Viv of a single cylinder and two cylinders in tandem arrangement: A comparative study of results and energy calculations for maritime renewable energy utilization
Tek silindir ve tandem düzenlemeli iki silindirin gırdap kaynaklı titreşimi: Sonuçlar ve denizde yenilenebilir enerji kullanımı için enerji hesaplarının karşılaştırmalı bir çalışması
- Tez No: 876201
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER KEMAL KINACI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gemi Mühendisliği, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 167
Özet
Eskilerden beri kullanılan ve günümüz dünyasına kadar taşınan geleneksel enerji kaynaklarının birçoğu birçok açıdan zararlı etkilere sahiptir. Bu zararlar kısa zaman içerisinde kendilerini belli etmeyebilir, ama uzun vadede tehlikeli bir düzeyde etkilerini gösterirler. Bu etkilerden bazıları insan sağlığını tehlikeye atıp birçok solunum hastalığına sebep olur, kanser oranının insanlar arasında artmasına neden olur, doğada bulunan bitkilerin ve ağaçların sayısının azalmasına, ozon tabakasının incelmesine ve hava kirliliğine sebep olur. Bu sebeple geleneksel enerji kaynakları arasında bulunan kömür, gaz ve sanayi yağları gibi enerji kaynaklarının artık yeni ve daha az zararlı olan veya hiç zararlı etkisi olmayan enerji kaynaklarıyla değiştirilmeleri gerekmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları konusu tam da bu yüzden son zamanlarda dünya çapında önemli bir yerde olmuştur. Yenilenebilir enerji kaynakları hem doğa dostu kaynaklardır hem de insan sağlığını oldukça koruyucu bir karaktere sahiptir. Bu sebeple, bu tür enerji kaynaklarının detaylı bir şekilde incelenmesi ve birçok açıdan insan hayatına girişi önemlidir. Okyanuslar ve denizler, yenilenebilir enerji kaynaklarını elde etmek için önemli bir rol oynarlar. Ayrıca boğazlar, su kanalları ve nehirler de yenilenebilir enerji üretimi için kullanılabilir. Hidrokinetik enerji üretimi için kullanılan önemli yöntemlerden biri, akıstan kaynaklanan hareketleri kullanmaktır ve buna akıstan kaynaklanan hareketler (İng. Flow Induced Motions, kısaca FIM) denir. VIVACE dönüştürücü (İng. VIVACE converter), akıstan kaynaklanan hareketlerden enerji elde etmek için önemli bir cihazdır. Girdap kaynaklı titreşimler, akıştan kaynaklanan titreşimlerin bir alt başlığıdır ve akışın bir küt cisimden ayrılmasıyla oluşan bir fenomendir. Yapının arkasında (iz bölgesinde) girdaplar oluştuğunda, kuvvet uygulayarak yapının hareket etmesine neden olurlar. Bu hareket, yeni girdaplar oluşturur ve sürekli olan bu hareket titreşimlere neden olur. Başka bir deyişle, girdap kaynaklı titreşimler, akışkanın içinde şekillenen girdapların oluşmasından kaynaklanan bir fenomendir. Akışkan yapıdan geçerken, yapı etrafında yüksek ve düşük basınçlı alanlar oluşturur. Bu basınç farkları, akışkan hareketin dönen bölgeleri olan girdapların oluşmasına yol açar. Söz konusu yyapının doğal frekansı, kopan bu girdapların frekanslarına yakın veya eşitse kenetlenme (lock-in) gerçekleşir ve yapı azami düzeyde hareket etmeye başlar. Tacoma Asma Köprüsü'nün önce kontrolsüz hareketler yaparak deforme olması ve ardından sulara gömülmesiyle bu durum ortaya çıkmıştır. Girdap kaynaklı titreşimler, hidrokinetik enerjiyi salınımlı silindirde mekanik enerjiye dönüştürür. Uç akış, üç boyutlu etkileri devreye sokarak silindirin etkin uzunluğunu azaltır ve bu azalma, salınımları ve osilatördeki enerjiyi sağlayan enine kaldırma kuvvetini oluşturur. Silindirin uç bölgeleri, uç akış nedeniyle kaldırma oluşturmazlar, bu nedenle daha düşük en-boy oranlı silindirlerde daha baskındırlar. Günümüzün araştırma konularından biri, girdap kaynaklı titreşimleri kullanarak yararlı enerji elde etmek üzerine nasıl çalışılacağıdır. Bu bağlamda kullanılan bir cihaz VIVACE (Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy) dönüştürücüdür. VIVACE, okyanus/nehir akıntı enerjisini elektriğe dönüştüren bir dönüştürücüdür. VIVACE'nin amacı, girdap kaynaklı titreşimleri maksimize etmek ve hareketli akıştan çıkarılan mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmektir. Yapısal açıdan bakıldığında, girdap kaynaklı titreşimler genellikle istenmeyen bir fenomen olarak kabul edilir çünkü yapıların yorulmasına sebep olarak ve daha birçok olumsuz etkiye maruz bırakarak bozulmasına sebep olup zarar verebilir. Ancak, bir osilatör sistemi kullanılarak enerji üretilmesi ve hareketinin kontrol edilmesiyle mekanik enerjinin elektriğe dönüştürülmesi sağlanarak bu fenomen akış kaynaklı salınımları (İng. Flow Induced Oscillations, kısaca FIO) baskılamadan faydalı amaçlar için de kullanılabilir. Girdap kaynaklı titreşimler, geniş bir Reynolds sayısı aralığında ortaya çıkabilir, bu da Re>50 olan Reynolds sayılarıyla bu enerji toplama sisteminin çeşitli akış rejimlerinde kullanılabileceği anlamına gelir. VIVACE sistemlerinin laboratuvar ölçekli prototipleri genellikle maksimum 1.35×〖10〗^5 civarında Reynolds sayılarına ulaşırken, tam ölçekli VIVACE sistemleri 〖10〗^7 düzeyinde Reynolds sayılarına ulaşabilir. Girdap kaynaklı titreşimler ayrıca, girdap dökülmesi ile silindir salınımları arasında bir senkronizasyon olarak tanımlanabilir. VIVACE dönüştürücüsünün ana amacı, girdap dökülmesini arttırmak ve girdap kaynaklı titreşimleri bastırmak yerine önemli ölçüde sönümleme altında maksimize etmektir. Bu dönüştürücü, 0.5
