) göre daha maliyet-

etkindir ve sonucu daha çabuk ulaĢılabilir

HAD ilgilenilen akıĢ bölgesi içinde DAD'a göre daha ayrıntılı

incelenebilir ve değerlendirilebilir veriler sunar, deney esnasında

ölçülemeyen, gözlemlenemeyen pek çok veriye HAD ile ulaĢılabilir

o Deney yapılmasının güç ya da imkânsız olduğu fiziksel olayların

modellenmesi

Tam ölçek benzetimler; örneğin gerçek denizaltı üzerindeki, çeĢitli

kule konumlarının, pervanenin akustik nitelikleri üzerindeki

etkisinin incelenmesi gerekli olsa bu verilere deney yoluyla ulaĢmak

hemen hemen imkansız olurdu...

Çevresel etkiler; örneğin öngörülen bir kasırganın gemi üst yapısı

üzerindeki etkisi incelenmek istendiğinde...

Tehlikeli olaylar; patlamalar, radyasyon, kirlenme gibi

Fizik; yıldız geliĢimi, kara delikler vs

AkıĢkan fiziği hakkında yeni kuramların geliĢtirilme çalıĢmalarında

1.2 Gemi ĠnĢaatında HAD Uygulamaları

Mühendislik hizmeti almıĢ bir sanayi yapısının rekabet gücünün olabilmesi için

emniyetli, ergonomik, ekonomik olması gerekmektedir. Sanayi kuruluĢlarının ihtiyaçlara

cevap verebilmesi ancak bu hususları göz önünde bulundurmasıyla mümkün olur.

Günümüzde ekonomik dizayn yapabilmek için sayısal yöntemleri ve deneysel verileri

kullanmak kaçınılmaz hale gelmiĢtir. Gemi inĢaatı sanayinde de diğer sanayi dallarında

XI

olduğu gibi HAD uygulamalarının birçok örneği görülebilir. Gemi inĢaatı sanayinde

bugüne kadar gerçekleĢtirilmiĢ olan HAD uygulamaları aĢağıda sıralanmıĢtır ;

a) Form optimizasyonu

b) Bas ve kıç formunun optimizasyonu

c) Gemi etrafındaki dalga formunun ve deformasyonlarının tespiti

d) Geminin direnç bileĢenlerinin bulunması

e) Takıntıların uygun yerlerinin bulunması

- Yalpa omurgası

- Bas ve kıç iticiler

- Kıç kanatçıklar

- Skeg omurga

- Dümen ve topuk etrafındaki akıĢ

- iz düzenleyici nozul

- Kort nozul

f) Pervane tasarımı

- Pervane etrafındaki akıĢ

- Pervane, tekne, dümen etkileĢimi

- Nozul pervane iliĢkisi

- Kavitasyon

- iz dağılımı

g) AkıĢ kaynaklı akustik analiz

h) Yelken etrafındaki akısın analizi

i) Yumru bas optimizasyonu

j) Kayıcı tekneler üzerindeki dinamik kuvvetlerin hesabı

k) Boru devrelerinde akıĢlar

l) Baca gazı akıĢları

m) Yatlarda ısısal konforun analizi

XII

1.3. Amaç

Bu ödevde gemi etrafındaki akıĢ ANSYS CFX V10 programıyla incelenmiĢtir. Bu

çalıĢma iki aĢamadan oluĢmaktadır. Birinci aĢmada gemi geometrisinin bir sonucu olan

hidrodinamik basınçlar ve viskoz ve sürtünme direnci bulunmuĢtur. Bernolli denklemi

gereği basıncın azaldığı bölgelerde hız artacaktır. Basınçta gemi geometrisindeki

farklılıklar sonucu oluĢacaktır. Buna bağlı olarak da o bölgelerde hız artacaktır. Bu basınç

ve hız değiĢimleri de geminin direncini etkileyecektir.

Ġkinci aĢamada gemi etrafındaki serbest su yüzeyi incelenmiĢtir. Buradan gemi

bordasındaki su seviyesinin değiĢimi, geminin baĢ dalgasını yüksekliğini ve gemi kıçında

oluĢan basınç düĢüĢüyle su seviyesinin düĢüĢünü ve gemi arkasındaki devam eden su

yüzeyini göreceğiz. Ayrıca farklı kesitlerdeki hız dağılımları basınç değiĢimleri ve tekne

üzerine etki eden toplam kuvveti yani tekne direncini, oluĢan türbülansları ve akım

çizgilerini göreceğiz.

2. MATAMATĠKSEL ALTYAPI

2.1 AkıĢkanlar Mekaniğinin Temel Diferansiyel Denklemleri

Hareketin diferansiyel denklemlerini çözmek çok zordur ve ayrıca bunların genel

matematiksel özellikleri hakkında çok az Ģey bilinmektedir. Bununla beraber, büyük eğitsel

değere sahip olan belirli bazı Ģeyler yapılabilir. Ġlk olarak denklemler çözülmemiĢ olsalar

bile akıĢkanın hareketini düzenleyen temel boyutsuz parametreleri ortaya çıkarırlar. Daimi

akıĢ ve sıkıĢtırılamaz akıĢ kabulleri yapılırsa önemli sayıda yararlı çözümler elde edilebilir.

