Geri Dön

Sualtı akıntı türbin kanatlarına uygun süperkavitasyon yapan hidrofoil kesitlerinin hidrodinamik performanslarının sayısal olarak incelenmesi

Numerical investigation of hydrodynamic performance of supercavitating blade sections suitable for marine current turbines

PDF İndir

  1. Tez No: 439548
  2. Yazar: VOLKAN ÇAKIR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ŞAKİR BAL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Deniz Bilimleri, Denizcilik, Gemi Mühendisliği, Marine Science, Marine, Marine Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 97

Özet

Akışkan içerisinde hareket eden bir cismin hızı arttıkça Bernoulli prensibi gereği yerel basıncı düşer. Eğer bu düşüş, sabit sıcaklıktaki buharlaşma basıncının altına inerse akışkanın sıvı yapısı bozulmaya başlar ve o bölgelerde sıvı, gaz haline geçer buharlaşır. Bu duruma kavitasyon adı verilir. Kavitasyon buharlaşmanın, sıcaklık artırımıyla meydana gelen kavram olan kaynamanın, basıncın düşürülerek yapılması olayıdır. Bu nedenle soğuk kaynama olarak da adlandırılır. Bazı durumlarda yerel hızlar o kadar artar ve kavitasyon boyutları o kadar büyür ki, tüm yüzeyi kaplar ve cisim kavitasyon baloncuğunun içerisinde kalır. Bu durum ise süperkavitasyon olarak adlandırılır. Süperkavitasyonu özel yapan ise, giriş ucundaki belirli bir bölge haricinde cisim ile akışkanın ilişkisinin kesilmiş olmasıdır. Yani sıvı akışkan cisim yüzeyine temas etmez. Kısmi- ve süper-kavitasyon mühendislik uygulamalarında genel olarak istenmeyen bir durumdur. Zira sistemin hidrodinamik performansını düşürebilir, cisim üzerinde zamanla hasara yol açabilir ve gürültüye sebep verebilir. Bu sonuçlarından dolayı kısmi- ve süper-kavitasyon istenmez. Süperkavitasyon, kavitasyon olayının artmasından meydana gelir. Süperkavitasyon durumuna gelmiş bazı hidrofoil kesitlerinde bu durum kaçınılmazdır. Çalışma şartlarından dolayı bu olaya maruz kalmaktadır. Sualtı akıntı türbinlerinde, pervane çapları çok büyüktür ve serbest su yüzeyine yakın çalışabilmektedirler. Pervane çapının büyüklüğü yüksek teğetsel hızlara sebep olurken, serbest su yüzeyine yakın çalışmak da hidrostatik basınçtan faydalanmaya engel olur. Bu iki sonuç ise süperkavitasyona bir sebep olabilir. Bu yüksek lisans tez çalışmasında, süperkavitasyon yapan hidrofoil kesitlerinin hidrodinamik performansları incelenmiş ve bazı geometrik ve hidrodinamik parametrelerin bu performansa etkileri araştırılmıştır. Sayısal analizler için bir sınır eleman yöntemi (Boundary Element Method-BEM) kullanılmıştır. Süperkavitasyon yapan hidrofoil üzerine kaynak/kuyu ve dipol dağılımı yapılarak gerekli sınır şartları sağlanmış ve sistem çözülmüştür. Sualtı akıntı türbinleri için de yöntem uygulanmıştır. Öncelikle kalınlığın, süperkavitasyon yapan hidrofoil kesitinin hidrodinamik performansına etkisini incelemek için, kalınlıkları dışında tüm geometrik özellikleri aynı olan iki hidrofoil NACA 16006 ve 16012 kesitleri seçilmiş ve sayısal analizleri yapılmıştır. Süperkavitasyon boyunun hidrodinamik performansa etkisini saptamak için ise 1.1 ve 1.4 l/c süperkavitasyon boyları arasında değerler sabit tutularak hesaplamalar gerçekleştirilmiş ve karşılaştırılmıştır. xx Hidrofoil geometrisinin performansa etkisini incelemek amacıyla ise yaklaşık aynı maksimum kalınlık oranlarına sahip NACA 0024 ve sualtı akıntı türbin kesitlerinde kullanılan S-814 hidrofoil kesitleri kullanılmış ve sonuçları karşılaştırılmıştır. Ayrıca süperkavitasyon yapan hidrofoil kesitleri için iki boyutta ortaya atılmış iki teori olan lineer ve lineer olmayan teori sonuçları da karşılaştırılmıştır. Son olarak maksimum sehim oranının etkisi de NACA64A012 hidrofili ile incelenmiş ve sehimsiz durumla karşılaştırmalar yapılıp sonuçlar elde edilmiştir. Daha sonra ise pratikte gerçekleştirilmiş bir uygulama için yöntem uygulanmıştır. Elde edilen sonuçların sualtı akıntı türbin kanat kesitleri tasarımında önemli faydalar sağlayacağı değerlendirilmektedir.

