Determination of heave and pitch motions for Wigley III hull using program pdstrip and CFD approach
Wigley III modelinin dalıp-çıkma ve baş-kıç vurma hareketlerinin program pdstrip ve CFD yaklaşımıyla belirlenmesi
- Tez No: 527494
- Danışmanlar: PROF. DR. EMİN KORKUT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gemi Mühendisliği, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Yaklaşık 6000 yıllık bir geçmişe sahip olan gemiler dünyanın en önemli taşıtlarından biri olarak kabul edilmektedir. Kullanım amaçlarına göre savaş ve ticaret gemileri olarak sınıflandırılabileceğimiz gemiler, yolcu-yük taşımacılığında ya da askeri alanda savunma amaçlı olarak kullanılmaktadır. Farklı amaçlara yönelik inşa edilmelerine rağmen tüm gemilerin, her türlü hava ve çevre koşullarında hız ve rotasını koruyarak amacına yönelik görevlerini tamamlaması beklenmektedir. Geminin genel performansı, geminin görev yapacağı sulardaki sahip olduğu denizcilik özellikleriyle yakından ilişkilidir. Bu nedenlerden dolayı, gemilerin dalgalar arasındaki hareketlerinin ve denizcilik özelliklerinin tahmini, dizayn aşamasındaki bir gemi için büyük önem arz etmektedir. Dizayn aşamasında doğru tahminlerin yapılabilmesi geminin genel performansını etkilediği gibi ekonomik açıdan da oldukça önemli faydalar sağlamaktadır. Önceleri gemi dizaynı açısından çok fazla önemsenmeyen gemi hareketlerinin tahmini, günümüzde gemi tasarımcılarının dikkati çekmiş ve oldukça önem kazanmıştır. Gerek teorik gerekse deneysel olarak incelenebilen bu problem birçok farklı yöntem yardımıyla çözülmektedir. Hazırlanan bu tezin amacı, Wigley serisine ait“Wigley III”modelinin değişik hızlarda ve dalga boylarındaki, dalıp-çıkma ve baş-kıç vurma hareketlerine ait genlik karşılık fonksiyonlarını farklı metodlar ile hesaplamak ve mevcut deney sonuçları ile karşılaştırmaktır. Sunulan bu çalışmada, Wigley III modeline ait dalıp-çıkma ve baş-kıç vurma hareketleri iki boyutlu dilim teorisi mantığına dayanan Program PDStrip ve sonlu hacimler yöntemini esas alan Star CCM+ yazılımı ile hesaplanmıştır. Elde edilen bu sonuçlar, Delft Teknoloji Üniversitesi Gemi Hidromekaniği Laboratuvarı'nda gemi hareketleri incelenmiş olan Wigley serisi imodeline ait deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. İlk bölümde, Program PDStrip'in temelini oluşturan dilim teorisinden bahsedilmiştir. Dilim teorisini uygulamak amacıyla gemi enine eşit aralıklar ile dilimlere bölünmektedir. Her bir dilim için elde edilen hareket denklemleri gemi boyunca toplanarak gemiye ait dalıp-çıkma ve baş-kıç vurma hareketi bulunmaktadır. Bahsedilen dilim teorisini esas alan ve açık kaynaklı yazılım olan PDStrip, ilk olarak H. Söding tarafından FORTRAN 77'de yazılmış, ardından V. Bertram tarafından FORTRAN 90/95'e dönüşümü gerçekleştirilerek 2006 yılında açık kaynaklı yazılım olarak yayınlanmıştır. İkinci bölümde, Program PDStrip ile Wigley III modeline ait gemi hareketleri hesaplanmıştır. Bu yazılım, 6 serbestlik derecesindeki gemi hareketlerinin yanında gemi üzerinde belirli noktaların ivme, basınç, kuvvet, moment değerlerini de hesaplayabilmektedir. Program PDStrip için öncelikle Wigley III modeli enine eşit aralıklar ile 60 adet dilime bölünmüştür. Her dilim için yarı genişlik değerleri veri giriş dosyası olarak .txt formatında hazırlanmıştır. Wigley III modeli simetrik bir model olması sebebiyle teknenin sadece yarısına ait genişlikler girilmiş, simetri olduğunu veri giriş dosyasında belirttiğimiz için hesaplamalar sırasında program tekneyi bütün olarak algılayabilmiştir. Bu dosyanın yanında, geminin genel bilgilerini ve dalga özelliklerini içeren .txt formatında bir dosya daha oluşturulmuştur. Bu dosyaya dilim sayısı, geminin