Üçüncü ve oldukça büyük bir basitleĢtirme sürtünmesiz akıĢ kabulüdür ve Bernoulli

denklemini geçerli kılar ve çok çeĢitli idealleĢtirilmiĢ, ya da ideal akıĢkan, muhtemel

çözümleri sağlar. Bu bölümde akıĢkan hareketini analiz etmek için akıĢkanlar mekaniğinin

temel diferansiyel denklemleri verilecektir.

XIII

2.1.1 Kütlenin Korunumunun Diferansiyel Denklemi

Tüm temel diferansiyel denklemler ya elemansal denetim hacmi ya da elemansal sistem

düĢünülerek türetilebilir. Burada diferansiyel denklemin türetilmesi anlatılmadan doğrudan

verilecektir. Kütlenin korunumunun diferansiyel denklemi aĢağıdaki gibi ifade edilir.

(2.1)

Sonsuz küçük bir denetim hacmi için kütlenin korunumu, yoğunluk ve hızın sürekli

fonksiyonlar olması dıĢında baĢka bir kabul gerektirmediği için sıklıkla süreklilik denklemi

olarak adlandırılır. Yani akıĢ daimi ya da daimi olmayan, sürtünmeli ya da sürtünmesiz,

sıkıĢtırılabilir yada sıkıĢtırılamaz olabilir. Süreklilik denklemini aĢağıdaki Ģekilde daha

açık bir formda yazabiliriz.

(2.2)

2.1.2 Momentumun Korunumunun Diferansiyel Denklemi

AkıĢkanlar mekaniğinde diferansiyel momentum denklemi aĢağıdaki formülle ifade

edilir.

(2.3)

(2.4)

XIV

Momentum denkleminin tüm bileĢenleri tam olarak yazılırsa:

(2.5)

Yukarıdaki momentum denklemleri herhangi bir akıĢkanın genel hareketi için geçerli

olup özel akıĢkanlar, özel viskoz gerilme terimleri ile karakterize edilirler.

2.1.3 Newton Tipi AkıĢkan ( Navier-Stokes Denklemleri )

Newton tipi akıĢkan için, viskoz gerilmeler elemanın sekil değiĢtirme hızları ve

katsayısı ile orantılıdır. Viskoz gerilmeler

(2.6)

biçiminde olup, burada μ viskozite katsayısıdır. Bu ifadelerin denklem 2.5’ e

yerleĢtirilmesi, sabit yoğunluk ve viskoziteli Newton tipi bir akıĢkan için diferansiyel

momentum denklemini verir. Burada, SMx S My S Mz, kütle kuvvetleri olup (yerçekimi,

manyetizma, elektrik potansiyel) gibi dıĢ alanlar nedeniyle oluĢur ve elemanın içindeki

kütlenin tamamına etki ederler.

XV

(2.7)

Bu denklemler, onları türeten C.L.M.H. NAVIER (1785-1836) ve Sir George G.

STOKES(1819-1903)’a atfen, Navier-Stokes denklemleri olarak anılırlar.

2.1.4 AkıĢkanlar Mekaniğinin Temel Denklemlerinin Kapalı Formu

Elde ettiğimiz bütün denklemleri aĢağıdaki gibi kapalı formda yazabiliriz.

Kütlenin korunumunun diferansiyel denklemi

(2.8)

X yönünde momentumun korunumunun diferansiyel denklemi

(2.9)

Y yönünde momentumun korunumunun diferansiyel denklemi

(2.10)

Z yönünde momentumun korunumunun diferansiyel denklemi

(2.11)

2.2 Kullanılan Hesaplamalı Analiz Yöntemi

Sonlu hacimler yöntemi kısmi diferansiyel denklemlerin çözümünde kullanılan sayısal

bir yöntemdir. Çözüm sonucunda korunumlu değiĢkenlerin değerleri kontrol hacmi

üzerinde hesaplanır. Sonlu hacimler yönteminde kısmi diferansiyel denklem kontrol hacmi

üzerinde integre edilir. Bu hacim integrasyonundaki diverjans içeren terimler diverjans

XVI

teoremi ile yüzey integrallerine dönüĢtürülür. Daha sonra bu terimler her bir sonlu hacmin

yüzeyindeki akılar olarak değerlendirilir. Bir hacme giren akı miktarı ona komsu hacimden

çıkan akı miktarına eĢit olacağından yöntem korunumlu bir yöntemdir. Yapısal çözüm

ağlarında olduğu kadar yapısal olmayan çözüm ağlarında da baĢarılı sonuçlar vermesi bu

yöntemin bir avantajıdır.

3. GEMĠ ETRAFINDAKĠ AKIġ

3.1 Gemi Direncinin BileĢenleri

Bir deniz aracının, henüz tasarım aĢamasında, istenen bir makine gücü ile ne kadar sürat

yapabileceğini ya da arzu edilen bir sürat için ne güçte makine gerekeceğini

hesaplayabilmek mümkündür.

Tekne formlarının dirençlerini tahmin etmek için çok çeĢitli yaklaĢımlar geliĢtirilmiĢtir.

Genelde bu amaçla geliĢtirilmiĢ olan her algoritma sadece belli gövde Ģekline sahip

teknelerin analizi için kullanılabilir. Yani bazı algoritmalar kayıcı teknelerin dirençlerini

tahmin etmek için kullanılabilirken bazıları da yelkenli tekneler için uygundur. ġunu

belirtmek gerekir ki direnç tahmini çok hassas sonuçlar veren bir çalıĢma değildir. Gerçeğe

çok yakın sonuçlar elde edebilmek ancak iki yaklaĢımla mümkündür. Bunlar:

Tank testi yaptırmak; bu çok pahalı ve uzun zaman alan bir çalıĢmadır.