Özet (Çeviri)

When a body which travels in liquid medium is accelerated, the local pressure of the medium is reduce according to Bernoulli principle. Also, if the local pressure drops below vaporization pressure at this temperature, the composition of liquid flow breaks down. This condition is called cavitation. Cavitation that is the appearance of vapor cavities inside a homogeneous liquid medium occurs under low pressure. Cavitation generally occurs because of the increment of the local velocities which cause a decrease in the local pressure according to Bernoulli principle. Under some conditions, occurrence of cavitation excessively increase, the hydrofoil (blade section) is engulfed in cavitation bubble. This condition is called“Supercavitation”. Under supercavity condition, the liquid do not touch the surface of hydrofoil. Therefore, actual friction and lift of the hydrofoil reduce. This is a fact which make supercavitation different from cavitation. Reduce of actual friction is positive effect of supercavitation. However, supercavitation is negative matter in engineering application because it also reduces the lift. In some situation, supercavitation can be inevitable issue. For example, in marine current turbine (MCT), diameter of propeller can be high and they can work close to the free water surface. High diameter causes high tangential velocities, and working close to the free water surface causes obstruct to benefit from hydrostatic pressure. These two reason, together or sole, make supercavitation to inevitable. In this study, Boundary element method (BEM) is applied for the solution. The calculations for BEM are done by a code of supercavitating 2D (two-dimensional) panel method. This program is based on the potential theory, and it is Dirichlet-type. The calculations include both linear and non-linear theories and the related solutions. The supercavity is assumed to be a constant pressure sheet, and it closes at its trailing edge. It is continuous at the cavity trailing edge. The cavity detachment point on the suction side of the blade section is assumed to be known and assumed that the cavity detaches also from the pressure side at the blade section or blade trailing edge. The solution for two-dimensional blade sections is assumed to be fixed-length. In the fixed length solution, the cavity length is assumed to be known and the cavitation number is determined. xxii The nonlinear cavity boundary and cavitation number are determined by an iterative process, in which the dynamic boundary condition is satisfied on successive guesses of the cavity surface, and the kinematic boundary condition is used to update the surface. In the beginning of each successive iteration, the panels (elements of the discretized surface) are moved to their new positions, and the influence coefficients are recomputed. The iterations continue until both kinematic and dynamic conditions are satisfied over the computed cavity surface. The first iteration is supercavity surface of solution of the linear theory. The flow over the hydrofoils is taken as irrotational, inviscid and incompressible according to the potential theory. The total and perturbation velocity potentials of flow around hydrofoil satisfy the Laplace equation. There are boundary conditions that should be satisfied over the hydrofoil surface. First it is kinematic boundary condition which means that the flow must be tangential to the hydrofoil and the cavity surface. Second, the dynamic boundary condition requires that the pressure on the cavity surface is constant and equal to vaporization pressure. This condition is satisfied by moving the hydrofoil geometry so that on the cavity surface the pressure coefficient (- CP) values are equal to the cavitation number (σ). The third condition to be satisfied is the supercavity termination condition. This is satisfied by the end-parabola method which is similar to the cavity height model for partial cavitation. Finally, the last boundary condition is the Kutta condition. The Kutta condition means that velocity must be finite at the trailing edge of the hydrofoil. This condition is satisfied during source and doublet distribution. There are five parameters which is investigated to determine effect of performance of supercavitating hydrofoil section. First parameter is maximum thickness ratio. To determine effect of maximum thickness ratio on performance of supercavitating hydrofoil section, NACA 16006 and 16012 sections are chosen and compared. All hydrodynamic and geometric properties of these two hydrofoil section is same except maximum thickness. This make possible to determine maximum thickness effect. On purpose of investigate of effect of supercavitation length on performance, some calculation is made for supercavitation length between 1.1 and 1.4 l/c. For this calculation, NACA 16006 and NACA 16012 hydrofoil sections are used. Cavity number, lift and drag coefficients, cavity volume and shape are found for these hydrofoil sections at 1.1-1.4 l/c supercavitation length. In an attempt to find effect of geometric properties on performance of supercavitating hydrofoil section, NACA 0024 and S-814 which is used in Marine Current Turbines (MCT) are selected. These two section have approximately same maximum thickness. On purpose of same reason, NACA 64A012, NACA 16012 and NACA 0012 hydrofoil sections are selected and compared. These hydrofoil sections have same maximum thickness ratio but maximum thickness location of these are different. Also, solutions of linear and non-linear theory are compared. Some calculation is made and compared among theories. As known well, the nonlinear theory of supercavitating hydrofoil is linearized by Tulin. This theory had some problem but there is some correction for it. This linearized theory and non-linear theory are compared. This calculation is performed for many different combinations. With the intent of determine effect of maximum camber ratio on performance of supercavitating hydrofoil section, NACA64A012 hydrofoil section is selected. Parabolic camber is used. Some calculations are made for with camber and without it.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    397759

    Su altı akıntı türbinlerinin hidrodinamik analizi

    Hydrodynamic analysis of marine current turbines

    DENİZ UŞAR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞAKİR BAL

  2. Tez No

    562051

    Su altı akıntı türbinlerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği modelinin kurulması ve farklı kanat tasarımlarının performanslarının incelenmesi

    CFD modelling of marine current turbines blades and performance analysis of different blades geometries and pitch angles

    MUSTAFA GÖKHAN ŞANLI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET SEDAT KABDAŞLI

  3. Tez No

    895241

    Yatay eksenli sualtı akıntı türbinlerinde kavitasyon olgusunun deneysel ve lineer olmayan sayısal yöntemler ile incelenmesi

    Investigation of cavitation phenomenon in horizontal axis marine current turbine by experimental and nonlinear numerical methods

    MEHMET SALİH KARAALİOĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞAKİR BAL

  4. Tez No

    896000

    İklim değişikliğinin Akdeniz akıntı sistemine etkisinin modellenmesi ve yenilenebilir enerji kaynaklarından olan akıntı enerji potansiyelinin Türkiye kıta sahanlığı için analizi

    Modelling of climate change impacts on the Mediterranean current system and analysis of the current energy potential within continental shelf of Turkey

    MEHMET UĞUR GÜÇEL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Deniz Bilimleriİskenderun Teknik Üniversitesi

    Su Ürünleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDULLA SAKALLI

  5. Tez No

    438592

    Torpido benzeri geometri çevresindeki akış yapısının araştırılması

    Investigation of flow structure around torpedo like geometries

    SERCAN YAĞMUR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Makine MühendisliğiSelçuk Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. FARUK KÖSE

Geri Dön