ağırlığı, draftı; dalganın yüksekliği, dikliği, boyu, geliş açışı gibi veriler girilmiştir. Hazırlanan iki veri giriş dosyası sonrasında program çalıştırılmış ve yine .txt formatında dalıp-çıkma ve baş-kıç vurma hareketlerine ait genlik karşılık fonksiyonları hesaplanmıştır. Daha sonraki bölümde ise, bir akışkanlar dinamiği yazılımı olan Star CCM+ ile Wigley III modeline ait gemi hareketlerinin tahmini gerçekleştirilmiştir. Bu gemi hareketleri problemleri diğer akış problemleri gibi lineer olmayan polinomik denklemlere sahiptir. Bu tür denklemlerin çözümü için mühendislikte iteratif yöntemlere başvurulmaktadır. Hızla gelişen teknoloji ile birlikte, günümüzde en yaygın kullanılan iteratif metot akışkanlar dinamiği kodları ile yapılmaktadır. Bu sebeplerden dolayı, gemi hareketlerinin öngörülebilmesi amacıyla Wigley III modelinin dalıp-çıkma ve baş-kıç vurma hareketleri Navier-Stokes denklemleri tabanlı çözümlemelere sahip Star CCM+ programı ile incelenmiştir. Star CCM+ programında, ilk olarak Wigley III modeli ofset değerleri girilerek tekne formu 3 boyutlu bilgisayar destekli çizim modülü ile oluşturulmuştur. Ayrıca, açık denizdeki hareketi temsil edebilmesi için oluşturulan tekne formu belirlenen bir hacim içerisine yerleştirilmiştir. Bu hacim, derin su yaklaşımı, dalga boyu, dalga yüksekliği gibi kriterler göz önüne alınarak boyutlandırılmıştır. İkinci etapta, her nümerik problemde olduğu gibi belirli sınır koşulları ve çözüm ağı ile gerçek durumun bilgisayar ortamında bir dijital ikizi oluşturulmuştur. Bu oluşturma aşamasında çözüm ağının yakınsama ve kararlılık kriterlerine uyabilmesi için lokal çözüm ağı sıklaştırılması gibi yöntemler kullanılmıştır. Daha sonra programa sınır koşulları, gemi ve dalga özellikleri girilerek çözümleme başlatılmıştır. Çözümleme sonucunda zamana bağlı 0.001 saniye aralıklar ile anlık dalıp-çıkma ve baş-kıç vurma hareketleri hesaplanmıştır. Toplamda 30 saniye koşturulan bu simülasyonda elde edilen verilere, Program PDStrip ve deney sonuçları ile karşılaştırılabilmesi için hızlı fourier dönüşümü yapılmıştır. Bu dönüşümü kolaylıkla yapabilmek için başka bir bilgisayar destekli yazılım olan FFT Properties programı kullanılmıştır. Hareketin tam olarak oturabilmesi için ilk 5 saniyelik veriler, FFT Properties programında hesaplamalara dahil edilmemiştir. Bu nümerik çalışmalarda, Froude sayısı 0.2, 0.3 ve 0.4 olmak üzere ve dalga boyları 1.3, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5 ve 9 metre olacak şekilde baştan gelen dalgalar için Wigley III modeline ait dalıp-çıkma ve baş-kıç vurma hareketleri hesaplanmıştır. Çalışmanın sonuncunda, bilgisayar ortamındaki iki farklı yöntem ile, Program PDStrip ve Star CCM+, hesaplanan Wigley III modelinin dalıp-çıkma ve baş-kıç vurma hareketleri, Delft Teknoloji Üniversitesi Gemi Hidromekaniği Laboratuvarı'nda gemi performans deneyi yapılmış olan Wigley serisinin, Wigley III modeline ait deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırılan sonuçlara göre, Program PDStrip ve deney sonuçlarının dalıp-çıkma hareketi için büyük oranda uyum gösterdiği; ancak hızın ve dalga boyu/gemi boyunun artması ile baş-kıç vurma hareketinde ise bazı sapmaların meydana geldiği sonucuna varılmıştır. Diğer yandan, hızın ve dalga boyu/gemi boyunun artması ile Star CCM+ ve deney sonuçlarının baş-kıç vurma hareketi için yüksek oranda benzerlik gösterirdiği saptanmıştır. Dalıp çıkma hareketi için ise Star CCM+ sonuçları Program PDStrip kadar deney sonuçlarına yakınsamamıştır. Ayrıca, Froude sayısının artmasıyla birlikte dalıp-çıkma ve baş-kıç vurma hareketlerinin maksimum sonuçlarına daha yüksek dalga boyu/gemi boyu değerlerinde ulaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