Üst düzey bir akıĢkan dinamiği benzetimi kullanmak; daha kısa sürede

sonuca ulaĢılabilir fakat yine de pahalı ve uzmanlık gerektiren bir

çalıĢmadır.

Çoğu tasarım için daha ucuz ve kısa süreli bir çalıĢmayı gerektiren ve tank testlerinden

yararlanılarak geliĢtirilmiĢ güç-direnç çözümleme algoritmaları yeterli hassasiyette sonuç

verebilirler. Deplasman formundaki yük gemileri, balıkçı tekneleri, yatlar ve V kesitli sürat

tekneleri için performans tahminleri gerçeğe yakın olarak yapılabilmektedir.

Bu tip performans analizlerinde asıl temel sorunlar alıĢılmıĢın dıĢında diyebileceğimiz

tekne formlarında yaĢanmaktadır ki bunların baĢlıcaları; katamaran, trimaran ve SWATH

gibi çok gövdeli araçlardır.

Su dinamiğinde sıvı içindeki bir cismin hareketine karĢı oluĢan kuvvete "direnç" denir.

Hava dinamiğinde ise genelde aynı kuvvet için "sürükleme" tabiri kullanılır. Gemi olarak

XVII

nitelendirilebilecek araçların çoğu, daha doğrusu denizaltılar ve ekranoplanlar (yüzey etkili

uçan kanatlı araçlar) hariç tümü, daima hem su hem de hava içinde hareket ettiklerinden su

dinamiği + hava dinamiği problemi sunarlar. Denizaltılar temelde sadece su içinde,

ekranoplanlar ise hava içinde hareket etmek üzere tasarlanmıĢ araçlardır. Bununla birlikte

belirli süreler için diğer gemiler gibi su yüzeyinde de hareket etmeleri gerekir.

Yine de rüzgârla sevk edilenler veya çok yüksek süratli motorlu yarıĢ tekneleri

dıĢındaki pek çok deniz aracı için hava dinamiği konusu herhangi bir öncelik taĢımaz.

Kabaca, suyun havadan 800 kat daha yoğun olduğunu ve direnç kuvvetinin yoğunlukla

doğru orantılı olduğunu düĢünürsek bunu da makul karĢılamak gerekir.

Gemi üzerindeki direnç kuvveti pek çok bileĢenden oluĢur ve detaylı bir değerlendirme

yapabilmek için bu bileĢenlerin ayrı ayrı incelenmesi gereklidir. Direnç konusunun

temelini kavrayabilmek için de bu bileĢenlerin tanınması Ģarttır. Diğer taraftan toplam

direnç kuvvetinin nasıl bileĢenlerine ayrılacağı konusunda farklı yaklaĢımlar mevcuttur.

Genel olarak direnç bileĢenlerini aĢağıdaki gibi tanımlayabiliriz.

Sürtünme direnci; teknenin ıslak yüzeyi üzerinde, hareket yönündeki teğetsel

gerilmelerin toplamıdır.

Artık direnç; tekne gövdesi üzerindeki toplam direnç ile sürtünme direnci arsasındaki

farktır.

Viskoz direnç; viskoz etkilerin tükettiği enerjinin sebep olduğu direnç bileĢenidir.

Basınç direnci; teknenin gövdesi üzerinde, hareket yönündeki normal (yüzeye dik)

gerilmelerin toplamıdır.

Viskoz basınç direnci; viskozite ve türbülanstan dolayı oluĢan normal gerilme

bileĢenlerinin toplamından meydana gelen direnç bileĢenidir. Bunun değeri, tekne

tamamen suya batmıĢ olmadıkça doğrudan ölçülemez. Tamamen batmıĢ durumda ise

"viskoz basınç direnci" "basınç direnci" ne eĢit olur.

Dalga direnci; geminin su yüzeyindeki hareketi sırasında yarattığı yerçekimi

dalgalarını oluĢturmak için harcanan enerjinin sebep olduğu direnç bileĢenidir.

Dalga kırılma direnci; gemi baĢ dalgasının kırılmasıyla iliĢkili direnç bileĢenidir.

Serpinti direnci; baĢ tarafta serpinti oluĢtuğunda bunun için harcanan enerjiyle iliĢkili

direnç bileĢenidir.

Takıntı direnci; Ģaft, Ģaft braketleri, dümen, sintine omurgaları, salmalar gibi gövdenin

su altı kesimine bağlanan ilavelerin sebep olduğu dirençtir. Hiçbir takıntı olmadan sadece

tekne gövdesi üzerine etki eden dirence "çıplak tekne direnci" denir.

XVIII

Pürüzlülük direnci; tekne yüzeyinin, pas boya, yosun vs. gibi akıĢı bozucu etkiler

yoluyla sebep olduğu enerji kaybıdır.

Rota tutma direnci; geminin çeĢitli sebeplerle rotasında gidebilmek için devamlı

dümen düzeltmesi yapmasını gerektiren durumlarda oluĢan dirençtir

Hava direnci; gemi gövdesinin su üstünde kalan bölümünün üst yapı, direkler ve diğer

eklenti ve yapıların üzerinde geminin hareketi sebebiyle oluĢan hava akıĢının sebep olduğu

direnç kuvvetidir.