Özet (Çeviri)
Renewable energy sources have become increasingly important today, especially when considering the various negative effects and harms caused by other types of energy. When we take the environmental and health impacts of energy sources like coal, gas, and oil into account, it becomes clear that renewable energy should be utilized more extensively in our lives. Some of the negative effects of energy sources other than renewable ones include air pollution, depletion of the ozone layer, reduction of natural greenery, and the proliferation of diseases like cancer among humans. These undesired impacts carry significant risks to both human and environmental health. Therefore, it is essential to understand the necessity of incorporating renewable energy into our lives as a substitute for other energy types. There are many sources available for renewable energy production. Among these, it is essential to highlight solar and water. Renewable energy sources that can be obtained from water include ocean thermal energy, osmotic power, underwater kite systems, tidal energy, and ocean current energy. Vortex-Induced Vibration (VIV) is a phenomenon that can be utilized to harness renewable energy using water as a source. VIV is caused by the formation of the vortices in the fluid flow. When the fluid flow passes the structure, it creates alternating areas of high and low pressure fields around the structure. These pressure differences lead to the generation of vortices, which are swirling regions of fluid motion. In other words, VIV is caused by flow separation from bluff bodies and leads to oscillations. VIV is a subset of Flow-induced motion (FIM). In VIV, the flow exerts a force on the object. The body will move with a frequency in relation to its natural frequency and eddy break frequency. This will lead to a high order nonlinear problem and make it harder to solve. Flow separations occur when a structure is not aligned with the hydrodynamics of the flow. Eddies are formed when the flow leaves the object and eventually creates force on it. When VIV occurs on a body in water, it is possible to implement a system that can convert the hydrokinetic energy in the water into mechanical energy. Useful energy extraction from flowing water is one of the hot topics of the academic literature today. Among the many devices that are developed towards this goal, VIVACE (Vortex Induced Vibration for Aquatic Clean Energy) stands out. It is a converter that converts the ocean/river current energy to electricity. A VIVACE has the aim of maximizing VIV and converting its mechanical energy extracted from the moving fluid flow into electrical power. From the structural perspective, VIV is an unwanted phenomenon as it disturbs and causes damage to a structure. However, it can also prove beneficial by harnessing energy through the utilization of an oscillator system, converting the mechanical energy obtained from these oscillations into electricity, all without impeding its Flow Induced Oscillations (FIO). VIV can be excited in a wide range of Reynolds numbers. This means that by having a Reynolds number of Re>50, this system can be utilized for energy and power generation across a broad range of flow regimes. Although lab-scale prototypes of VIVACE systems can generally reach the maximum Reynolds number of 1.35×〖10〗^5, full-scale VIVACE systems have the potential to reach 〖10〗^7, proving the scalability of the device. VIV can also be identified as a synchronization between vortex shedding and cylinder oscillations. The main aim of VIVACE converter is to enhance the vortex shedding rather than spoiling and maximize under significant damping rather than suppressing VIV's. This converter can extract energy from currents of velocities 0.5
Benzer Tezler
- Tek serbestlik dereceli dairesel silindirin girdap kaynaklı titreşimleri üzerinde serbest su yüzeyinin etkileri
Free surface effects on vortex-induced vibrations of a single-degree-of-freedom circular cylinder
ALKIN ERDAL DEMİRHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMER KEMAL KINACI
- Improving raceway reactor productivity via vortex induced vibrations for cost effective microalgae production
Maliyet etkin mikroyosun üretimi için girdap kaynaklı titreşimlerle alg havuzu performansının artırılması
MEHMET SADIK AKCA
Doktora
İngilizce
2023
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BULENT İNANC
- Effect of tip flow on vortex induced vibration of circular cylinders
Dairesel silindirlerin girdap kaynaklı titreşimlerine uç akımının etkileri
AYTEKİN DURANAY
Doktora
İngilizce
2022
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMER KEMAL KINACI
- Çift devre üç fazlı bir sistemin altı fazlı çalışması durumunda işletme büyüklükleri üzerine etkilerinin incelenmesi
A General investigation of the six-phase transmission system operation effects compared to lthe double-circuit three-phase transmission system
ŞEVKET YÜZAK
Yüksek Lisans
Türkçe
1990
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. H. NUSRET YÜKSELER
- Vanadium oxide based materials as oxidative dehydrogenation catalyst: Synthesis, characterization and properties
Başlık çevirisi yok
KADİR AYDEMİR