Investigation of magnus effect roll stabilizer system
Magnus etkisi ile çalışan yalpa azaltıcı sistemin incelenmesi
- Tez No: 953214
- Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN AKYILDIZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deniz Bilimleri, Gemi Mühendisliği, Marine Science, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Açık Deniz Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Deniz araçlarında yalpa hareketlerini azaltmak için farklı sistemler tasarlanmıştır. Bu sistemler farklı tasarım şartlarında verimli sonuçlar vemektedir. Günümüzde deniz araçları yeni ve farklı görevler yapmaya başlamıştır. Yeni görevler deniz yapıları için yeni kısıtlar getirmiş, bu kısıtlar için farklı yalpa azaltıcı sistemlerin tasarımına ihtiyaç duyulmuştur. Magnus etkisi ile çalışılan yalpa azaltıcı sistem alternatif bir sistem olarak farklı denizcilik görevleri için geliştrilmeye devam etmektedir. Tez kapsamında Magnus etkisi ile çalışan yalpa azaltıcı sistemin bileşenleri incelenmiş, verimli olduğu tasarım aralıkları açıklanmıştır. Bölüm 1'de sistemin çalışma şekli, dönen bir silindir etrafındaki akış problemi ve yalpa azaltıcı sistemlerin gelişim süreci anlatılmıştır. Magnus etkisi ile çalışan yalpa azaltıcı sistem temel olarak iki bileşenden oluşmaktadır. Sistemin ilk bileşeni dönüş yönü ve devir hızı kontrol edilebilen silindir; ikinci bileşen ise silindirlerin hareketini sağlayan elektrik motorudur. Akışkan alanındaki silindirin hareketi kontrol edilerek Magnus kaldırma kuvveti elde edilmektedir. Bu kuvvet kullanılarak yalpa hareketinin genliği azaltılmaktadır. Zorlanmış yalpa hareketi matematiksel olarak ikinci mertebeden homojen olmayan diferansiyel denklem ile modellenir. Hareketin başlıca nedeni olan dalga kuvveti ile yalpa azaltıcı sistem tarafından uygulanan Magnus kuvveti diferansiyel denklemin sağ tarafında temsil edilir. Magnus kuvveti yalpa hareketi ile aynı periyotta doğrultu değiştirerek deniz aracının yalpa genliğini azaltır. Bölüm 2'de yalpa hareketinin matematiksel modeli incelenmiştir. Bölüm 3'te Magnus kuvvetinin parametrelere bağlı değişimi HAD analizi ile incelendi. HAD analizinde FLUENT yazılımı kullanılmıştır. Kutta – Joukowski kaldırma teorisine göre Magnus kuvveti oluşumuna etki eden parametreler gösterilmiştir. 250 mm uzunluğunda 50 mm çapındaki silindir için 1,2 m/s ve 1,72 m/s akışkan hızlarında hesaplama yapılmıştır. Silindir akışkan içinde 800 – 2000 dev/dak hız aralığında döndürülmüştür. Türbülans modeli k – w teorisine göre yapıldı. Silindir etrafında y+ değerine göre belli bir seviyeye kadar tabakalar halinde ağ örgüsü modellendi. Akışkan alanı dikdörtgen ağ örgüsü ile modellendi. Analiz sonucunda farklı devir hızlarında silindir tarafından oluşturulan kaldırma kuvveti değerleri hesaplandı. HAD analizi ile edilen edilen sonuçların doğruluğunu değerlendirmek için deneysel çalışma yapıldı. Ata Nutku Gemi Model Laboratuvarında model çekme deneyi ile silindirlerin oluşturduğu kaldırma kuvvetleri bulundu. Prototip olarak ürettiğimiz yalpa azaltıcı sistem 2,65 tam boyunda bir tekne modeline monte edildi. Model tekne HAD analizindeki gibi 1,2 m/s ve 1,72 m/s hızlarla hareket ettirildi. Bu hız değerlerinde Froude sayısına bağlı olarak model teknenin oluşturduğu enine dalgalar azalmaktadır. Bu sayede tekneyi meyil ettiren Magnus kaldırma kuvveti daha doğru şekilde hesaplanmaktadır. Her hız değerinde silindirler eşit devir sayısında fakat ters yönde döndürülerek teknenin anlık meyil açısı değerleri android cihaz yardımıyla bilgisayara aktarıldı. Meyil açısı değerlerine bağlı olarak kaldırma kuvveti değerleri hesaplandı. Sayısal analizden ve deneysel çalışmadan elde ettiğmiz sonuçların grafikleri çizdirildi. Her iki çekme deneyi farklı hızlarda fakat aynı silindir devir hızlarında yapıldı. Kaldırma kuvveti hızın artması ile doğru orantılı şekilde arttı. Silindir dönme hızı 1400 dev/dak a kadar arttırıldığında kaldırma kuvvetinde artış gözlemlendi. Bu değerden sonra silindirin devir hızının artması kaldırma kuvvetinde bir değişikliğe neden olmadı. Tez kapsamında Magnus etkisi ile çalışan yalpa azaltıcı sistemin çalışma şekli parametrelere göre hesaplamalı ve deneysel olarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar ile yüzeyi pürüzsüz silindire sahip yalpa azaltıcı sistemin verimli olduğu çalışma şartları bulunmuştur. Öneriler kısmında yalpa azaltıcı sistemin verimini artırmak için yapılabilecek değişiklikler anlatılmıştır.