Ek dirençler; geminin dalgalar arasında yol alırken yaptığı salınımlar nedeniyle oluĢan

dirençler, geminin rota üzerindeki hücum açısının sebep olduğu etkiler, rüzgârın su

üstünde kalan bölüm üzerinde sebep olduğu etkiler vs.dir. Ayrıca kanal ve sığ su

geçiĢlerinde de toplam direnç üzerinde değiĢiklikler meydana gelir.

3.2 Hesaplamalı AkıĢkanlar Dinamiği (HAD) Yardımı ile Analiz

Çoğu mühendislik problemi geometri karmaĢıklığı nedeniyle, analitik olarak

çözülememekte ancak geometrinin sonlu sayıda alt hacimlere bölünmesiyle

çözülebilmektedir. Gemi formu, hidrodinamik akıĢ ve direnç karakteristikleri açısından

hesaplamalı akıĢkanlar dinamiği tekniklerinden sonlu hacimler yöntemi kullanılarak analiz

edilmiĢtir. Sayısal hesaplama iĢleminde karĢılaĢtırma yapılabilmesi ve direnç değerlerinin

ayrı ayrı elde edilebilmesi için aĢağıdaki sıra izlenmiĢtir.

1. Geometrinin modellenmesi ve ağ sınır Ģartlarının tanımlanması

2. Viskoz basınç direnci (form faktörü) ve hidrodinamik basınçların bulunması

3.Gemi etrafındaki serbest su yüzeyinin ve tekne direncinin bulunması

3.3 ANSYS CFX V10. Programı

Ansys CFX V10 programı genel maksatlı hesaplamalı akıĢkanlar dinamiği programıdır.

HAD hesaplarının yanında akıĢkanların yanma reaksiyonu gibi kimyasal çözümleme

altyapısı da vardır.

Program 3 ana kısımdan oluĢmaktadır. Bunlar

Hazırlık kısmı, burada oluĢturulan ağ yapısı programa çağrılır, gerekli sınır Ģartları

girilir, analiz tipi seçilir. Yani hesaplamanın kullanıcıyı en çok ilgilendiren

kısmıdır. Burada hesap yapılmak istenen durum gerçekte olduğu gibi programa

girilir.

XIX

Çözüm kısmında, program hazırlık kısmında oluĢturduğunuz sistemi belirttiğiniz

denklem sistemleriyle çözer. Bu çözüm zamanı sizin ağ yapınızın ve

bilgisayarınızın gücüne bağlı olarak çok farklılık gösteriri. Birkaç saatten bir

haftaya kadar sürebilir.

Sonuçlar kısmında, çözümde bulunan değerler yüksek görüntü kalitesinde üç

boyutlu yüzeyler hacimler ergiler olarak kullanıcı tarafından incelenip

değerlendirilir.

ġekil 3.1 Ansys CFX V10 Programı

3.4 Ağ Yapıları

Ağ yapıları (Mesh’ler) üç gruba ayrılır. Bunlar yapısal ağ yapıları, yapısal olmayan ağ

yapıları ve melez ağ yapılarıdır. Yapısal ağ yapılarının oluĢturulması çok zordur. Bu ağı

oluĢturmak yaklaĢık bir hafta sürer. Bu ağ yapılarındaki mantık Blok’lara ayırmaktır.

Ağ oluĢturulacak geometri, kullanıcının analiz için gerek hassasiyeti sağlayabilmesi için

geometri bloklara ayrılır. Bu bloklar ağ için istenilen ölçülerde hücrelere ayrılır. Ardından

XX

bu blok yüzeylere yansıtılır. Bu tür ağ yapılarının hücreleri dikdörtgenler prizması

hücrelerdir. Özellikle serbest su yüzeyi analizleri bu tür hücreler daha uygundur.

Yapısal olmayan ağların oluĢturulması daha kolaydır. Bu tür ağları oluĢturmak için beĢ

dakika bile yeterli bir süre olabilir. Bu tür ağ yapılarında ağa kullanıcı tam istediği gibi

hükmedemez ama yine vereceği yüzey ölçüleri, ağ yoğunluğu ve benzeri konutlarla

istediği ağ yapısını oluĢturabilir. Bu ağ yapılarında üçgenler prizması, dikdörtgenler

prizması ve benzeri hücreler kullanılabilir.

Melez ağ yapıları da yapısal olan ağ yapılarıyla , yapısal olmayan ağ yapılarının bir

arada kullanılmasıyla oluĢturulan ağ yapılarıdır.

Bu çalıĢmada birinci kısımda yani viskoz dirençlerin ve hidrodinamik basınçların

bulunduğu kısımda yapısal olmayan ağ yapısı kullanılmıĢtır. Ġkinci kısımda ise serbest su

yüzeyi modelleneceği için yapısal ağ kullanılmıĢtır.

AĢağıda üç farklı tipteki ağ yapıları ve farklı hücre yapılarının resimleri verilmiĢtir.

ġekil 3.2 Fraklı Hücre Yapıları ġekil 3.3 Melez Ağ Yapısı

ġekil 3.4 Yapısal Ağ Yapısı ġekil 3.5 Yapısal Olmayan Ağ Yapısı

XXI

4. VĠSKOZ DĠRENCĠN BULUNUġU

4.1. Geometrinin OluĢturulması

CFD analizi yapılacak olan gemi, gemi proje dersindeki gemimdir. Gemi gövdesi

MAXSURF programında modellenmiĢtir. Burada modellenen gövde RHĠNOCEROS

programına atılarak geminin yüzeceği kontrol hacmi oluĢturulmuĢ.