Ships are built in order to carry cargo, passenger, etc. upon the sea. A ship is expected to complete her mission suitably when encountering heavy weather and wave conditions. The general performance of ship and achievement of a ship design depends on having a good seakeeping performance. For this reason, estimation of ship motions is quite important in the design stage. Ship motions, which is vitally important for a safe and effective navigation of a ship, are predicted with different ways. In this dissertation, ship motions are investigated using computational methods and experimental data. Program PDStrip which is based on Strip Theory Method and publicy available and Star CCM+ as a CFD code, which is based on finite volume method, are used in order to compare experimental results. Results of the experiments, which were carried out at the Ship Hydromechanics Laboratory of the Delft University of Technology for Wigley model III are used for validation of both methods. The Program PDStrip, which is a open source software developed by H. Söding and V. Bertram based on potential approach can calculate ship motions and forces. To use Program PDStrip, firstly, input and geometry files are prepared in .txt format. Then Response Amplitude Operator (RAO) data are obtained for heave and pitch motions in output file in .txt format. The Star CCM+ is one of the popular commercial code and powerfull tool to simulate engineering problems based on viscous flow approach. In this study, geometry creation of ship model is done and discretized, boundary condition is determined, ship and wave properties are specified in this software and then ship motions are calculated and plotted. These responses have multiple peaks for time series of heave and pitch thus fast fourier transform is used to obtain corresponding response spectrum and only exact value of ship motion. For this purpose, Fast Fourier Transform analyzer is performed for every plots with a special software which is called FFT Properties. In this paper, the prediction the motion and seakeeping performance was presented at Fr= 0.2, 0.3 and 0.4 with a single wave condition. In the results of study, heave RAOs were calculated by PDStrip showed a better agreement compared to obtained by Star CCM+ as the Froude numbers increases. In other respect, Star CCM+ results had much more aligment with experimental data than PDStrip results for pitching motion with increasing Froude number and wave length / length of model. Furthermore, the maximum value of pitch RAOs were predicted with high level of accuracy via Star CCM+ in comparison with the experiments at three Froude numbers. Increase speed by higher Froude numbers causes heave and pitch peak values occured in further place of chart.
Benzer Tezler
- Balıkçı gemilerin baştan gelen dalgalarda hareketlerinin regrasyon analizi ve incelenmesi
The Study of motions of trawler fishing boats in head sears by regression analysis
MUHSİN AYDIN
- Simetrik gemi hareketleri ve mukavemetinin lineer modal analizi
Linear modal analysis of symmetric ship motions and strength
HAKAN AYDOĞDU
- Aşırı deniz şartlarında gemilerin davranışları
Responses of ships in extreme sea conditions
İSMAİL BAŞARAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Teknolojisi Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMER BELİK
- Gemilerin manevra denklemlerinin bilgisayarla çözümü
The Solutions of equations of ship manoeuvres by the computer
EMİN KORKUT
- Presizyonlu hidrografik ölçmelerde bat-çık etkisinin GPS yöntemi ile belirlenmesi
Başlık çevirisi yok
REHA METİN ALKAN
Doktora
Türkçe
1998
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİRHAN ALGÜL