Hidrofoillerde büküm, yüzey olukluluğu ve giriş ucu tüberkül etkilerinin kavitasyonlu akış koşullarında deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of twist, surface corrugation and leading edge tubercle effects in hydrofoils under cavitating flow condition
- Tez No: 931433
- Danışmanlar: PROF. DR. FAHRİ ÇELİK, DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR USTA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Gemi Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Marine Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 146
Özet
Denizciliğin pek çok alanında (gemi pervanesi, dümen, hidrofoil tekne ayakları, akış türbini vb.) hidrodinamik kaldırma kuvveti üretmek için hidrofoiller kullanılmaktadır. Kavitasyonsuz ve kavitasyonlu akış koşullarında hidrofoiller üzerinde yapılan geometrik değişiklikler sayesinde daha stabil bir akış sağlamak, verimi arttırmak, kavitasyonu, yakıt tüketimini ve buna bağlı olarak maliyeti azaltmak mümkün olabilmektedir. Bu tez çalışmasında, 3-boyutlu hidrofoillere uygulanan büküm, tüberkül ve oluk modifikasyonlarının kavitasyonlu ve kavitasyonsuz akış koşullarındaki etkisi incelenmiştir. Bu amaçla çalışmanın ilk kısmında bükümlü hidrofoillerin kavitasyonsuz akış koşullarında HAD yöntemiyle akış analizleri yapılmıştır. Doğrulama çalışması kapsamında RANS yöntemi ve k-omega türbülans modeli kullanılarak gerçekleştirilen analizler için farklı ağ örgüsü yoğunlukları ile ağ bağımsızlığı çalışması tamamlanmıştır. Geçerleme çalışmalarında, Delft Twist-11 olarak bilinen (Bükümlü NACA 0009) hidrofoil kullanılarak elde edilen sayısal sonuçlar, deneysel verilerle kıyaslanmıştır. Sonrasında, kanat açıklık oranı 2 olacak şekilde, farklı bükümlülüğe ve kesit kalınlığına sahip hidrofoiller oluşturulmuştur. Oluşturulan bu hidrofoillerin basınç, kaldırma ve direnç katsayıları farklı hücum açılarında kıyaslanmıştır. Çalışmanın devamında bu hidrofoillerin kavitasyonlu akış koşullarındaki analizleri RANS ve DES metotlarıyla gerçekleştirilmiştir. RANS metodunun kaldırma ve direnç katsayılarını elde etmede yeterli olduğu ancak kavitasyon periyodunun hassasiyetle elde edilebilmesinde yetersiz olduğu tespit edildiğinden, analizlere DES yöntemiyle devam edilmiştir. Bu kısımda, kaldırma ve direnç katsayıları, zamana bağlı kavitasyon oluşumu görselleri, kavitasyon alanı ve kavitasyon oluşum periyodu sayısal olarak elde edilmiştir. Bir sonraki aşamada kalın kesitli, yarı bükümlü hidrofoile giriş ucu tüberkülü ilavesi yapılmış, tüberkülsüz hidrofoille kıyaslama analizleri yapılmıştır. Daha sonra tüberkülsüz hidrofoilin yüzeyine oluk uygulanarak yeni bir geometri oluşturulmuş, sade, tüberküllü ve oluklu hidrofoillerin kavitasyonsuz ve kavitasyonlu akışta HAD analizleri gerçekleştirilmiş; kavitasyon oluşumu görüntüleri, kavitasyon alanı, kavitasyon periyodu, kaldırma ve direnç katsayıları incelenmiştir. Tez çalışmasının son aşamasında, belirlenen geometrilerin kavitasyonlu akış deneyleri kavitasyon tünelinde gerçekleştirilmiştir. Deney çalışmasında, farklı Reynolds ve kavitasyon sayısı koşullarında, tüberkül ve oluk etkilerinin incelenmesinde, yüksek çözünürlüklü kamerayla elde edilen kavitasyon görselleriyle kavitasyon alanı, boyu ve kavitasyon periyotlarından yararlanılmıştır.
Özet (Çeviri)
Hydrofoils are used in various maritime applications, including ship propellers, rudders, hydrofoil boat supports, and tidal turbines, to generate hydrodynamic lift. By implementing geometric modifications on hydrofoils under cavitating and non-cavitating flow conditions, it is possible to achieve a more stable flow, improve efficiency, and reduce cavitation, fuel consumption, and associated costs. This thesis investigates the effects of twisting, tubercles, and corrugations applied to hydrofoils under cavitating and non-cavitating flow conditions. In the first part of the study, CFD analyses were performed on twisted hydrofoils under non-cavitating flow conditions. As part of the verification study, simulations were conducted using the RANS method with the k-omega turbulence model, and a grid-independence study was completed with different mesh densities. For validation, numerical results obtained from the Delft Twist-11 hydrofoil were compared with experimental data. Subsequently, hydrofoils with different twist configurations and section thicknesses were generated. The pressure, lift, and drag coefficients of these hydrofoils were analyzed across various angles of attack. Then, hydrofoil analyses under cavitating flow conditions were conducted with RANS and DES methods. In this section, lift-drag coefficients, cavitation visualization, cavitation area, and period were numerically obtained. In the following section, leading-edge tubercle was applied to half-twisted hydrofoil, and comparative analyses were conducted against the non-tubercled hydrofoil. Subsequently, a corrugation was added to the surface of the non-tubercled hydrofoil to form a new geometry. CFD analyses of the baseline, tubercled, and corrugated hydrofoils were performed examining cavitation formation, cavitation area, period, and lift-drag coefficients. In the final stage of the study, cavitating flow experiments of the selected geometries were conducted in a cavitation tunnel. The effects of tubercles and corrugations were analyzed under different Reynolds and cavitation number conditions using high-resolution cavitation images to evaluate cavitation area, length, and period.
Benzer Tezler
- Hidrofoillerde derinlik ve kat-kat etkisinin incelenmesi
An Investigation of depth and cascade effect on hydrofoils
AYDIN ŞALCI
- Gemilerde pervaneli sistem yerine su jetinin ve diğer sistemlerin kullanılması
Başlık çevirisi yok
ALİ KUŞOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Mühendislik Bilimleriİstanbul ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. H. RIZA GÜVEN
- Hidrofoillerin kavitasyon kovalarının sayısal-parametrik incelenmesi
Numerical investigation cavitation buckets for hydrofoil parametrically
MEHMET SALİH KARAALİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAKİR BAL
- Kavitasyon yapan iki boyutlu hidrofoillerin FVM ve BEM ile incelenmesi
Investigation of 2 D cavitating hydrofoils with FVM and BEM
ALİ CAN BEKAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAKİR BAL
- Yatay, tek sıralı kat-kat hidrofoiller etrafındaki akımın incelenmesi
Flow investigation around of the horizontally single sequenced cascaded hydrofoils
HÜSEYİN KEMAL ERKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Makine MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDIN ŞALCI