Geminin Genel Özellikleri ve üç boyutlu resmi aĢağıdadır.

Tam boyu (L oa ):116,14 m

Su hattı boyu (L WL ): 111,864 m

GeniĢlik (B) : 17,56 m

Draft (T) : 7,5 m

Yükseklik (D) : 9 m

Deplasman hacmi () : 10739 m^3

Blok katsayısı ( ) B C : 0.73

ġekil 4.1 MAXSURF Programında OluĢturulan Gemi Gövdesi

XXII

ġekil 4.2 Geminin RHĠNOCEROS Programında TamamlanmıĢ Hali

Ardından RHĠNOCEROS programında gemi kontrol hacminin içine gömülmüĢtür.

Hidrodinamik analiz yapacağımız için. Gemi su hattından kesilmiĢtir. Burada gemi simetri

ekseninden ikiye bölünmüĢtür ve yarısı alınmıĢtır. Bunun sebebi analizin daha az sayıda ağ

elemanıyla oluĢturulup çözümün daha kısa sürede elde edilmesi içindir.

Analizde geminin yerleĢtirildiği kontrol hacmini boyutlar;

Boy:330,46m

GeniĢlik:183m

Derinlik:53,88m dir.

Bu boyutlar önemlidir, bu boyutlar gerekenden az alınırsa analiz sonuçları istenilenin

dıĢında oluĢabilir. Çünkü bu değerler az alınırsa sınırlardan kaynaklanan tepkiler ve

etkileĢimler analiz sonuçlarını etkiler.

XXIII

ġekil 4.3 Kontrol Hacmine GömülmüĢ Halde Gemi Gövdesi

4.2. Ağ Yapısının OluĢturulması

Ağ yapısı ANSYS CFX-MESH programında yapısal olmayan ağ olarak yapılmıĢtır.

Yüzeylere atanan ölçülerle ağın hassasiyeti ayarlanmıĢtır. Ağ üçgenler prizmasından

oluĢan hücrelerden meydana getirilmiĢtir.

Kontrol hacmindeki toplam eleman sayısı ve düğüm sayıları Ģöyledir;

Eleman sayısı:2982351

Düğüm sayısı:538617

OluĢturulan ağ yapısının Ģekli aĢağıdadır.

XXIV

ġekil 4.4 ANSYS CFX-MESH’ de OluĢturulan Yapısal Olmayan Ağ

4.3. Sınır ġartlarının Girilmesi

Bu çalıĢmada toplam olarak 5 adet sınır bölgesi kullanılmıĢtır. Bunlar; giriĢ, çıkıĢ, gemi,

simetri ekseni ve açıklıktır. GiriĢ ve çıkıĢ sınır Ģartları olarak hız seçilmiĢtir. Gemi yüzeyi

için pürüzsüz duvar kullanılmıĢtır. Simetri ekseni için pürüzsüz kayıcı pürüzsüz duvar

seçilmiĢtir. Açıklık için basınç değeri kullanılmıĢtır. Türbülans olarak k-Epsilon türbülans

modeli seçilmiĢtir.

Standart k-Epsilon türbülans modeli iki ayrı tasınım denkleminin çözümüne imkan

vermek suretiyle türbülans hız ve uzunluk ölçeğini saptamaya izin veren en basit ve temel

iki-denklemli türbülans modelidir. Launder ve Spalding (1972) tarafından teklif edildiği

günden itibaren özellikle pratik mühendislik ve endüstriyel uygulamalarda sıklıkla

kullanılmaktadır. Standart k-e türbülans modelinde akıĢ tümüyle türbülanslı kabul edilir ve

moleküler viskozitenin etkisi ihmal edilir. Bu nedenle standart k-e türbülans modeli

yalnızca tam türbülanslı akıĢlar için geçerlidir.

XXV

4.4. Analizin Yapılması

Sınır Ģartları da girildikten sonra çalıĢma CFX programının Solver kısmında

çözdürülmüĢtür. Çözüm sistemin t:450. saniyedeki çözümleri bulacaktır. Bu zamanı

seçmemizin sebebi 450. Saniyede sistemin kararlı duruma ulaĢtığı kabul edilmiĢtir.

Analizin yapıldığı bilgisayarın özellikleri ve süresi

ĠĢlemci: Pentium Core2Duo 2.4 Ghz

Ram: 6GB

Analiz süresi: 8 saat

4.5.Sonuçların Değerlendirilmesi

Analiz sonucunda oluĢan sonuçlar CFX programının Post kısmından detaylı olarak

görülecektir. Analiz sonuçlarına göre gemi gövdesindeki (yarım) Viskoz direnç kuvveti

49189 Newton olarak bulunmuĢtur.

ġekil 4.5 Gemi Gövdesi Üzerindeki Hidrodinamik Basınç Dağılımı

XXVI

ġekli 4.5’ i incelediğimizde gemi gövdesi üzerindeki hidrodinamik basınçları

görüyoruz. ġekilde de görüldüğü üzere baĢ omuzluk ve kıç omuzlukta basıcın düĢtüğü ve

en büyük basınç değerinin balb ucunda olduğu görülmektedir. Bu basınçlar tamamen gemi

formundan kaynaklanmaktadır. Bernolli denkleminde olduğu gibi hızın arttığı noktalarda

basınç düĢüyor. Hızın azaldığı noktalarda da basınç artmıĢtır. Bu çalıĢma sonucu özellikle

kıç omuzlukta bir düzeltme yapılmalıdır. Çünkü aniden değiĢen geometrik form nedeniyle

aĢarı basınç düĢerek emme oluĢmaktadır. Buda geminin direncini artıracaktır.

