Interaction of parametrically designed low cavitated propeller and twisted rudder
Parametrik tasarlanan düşük kaviteli pervane ve bükümlü dümen etkileşimi
- Tez No: 748692
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERHAN GÖKÇAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Gemi Mühendisliği, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Piri Reis Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yüksek Performanslı Deniz Platformları Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 130
Özet
Nesnelerin etrafındaki akış problemleri karmaşık problemlerdir. Bu problemler hesaplama yöntemleri kullanılarak çözülmektedir. Gelişen bilgisayar teknolojisi, sonlu elemanlar yöntemini kullanarak pahalı deneylerin doğrulanmasını sağlamaktadır. Gemi inşaatı mühendisliği tasarım çalışmalarındaki kriterlerin belirli bir kısmı hidrodinamik alanını oluşturmaktadır. Tasarım aşamasındaki geminin deneysel analizlerle elde edilebilecek özellikleri hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemlerinin yardımıyla da tahmin edilmesi, deneysel yöntemlerin geliştirilmesine katkı sağlamaktadır. Gemilerde, belirli bir sürat sonrasında pervane ve dümen etkileşimi sonucu oluşan kavitasyon, pervane ve dümenin hidrodinamik özelliklerini ve çalışma ömrünü azaltmaktadır. Ayrıca kavitasyon gemilerdeki titreşimin ve gürültünün temel sebepleri arasında yer almaktadır. Kavitasyonun tüm fiziği ortaya konamamaktadır. Kavitasyon problemleri belirli yaklaşımlar yapılarak çözülebilmektedir. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile bir takım kabuller ve basitleştirmeler yapılarak kavitasyonlu akış çözümü yapılabilmektedir. Günümüzde hızlı gelişen teknoloji sayesinde HAD analizleri ile iki fazlı akışın sıvı fazdan buhar fazına geçmesi kabarcık patlaması ile modellenerek kavitasyonlu akış çözülebilmektedir. Son yıllarda hızla gelişen bilgisayar teknolojisi vasıtasıyla ise pahalı maliyetli deneyler bilgisayar ortamında doğrulanabilmektedir. Çalışmada kullanılan HAD yönteminin doğruluğu literatürdeki mevcut deney sonuçları ile karşılaştırılarak elde edildi. Çalışmadaki sayısal analizler, bir HAD yazılımı olan Ansys CFX programında Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) modeli ile gerçekleştirildi. SST k-Omega model ile, iki fazlı akış VOF (Volume of Fluid) ile ve kavitasyon da basitleştirilmiş Rayleigh Plesset kabarcık denklemine dayanan Zwart kavitasyon modeli ile çözdürüldü. Bu çalışmada dümen ve pervane etkileşimi kavitasyon etkisi altında incelendi. Bu sayede pervane ve dümen etkileşimi sonucu oluşan kavitasyonun azaltılarak sessizliğe katkı sağlanması amaçlandı. Çalışmada Askeri Gemilerde Pervane-Dümen etkileşimi sonucu ortaya çıkan kavitasyonun minimize edilmesi amaçlandı. Bu amaçla Literatürdeki 6 farklı deneyin HAD validasyonu yapıldı. Elde edilen çözüm yöntemi ile düşük kavitasyonlu pervane ve bükümlü dümen etkileşimi hesapları yapıldı. Tez kapsamında tasarlanan pervane geometrisine Kanat Açıklık Oranı (BAR), Hatve (Pitch) ve Çalıklık (Skewness) açısından 5 aşamalı bir iyileştirme işlemi yapıldı. Pervane kanatlarında pitch değerinin azaltılması ve çalıklığın artması sonucu kavitasyonun azaldığı gözlenmiştir. Pervane tork momentinin itme kuvvetinden daha fazla azaltılması, pervane verimliliğinin artmasına yardımcı oldu. Tezde yapılan pervane iyileştirmesi ile mevcut pervane geometrisindeki kavitasyon oranı orijinal pervane geometrisine göre azaltılmış ve verim arttırılmıştır. İyileştirme işlemi sonucu yüksek verim düşük kavitasyona sahip pervanenin efektif izi arkasına 4 farklı iyileştirme aşamasından geçirilen dümen geometrisi konumlandırıldı. Literatür incelendiğinde, gemilerde manevra kabiliyetinin yüksek dümen geometrileri kullanılması durumunda rota tutma sorunu görülmektedir. Pervane izi arkasındaki düzensiz akım nedeniyle, dümen geometrisinde düz konumdayken bile yanal kaldırma kuvveti oluşmaktadır. Bu kuvvet dümen geometrisinde kavitasyon oluşturur. Kavitasyon, dümen yelpazesinin ortadan bükülmesiyle ortadan kaldırıldı. Dümenin alt kenarı, dümenin ortadan bükülmesinden kaynaklanan manevra kaybını ve dış yüzeyinde oluşan kavitasyonu azaltmak için ters yönde bükülmüştür. Pervanenin efektif izi arkasındaki çift bükümlü dümenin manevra kabiliyeti ve kavite alan açısından bükümsüz ve tek bükümlü dümene göre daha iyi performans gösterdiği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Flow problems around objects are complex problems. These problems are solved using computational methods. The developing computer technology allows to verify expensive experiments using the finite element method. A certain part of the criteria in the design work of Naval Architecture is the field of hydrodynamics. Estimating the characteristics of the ship at the design stage that can be obtained by experimental analysis with the help of computational fluid dynamics (CFD) methods also contributes to the development of experimental methods. In ships, cavitation