Özet (Çeviri)
Different systems have been designed to reduce rolling motions in marine vehicles. Each of these systems gives efficient results under certain boundary conditions. Today, marine vehicles have started to do new and different tasks. New missions have brought new constraints for marine vessels, and different roll reduction systems have to be designed for these constraints. Magnus effect roll stabilizer system continues to be developed as an alternative system for different maritime missions. Within the scope of the thesis, components of magnus effect roll stabilizing system were examined, and the design ranges in which it was efficient were explained. In Chapter 1, the operation of the system, the flow problem araund rotating cylinder and the development process of the roll stabilizer systems are explained. Magnus effect roll stabilizer system basically consists of two components. The first component of the system is the cylinder whose rotation direction and speed can be controlled, and the second component is the electric motor that provides the movement of the cylinders. Magnus lifting force is obtained by controlling the movement of the cylinder in the fluid area. With this force, the amplitude of the roll motion is reduced. The forced roll motion is mathematically modeled by a second order inhomogeneous differantial equation. The wave force, which is the primary cause of motion, and the Magnus force exerted by the roll damping system are represented on the right side of the differential equation. Magnus force changes direction in the same period as the roll motion, reducing the roll amplitude of the vessel. In Chapter 2, mathematical model of the roll motion is examined. In Chapter 3, the variation of the Magnus force depending on the parameters was examined by CFD analysis. According to Kutta – Joukowski lifting theory, the parameters affecting the Magnus lift force are shown. Fluent software was used for CFD analysis. Analyzes were performed at 1,2 m/s and 1,72 m/s fluid velocities for a 250 mm long and 50 mm diameter cylinder. The cylinder was rotated in the fluid at speed range of 800 – 2000 rpm. The turbulence model was made according to k – w theory. Layered mesh was modeled around the cylinder wall up to a certain level according to the y+ value. Fluid field is modeled with a rectangular mesh. As a result of the analysis, the lift force values created by the cylinder at a different rotation speeds were found. Experimental study was performed to evaluate the accuracy of the results obtained by CFD analysis. Model towing test was carried out in Ata Nutku Ship Model Laboratory and the lift force values created by the cylinders were found. Roll stabilizer system we produced as a prototype was mounted on a 2,65 m full length boat model. Model boat was moved at 1,2 m/s and 1,72 m/s velocities as in CFD analysis. At these speed values, the transverse waves created by the model boat are very few, depending on the Froude number. In this way, the Magnus lift force, which inclines the boat, is calculated more accurately. At each speed value, cylinders were rotated in the same rotation speed but in the opposite direction, and the instant heel angle values of the boat were transferred to the computer with the help of android device. Lift force values were calculated based on the model boat inclination angle values. The graphs of the data we obtained from numerical analysis and experimental study were drawn. Both towing tests were performed at different speeds but at the same cylinder rotational speeds. Lift force increased in direct proportion to the the icrease in speed. An increase in the lifting force was observed when the cylinder rotation speed was increased up to 1400 rpm. After this value, the increase in the rotational speed of the cylinder did not cause a change in the lifting force. Within the scope of the thesis, operation of Magus effect roll stabilizer system has been investigated computationally and experimentally according to the parameters. The results obtained were found to be operating conditions where the roll stabilizer system was efficient. In the recommendations section, changes that can be made to increase the efficiency of the roll stabilizer system are explained.
Benzer Tezler
- Magnus etkisi ile çalışan dairesel kesitli silindirik bir yalpa sönümleyici sistemin performansının tam ölçekli bir motoryat üzerinde hesaplamalı olarak incelenmesi
Investigation of the performance of a circular cross-section roll stabilizer system working with a Magnus effect on a full-scale motoryacht
DENİZ ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN AKYILDIZ
- Numerical investigation of inverse magnus effect on a circular cylinder by controlling azimuthal circulation distribution
Ters magnus etkisinin çevresel sirkülasyon dağılımı kontrolü ile dairesel silindir üzerinde sayısal olarak incelenmesi
ACAR ÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Havacılık Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERCAN ACARER
DOÇ. DR. BENI CUKUREL
- Genç sedanter bireylerde tip 1 lif oranı yüksek kaslara yönelik yapılan ilerleyici dirençli egzersizin aerobik kapasiteye etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of progressive resistance exercise targeting muscles with high rate of TYPE 1 fibers on aerobic capacity in young sedentary individuals
ELİF ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
FizyolojiKaradeniz Teknik ÜniversitesiFizyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET AYAR
- AA7075 matrisli cam elyaf takviyeli kompozitlerde fiber oryantasyonun mekanik özelliklere etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of fiber orientation on mechanical properties of AA7075 matrix glass fiber reinforced composites
SEÇKİN ALTUNBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiGazi ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAMAZAN ÇITAK
DR. HALİL KARAKOÇ
- Parotis bezi neoplazilerinde postoperatif yaşam kalitesinin incelenmesi
Investigation of quality of life after parotid neoplasm surgery
SERDAR DUMAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2010
Kulak Burun ve Boğazİnönü ÜniversitesiKulak Burun Boğaz Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET KIZILAY