ġekil 4.6 Gemi Gövdesi ve Kaide Hattının 3.624m Üstündeki Hidrodinamik Basınç

Dağılımı

Burada da gemi gövdesiyle birlikte kaide hattın 3.624m üstündeki kesit üzerindeki

hidrodinamik basınçlar görülmektedir. Kesit ile gemi gövdesi üzerindeki basınç dağılımın

uyum içersinde olduğu net olarak görülmektedir.

XXVII

Balb önünde yığılan su kütlesinin hızı azalarak basıncı artırdığı ve aynı Ģekilde gemi

arkasında da basıncın azaldığı görülmektedir. Özellikle gemi kıçındaki basınç artıĢında

türbülansın da etkisi vardır.

ġekil 4.7 Kaide Hattının 3.624m Üstündeki Hız Dağılımı

ġekli incelediğimizde, hidrodinamik basınçları yorumlarken belirttiğimiz gibi hız

dağılımının da hidrodinamik basınçlarla olan uyumu görülmektedir. BaĢ omuzlukta ve kıç

omuzlukta suyun en yüksek hıza ulaĢtığı görülmektedir. Bununla birlikte balbın önünde ve

gemi kıçında hızın düĢtüğü ve en düĢük hız değerleri balb ucunda oluĢmuĢtur. ġekil

yeterince büyük olsaydı gemi gövdesi üzerindeki hızı sıfır olduğu ve sınır tabakayı da

görebilecektik.

XXVIII

ġekil 4.8 Gemi Etrafındaki Akım Çizgileri

Burada da gemi etrafındaki akıĢı görmekteyiz akım çizgilerinin rengi suyun hızını

temsil etmektedir. Özellikle gemi kıçı pervane etkileĢimlerinde. Gemi izine uygun pervane

tasarımında bu akım çizgileri çok önem taĢımaktadır.

XXIX

5. DALGA DĠRENCĠNĠN BULUNMASI

5.1. Geometrinin OluĢturulması

MAXSURF programında modellediğimiz gemiyi burada da yine kontrol hacmi içine

alacağız fakat burada gemimizi su hattından kesmeyeceğiz.

Kontrol hacminin boyutları bölüm(4.1) ile aynıdır.

ġekil 5.1 Kontrol Hacmine GömülmüĢ Halde Gemi Gövdesi

5.2. Ağ Yapısının OluĢturulması

Ağ yapısı ANSYS firmasının bir baĢka programı olan ICEM CFD V11.0 programında

yapısal ağ (Mesh) olarak oluĢturulmuĢtur. Blok’ların altyapısı Rhinoceros programında

oluĢturulup 100 adet blok üzerinden ağ yapılmıĢtır. Bu iĢlem yaklaĢık 5 gün sürmüĢtür.

Analizin hassasiyetini artırmak ve daha doğru sonuçlar alabilmek için ağ yoğunluğu gemi

etrafında ve su hattında fazla tutulmuĢtur.

Kontrol hacmindeki toplam eleman sayısı ve düğüm sayıları Ģöyledir;

Eleman sayısı:1424496

Düğüm sayısı:1622214

Kontrol hacmindeki düğüm sayısı ne kadar fazla olursa çözüm o kadar hassa ve doğru

olur. Fakat düğüm sayısının artmasıyla çözüm zamanı da artar.

XXX

Bununla birlikte bilgisayarında kapasitesinin artırılması gerekir özellikle ĠĢlemci ve

Ram (bellek). Bu çalıĢmaların yapıldığı bilgisayar yaklaĢık 4 milyon düğüme kadar analiz

yapabilmektedir fakat iĢlemcinin yetersizliği neticesinde çözüm zamanı çok uzun sürdüğü

için burada 938407 düğüm sayısı kullanılmıĢtır.

OluĢturulan ağ yapısının ve blokların resimleri aĢağıdadır.

ġekil 5.2 Icem CFD de OluĢturulan Yapısal Ağ

ġekil 5.3 Su Hattındaki Ağ kesiti ġekil 5.4 Bloklar

XXXI

5.3. Sınır ġartlarının Girilmesi

Bu çalıĢmada toplam olarak 5 adet sınır bölgesi kullanılmıĢtır. Bunlar; giriĢ, çıkıĢ, gemi,

simetri ekseni ve açıklıktır. GiriĢ ve çıkıĢ sınır Ģartları olarak hız seçilmiĢtir. Gemi yüzeyi

için pürüzsüz duvar kullanılmıĢtır. Simetri ekseni için pürüzsüz kayıcı pürüzsüz duvar

seçilmiĢtir. Açıklık için basınç değeri kullanılmıĢtır. Türbülans olarak k-Epsilon türbülans

modeli seçilmiĢtir.