caused by the interaction of the propeller and rudder after a certain speed, reduces the hydrodynamic properties and working life of the propeller and rudder. In addition, cavitation is one of the main causes of vibration and noise in ships. The whole physics of cavitation cannot be revealed. Cavitation problems can be solved by utilizing numerical approaches. A cavitation flow solution can be made by making some assumptions and simplifications using the Computational Fluid Dynamics (CFD) method. Today, thanks to the rapidly developing technology, the transition of two-phase flow from the liquid phase to the vapor phase can be solved by modeling cavitation flow as a result of a bubble collapse using CFD analysis. The accuracy of the CFD method used in the study was obtained by comparing it with the current experimental results in the literature. The numerical analyses in the study were performed using the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) model in the Ansys CFX CFD software. The analyses were solved by using the simplified Rayleigh Plesset bubble equation based Zwart cavitation model added to the two-phase flow VOF (Volume of Fluid) method with the SST k-Omega turbulence model. In this study, the interaction of the rudder and the propeller was studied under the influence of cavitation. In this way, it is aimed to contribute to silence by reducing the cavitation caused by propeller – rudder interaction. In the study, it is aimed to minimize the cavitation caused by the Propeller-Rudder interaction in Naval Ships. For this purpose, CFD was validated by 6 different experiments in the literature. Calculations of the interaction of the low-cavitation propeller and the twisted rudder were performed using the obtained solution method. A 5-step improvement process was applied to the propeller geometry designed within the scope of the thesis. In terms of Blade Area Ratio (BAR), Pitch and Skewness of the propeller were improved. It was observed that cavitation decreased in the propeller blades as a result of reducing the pitch and increasing the skewness. The reduction of the propeller torque moment more than the thrust force helped to increase the propeller efficiency. With the improvement of the propeller made in the thesis, the cavitation rate in the existing propeller geometry was reduced compared to the original propeller geometry, and the efficiency was increased. The rudder geometry, which was passed through 4 different improvement stages, was positioned at downstream line of the resulting effective wake field of improved propeller Alternative rudders were positioned at downstream line of the improved propeller's effective wake field. When the literature is examined, the problem of course keeping is observed when using rudder geometries with increased maneuverability on ships. Due to the irregular flow from downstream line of the propeller, the rudder geometry generates lift force even in a straight position. This force creates cavitation on the rudder geometry. Cavitation was eliminated by twisting the rudder blade from middle of span. The lower chord of the rudder was twisted in the opposite direction in order to reduce the loss of maneuvering caused by twisting the rudder and the cavitation formed on its outer surface in the direction of twisting from the middle. It was seen that the double-twisted rudder at downstream line of the effective wake field of the propeller showed better performance in terms of maneuverability and cavity area than the non-twisted and single-twisted rudder.
Benzer Tezler
- Bir enerji depolama sisteminin tasarimi ve çalişma parametrelerinin deneysel ve sayisal olarak incelenmesi
Design of thermal energy storage systems and experimental and numerical investigation of its working parameters
MUHAMMET ÖZDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiTermodinamik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYTUNÇ EREK
- PH duyarlı çoklu ilaç salımı için metal organik çerçeve temelli mikro kapsüllerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of metal organic framework based microcapsules for pH responsive multi-drug release
EMİN UYSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAL AYDOĞAN
PROF. DR. HALİL KALIPÇILAR
- Kablolu taşıyıcı sistemlerin nonlineer statik analizi için bir yöntem
A Method for nonlinear static analysis of cable nets
FİLİZ PİROĞLU
- Mevcut betonarme binaların burkulması önlenmiş çaprazlar (BÖÇ) ile davranış kontrollü güçlendirilmesi
Response control retrofit of existing RC buildings using buckling restrained braces (BRB)
AHMET BAL
Doktora
Türkçe
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK
- Tekstil yıkama ve kurutma işlemleri sırasında çamaşırlarda oluşan tekstil hasarının parametrik olarak araştırılması
Parametric research of textile damage in laundry during textile washing and drying processes
GİZEM AKIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA BANU NERGİS