Pervane jeti etkisinde akım alanının PIV tekniği ile araştırılması
Investigation of the flow field induced by propeller jet using PIV technique
- Tez No: 958921
- Danışmanlar: PROF. DR. HAVVA ANIL GÜNER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Gemi pervaneleri, Jet akışı, Parçacık görüntülemeli hız ölçümü, Ship propellers, Jet flow, Particle imaging velocimetry
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kıyı ve Liman Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, serbest dönen bir gemi pervanesinin rijit bir taban üzerinde oluşturduğu jet akımının üç boyutlu yapısı, Parçacık Görüntüleme Hız Ölçümü (PIV) tekniği kullanılarak detaylı bir şekilde incelenmiştir. Farklı pervane çapları (6.5, 10 ve 13 cm), devir sayıları (590, 670 ve 745 rpm) ve açıklık yükseklikleri (10 ve 15 cm) ile toplam on sekiz farklı deney konfigürasyonu oluşturulmuştur. Bu konfigürasyonlar kapsamında, akımın eksenel ve yanal hız bileşenleri, Reynolds gerilmeleri, türbülans yoğunlukları ve taban üzerindeki kayma gerilmesi dağılımları değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, pervane jet akımının gelişim sürecine bağlı olarak üç karakteristik bölgeye ayrıldığını (serbest jet, geçiş bölgesi ve duvar jeti); jetin genişleme açısının pervane devir sayısı ile doğrusal olarak arttığını; ayrıca açıklık oranının (G/Dₚ) akım yapısında belirleyici bir rol oynadığını ortaya koymuştur. Jetin rijit tabanla etkileşimi sonucunda oluşan Coandă etkisi nedeniyle akımın alt sınır yüzeyine yönelme eğiliminde olduğu; bu durumun taban yakınında enerjinin hapsolmasına ve türbülans yapılarının asimetrik gelişmesine neden olduğu gözlemlenmiştir. Pervane ekseni boyunca ölçülen hız profillerinde,göbek etkisine bağlı olarak çift tepeli yapılar ortaya çıkmıştır. Reynolds gerilmelerinin, eksenel hız gradyanı ile pozitif yönde korelasyon gösterdiği tespit edilmiştir. Ayrıca pervane dönüş yönünün, yanal hız profillerinde S-şeklinde asimetrik dağılımlar oluşturduğu belirlenmiştir. Pervane jet akımı boyunca, tabandaki kayma gerilmesi geçiş bölgesine kadar düzenli bir artış göstermiş; bu bölgede yaklaşık dört katına çıkarak en yüksek değerlere duvar jeti bölgesinde ulaşmıştır. Duvar jeti bölgesinin x/Dₚ ≈ 3.3G/Dₚ konumunda oluştuğu görülmüştür. Bu kayma gerilmesi, merkez eksende yoğunlaşmakta ve yanal eksenlere doğru azalmaktadır. Deneysel veriler, mevcut teorik modellerin (özellikle Maynord, 2000) düşük açıklık oranlarında akım yapısıyla uyumlu sonuçlar verdiğini; ancak yüksek açıklık oranlarında belirgin sapmalar gösterdiğini ortaya koymuştur. Bu doğrultuda, çalışmada sürtünme katsayısı (Cf), açıklık yüksekliği (G) ve jet çıkış hızı (U₀) gibi parametreleri içeren yeni bir ampirik model önerilmiştir. Söz konusu modelin kıyı-liman yapılarının güvenli tasarımında mühendislik uygulamalarına katkı sağlaması beklenmektedir.
Özet (Çeviri)
This study investigates the three-dimensional structure of jet flow generated by a freely rotating marine propeller over a rigid bed using the Particle Image Velocimetry (PIV) technique. Eighteen experimental configurations were developed by varying propeller diameters (6.5, 10, and 13 cm), rotational speeds (590, 670, and 745 rpm), and gap heights (10 and 15 cm). The flow's axial and lateral velocity components, Reynolds stresses, turbulence intensities, and bed shear stress distributions were analyzed. The results indicate that the propeller jet evolves through three characteristic regions (free jet, transition region, and wall jet); that the jet spreading angle increases linearly with the propeller rotation speed; and that the clearance ratio (G/Dp) plays a decisive role in the flow structure. The interaction of the jet with the rigid bed induces the Coandă effect, which deflects the flow toward the bed, resulting in energy confinement and asymmetric turbulence near the wall. Velocity profiles along the propeller axis revealed a dual peak structure caused by hub effects. Reynolds stresses were positively correlated with axial velocity gradients. The direction of propeller rotation produced S-shaped asymmetries in lateral velocity distributions. Bed shear stress increased steadily along the jet path, peaking in the wall jet region, with a maximum observed around x/Dₚ ≈ 3.3G/Dₚ. The highest shear values were concentrated near the centerline and decreased toward the sides axis. Experimental findings showed that existing theoretical models (particularly Maynord, 2000) aligned well with low gap height ratios but diverged at higher ones. Based on these results, a new empirical model was proposed incorporating parameters such as friction coefficient (Cf), clearance height (G), and jet exit velocity (U₀). This model aims to support engineering applications, particularly in evaluating propeller-induced scour risk and ensuring the safe design of coastal and port structures.
Benzer Tezler
- Pervane jeti etkisinde kazıklı yapı etrafındaki akım alanının pıv tekniği ile araştırılması
Investigation of the flow field around the piled structure induced by propeller jet using piv technique
BATUHAN GÜREK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YEŞİM ÇELİKOĞLU
PROF. DR. YALÇIN YÜKSEL
- Batık jet akımı etkisinde bir kazık etrafındaki akım alanının hidrodinamiği
Hydrodynamics of flow around a pile under submerged jet
EĞMEN ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YEŞİM ÇELİKOĞLU
- Pervane jet akımı etkisindeki deniz tabanı sediment hareketinin deneysel ve sayısal araştırılması
Experimental and numerical investigation of marine sediment movement under propeller jet effect
CANSU ÖZYAMAN
Doktora
Türkçe
2022
İnşaat MühendisliğiEge Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELİM ALTUN
DOÇ. DR. MUSTAFA DOĞAN
- Tip Region Enhancement of a Pumpjet Propulsor with Circumferential Casing Grooves For Cavitation Reduction
Pumpjet İtki Sistemlerinde Kavitasyon Azaltımı Amacıyla Çevresel Yiv Kullanılarak Uç Bölgesinin İyileştirilmesi
SEFA GÖNÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. ALİM RÜSTEM ASLAN
- Kazık grubunda pervane jeti etkisinde oyulmanın araştırılması
Propeller jet scour around pile groups
ELİF ŞEN ÇAP
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YEŞİM ÇELİKOĞLU