5.4. Analizin Yapılması

Sınır Ģartları da girildikten sonra çalıĢma CFX programının Solver kısmında

çözdürülmüĢtür. Çözüm sistemin t:450. saniyedeki çözümleri bulacaktır. Bu zamanı

seçmemizin sebebi 450. Saniyede sistemin kararlı duruma ulaĢtığı kabul edilmiĢtir.

Analizin yapıldığı bilgisayarın özellikleri ve süresi

ĠĢlemci: Pentium Core2Duo 2.4 Ghz

Ram: 6GB

Analiz süresi: 86 saat

5.5. Sonuçların Değerlendirilmesi

Analiz sonucunda oluĢan sonuçlar CFX programının Post kısmından detaylı olarak

görülecektir. Analiz sonuçlarına göre gemi gövdesindeki (yarım) toplam direnç kuvveti

121321 Newton olarak bulunmuĢtur.

Toplam Tekne direnci 121321*2:242642 Newton bulunur.

Gemimizin Holtrop Mennen yöntemiyle bulunan toplam dirençten takıntı direncini ve

hava direncini çıkardığımızda 235158Newton olarak bulunmuĢtur. Aradaki fark oldukça

düĢüktür. Sonuçların ikisi içinde kesin olarak hangisinin doğru olduğunu model havuz

deneyleri yapılmadan karar verilemez. Bu bize programın yaptığı çözüm sonucu bulunan

242642Newton direnç değerinin anormal bir rakam olmadığını ve gerçeğe yakın bir sonuç

olduğunu göstermektedir. Programın kalibre edilerek alınan sonuçların güvenilirliği

artırılabilir. Model deneyleri yapılmıĢ olan herhangi bir sistematik gemi formu serisiyle

örnek olarak Seri 60 böyle bir geminin modellenip analizi sonucunda elde edilen direnç

değeri gerçek direnç değeriyle karĢılaĢtırılarak programın yüzde kaç hata ile sonucu

bulduğu saptanabilir. Böylece bundan sonra yapılan analizler içinde yüzde kaçlık bir hata

oranın olacağı tespit edilir. Bu Ģekilde programın sonuçlarının güvenilirliği artırılabilir.

XXXII

ġekil 5.5 Gemi Etrafındaki Serbest Su Yüzeyi (t:450 sn)

ġekil 5.5-5.6-5.7 gemi etrafındaki serbest su yüzeyi ve gemi gövdesi üzerindeki su

profilini göstermektedir. Gemi etrafındaki serbest su yüzeyi, geminin oluĢturduğu dalga

sistemidir. Dalga direnci de bu dalgaların oluĢumu için harcanan enerjidir. Gemi hızının

artmasıyla geminin toplam direncinin büyük bir kısmını bu dalga direnci oluĢturur. Onun

için önemli bir konudur. Burada gemi önünde baĢ dalgasının yükseliĢi ve gemi kıç

omuzluğu bölgesindeki basınç düĢüĢüyle oluĢan dalga çukuru net olarak görülmektedir. Bu

durumu iyileĢtirmek için balb ve gemi kıç omuzluğunun optimum geometrik Ģekli için

farklı geometrilerle aynı analizler yapıp, sonuçların karĢılaĢtırılmasıyla optimum geometri

oluĢturulabilir

XXXIII

ġekil 5.6 Gemi Etrafındaki Serbest Su Yüzeyi (t:450 sn)

ġekil 5.7 Gemi Gövdesi Üzerindeki Su Profili (t:450 sn)

.

XXXIV

ġekil 5.8 Gemi Gövdesi Üzerindeki Kayma Gerilmesi (t:450 sn)

ġekilden de görüldüğü gibi gemi üzerindeki kayma gerilmesi geometrik formla değiĢen

su hızının bir fonksiyonu olarak hızın arttığı baĢ omuzluk ve kıç omuzlukta maksimum

değere ulaĢtığı görülmektedir.

XXXV

ġekil 5.9 Gemi Gövdesi Üzerindeki Akım Çizgileri (t:450 sn)

ġekil 5.10 Serbest Su Yüzeyindeki Akım Çizgileri (t:450 sn)

XXXVI

ġekil 5.11 Gemi Merkez Hattından 1m Uzaktaki Suyun Hız Profili (t:450 sn)

Merkez hattında 1m uzaktaki suyun hız profilini incelediğimizde gemi önünde ve gemi

kıçında hızın düĢtüğü görülmektedir. Maksimum hızında gemi düz dibinde, baĢ omuzluk

ve kıç omuzlukta oluĢtuğu görülmektedir. Burada hızın azalan su kütlesi bu enerjiyi

aslında gemiye direnç olarak aktarmaktadır. Bu önemli bir noktadır. Bu yüzden gemi

etrafındaki hız dağılımdaki düzen ve a değiĢim aslında bize iyi bir gemi formunun

göstergesidir. Diren için gemi formunun önemi burada karĢımıza çıkmıĢtır. Hız

dağılımındaki ani değiĢmeler bize ipuçları vermektedir. Bu bölgelerde düzeltmeler yaparak

direncimizi düĢürebiliriz. Ama her zaman istenilen değiĢiklikler yapılamayabilir. Çünkü

bir durumu iyileĢtirirken bir diğerini bozabilirsiniz. Bütün bu parametreler göz önüne

alınarak optimum dizayn yapılabilir.

XXXVII

ġekil 5.12 Serbest Su Yüzeyindeki Türbülans Kinetik Enerjisi (t:450 sn)

Serbest su yüzeyindeki Türbülans Kinetik enerjisine baktığımızda ; gemi önünde baĢ

dalgasının oluĢtuğu bölgede ve gemi kıçında yoğun türbülans olduğu görülmektedir. Arıca

baĢ dalgasıyla oluĢan türbülansın gemi boyunca da Ģiddetine kaybederek devam ettiğini

görmekteyiz. Gemi önünde oluĢan baĢ dalgasının kırılmasıyla türbülans yoğunluğu

artmaktadır. Buna bağlı olarakta Türbülans Kinetik enerjisi artıyor. Gemi arkasında ayna

kıçtan kaynaklanan ve ani geometri değiĢimleri türbülansın yoğunluğunu artırmaktadır.

Bütün bunların sonucu maksimum türbülans gemi önünde ve arkasında oluĢmaktadır. Bu

oluĢan türbülanslarda düzensiz akımın göstergesidir. Bu bölgelerde akım çizgileri

karmaĢıktır. Bütün bunlar gemi direncini olumsuz olarak etkilemektedir. Türbülans ne

kadar azaltılırsa direnç değerinde o kadar azaltılabilir.

XXXVII

I

ġekil 5.13 Gemi Üzerindeki Basınç Dağılımı (t:450 sn)

Burada gemi gövdesi üzerindeki basın dağılımı görülmektedir. Aslında burada

hidrodinamik basınçlarda vardır. Fakat suyun hidrostatik basıcının oluĢan hidrodinamik

basınçlara göre çok daha fazla olması sebebiyle görünürde sadece hidrostatik basınçlar

görünüyor gibi görülmektedir. Bir sonraki Ģekilde aslında hidrodinamik basınçların da

gemiye etki ettiği görülecektir. Gemi üzerindeki basınçlarda serbest su yüzeyinin önemli

etkisi vardır. Çünkü serbest su yüzeyindeki hareketlerle birlikte deriliklerde değiĢmektedir,

buda belli bölgelerde basınçta değiĢimlere neden olmaktadır. Bu durumu balb da

görebiliriz.

XXXIX

ġekil 5.14 Kaide Hattından 3.124m Yukarısındaki Basınç Dağılımı (t:450 sn)

ġekil incelendiğinde hidrodinamik basınçların etkisi net olarak görülmektedir. Bununla

birlikte serbest su yüzeyinin de basınç üzerindeki etkisi özellikle gemi arkasında devam

eden su için net olarak görülmektedir. Mavi bölgelerdeki basınç düĢüĢü hidrodinamik

basıncın düĢmesi ve serbest su yüzeyinin etkisiyle açıklanabilir.

XL

6. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ VE ÖNERĠLER

Bu çalıĢmada gemi etrafındaki akıĢ Ansys CFX V10 programıyla inlemiĢtir. Gemi

üzerideki hidrodinamik basınçlar, serbest su yüzeyi, hız profilleri gibi sonuçlar

bulunmuĢtur. Bulunan sonuçlar neticesinde özellikle gemi kıçında düzeltme yapılması

gerektiği ortaya çıkmıĢtır. Ayrıca balbın etkinliği için farklı büyüklükteki balblarla

analizler tekrarlanıp sonuçlar karĢılaĢtırılarak en uygun balb boyu, geniĢliği gibi sonuçlar

bulunarak optimum balb bulunmalıdır.

Ülkemizde özellikle HAD konusunda öğrencilerin ve mühendislerin bilgilendirilmesi

gerekmektedir. Bu çalıĢmayı yaparken en çok zorlandığım noktalar; Türkçe kaynak ve bu

konularda bilgi sahibi insanlara ulaĢabilmektir. Ülkemizin ve mühendisliğimizin geleceği

artık bu programlardadır. Bu yüzden bu konularda ne kadar öğrenci, akademisyen,

mühendis bilgilendirilirse o kadar özgün tasarımlar artacaktır. Buda direk olarak ülkemizin

geleceği için çok önemlidir. Özellik Türkçe kaynak konusunda üniversitelerimize çok

görev düĢmektedir. Bu konularla ilgili yabancı dillerdeki kaynaklar üniversitelerimizdeki

hocalarımız veya ödev verilerek yabancı dil bölümü öğrencilerine tercüme ettirilebilir. Bu

Ģekilde bu konularla ilgilenebilecek öğrenci sayısı artırılabilir.

XLI

7. KAYNAKLAR

1. Özdemir, Y.K, (2007) “Gemi Etrafındaki AkıĢın Hesaplamalı AkıĢkanlar Dinamiği

Kullanılarak Ġncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Y.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul “

2. Özkan, E., (2008) “Hava Jetli Kanalların Isı Transferi Karakteristiklerinin Teorik Olarak

AraĢtırılması” Yüksek Lisans Tezi, S.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, SAKAYA”

3. Örs, H., (1999 ) “AkıĢkanlar Mekaniği”, Boğaziçi Üniversitesi Yayınevi

4. www.figes.com

5. www.ansys.com

6. www.cfdonline.com

7. www.anova.com

8. www.uskudarmuhendislik.com

9. Ansys CFX V10 Tutorial

10. Ansys Icem CFD Tutorial

11. Ansys Workbench Tutorial

http://www.figes.com/http://www.anova.com/http://www.uskudarmuhendislik.com/