Gemi Direncinin Telfer Yöntemi ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile İncelenmesi

Year 2019, Issue: 215, 43 - 56, 09.08.2019

Uğur Can Şakir Bal

Abstract

Gemi direnci hesaplamalarında çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Kullanılan başlıca yöntemler Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) uygulamaları, diğer sayısal yaklaşımlar, deneysel ve istatistiksel yöntemlerdir. Hesaplamalar, geminin farklı hızlarında ve tasarımla ilgili iyileştirmelerin yapılabilmesi için farklı operasyonel şartlarında gerçekleştirilebilir. Dolayısıyla hesaplama yönteminin sistematik ve çok tekrarlı bir biçimde uygulamaya müsait olması istenir. Bundan dolayı, HAD yöntemi yaygın şekilde uygulanmaktadır. HAD yöntemi ile gerçek gemiye ait toplam direncin hesaplanması bilgisayar teknolojilerinin ilerlemesi sayesinde mümkün olabilmiştir. Fakat günümüzde hala HAD ile gerçek gemi toplam direncinin hesaplanması, yüksek hesaplama gücü ve uzun zaman gerektirdiği için yaygın şekilde uygulanmaz. Genellikle model ölçeğinde toplam direnç hesaplamaları gerçekleştirilir ve ardından model ölçeğindeki sonuçlar ekstrapolasyon tekniği ile gemi ölçeğine taşınır. En yaygın olarak kullanılan ekstrapolasyon yöntemleri; International Towing Tank Conference (ITTC) 1957, Hughes-Prohaska ve ITTC 1978’ dir. Bu üç yöntemin de ortak özelliği, toplam direnci bileşenlerine ayırmasıdır.

Gemi direnç hesaplamaları için çok önce geliştirilmiş bir başka yöntem ise Telfer GEOSIM (GEOmetrically SIMilar) yöntemidir. Telfer yöntemi ile geometrik ve kısmi dinamik benzerliğe sahip farklı ölçek oranlarındaki model gemiler için toplam direnç katsayıları elde edilir. Bütün modellerin Froude (Fr) sayıları aynı iken Reynolds (Re) sayıları farklıdır ve Reynolds sayısına karşılık, elde edilen toplam direnç katsayıları ile bir eğri oluşturulur. Ardından gerçek gemi direnci basit bir ekstrapolasyon yoluyla elde edilir. Telfer yöntemini diğer yöntemlerden ayıran en önemli özellik, toplam direnci bileşenlerine ayırma işlemi olmaksızın, toplam gemi direncinin hesaplanabiliyor olmasıdır. Gemi direnci için geliştirilen yöntemler arasında Telfer yönteminin daha hassas sonuçlar veren bir yöntem olduğu bilinmektedir. Ancak bu yöntem, farklı ölçeklerde model imalatına ve model deneyleri yapılmasına ihtiyaç duyduğundan deneysel olarak pahalı bir yöntem olmuştur. Bu çalışmada, toplam gemi direncinin, direnci bileşenlerine ayırmaksızın hassas bir şekilde hesaplanabildiği bir yöntemin elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda Telfer GEOSIM yöntemi HAD yardımıyla uygulanmıştır. Hesaplamalar, gemi hidrodinamiği konusunda kullanılan referans tekne formlarından Duisburg Test Case (DTC) teknesi için yapılmıştır. HAD analizleri başlangıcında, ağdan bağımsızlık çalışması tek bir ölçek için gerçekleştirilmiş ve elde edilen çıktılar, diğer ölçeklere model boyları ile orantılı şekilde uygulanmıştır. Telfer yönteminde model deneylerinin yerini HAD analizleri almıştır. Ardından Telfer yöntemi modifiye edilerek, hassasiyeti arttırılmış ve daha efektif bir hale getirilmiştir.

Keywords

Gemi Direnci, HAD, Telfer GEOSIM, Reynolds Benzerliği, Froude Benzerliği.

References

• Aydın, M. (2018). Gemi Direnci ve Sevki-111 Çözümlü Problem. İstanbul: TMMOB Gemi Mühendisleri Odası Yayını. Bal, Ş. (2008). Prediction of Wave Pattern and Wave Resistance of Surface Piercing Bodies by a Boundary Element Method. International Journal for Numerical Methods in Fluids. Vol. 56, Issue 3, pp: 305-329. Baykal, R. (2015). Gemi İnşaatı ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Tarihi. Istanbul: İTÜ Vakfı Yayınları. Bertram, V. (2012). Practical Ship Hydrodynamics. Butterworth Heinemann. Can, U. (2019). Gemi toplam direncinin Telfer ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile hesaplanması. (Yüksek lisans tezi). İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. Çelik, F. (2014). Gemi Direnci ve Sevki Ders Notları, Yıldız Teknik Üniversitesi. Çelik, İ.B., Ghia, U., Roache, P.J., Freitas, C.J., Coleman, H. ve Raad P.E. (2008). Procedure for Estimation and Reporting of Uncertainty Due to Discretization in CFD Applications. J. Fluids Eng. 130, 078001. Doğrul, A. (2015). Gemi direnci ve serbest yüzey deformasyonlarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi. (Doktora tezi). Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. Froude, W. (1872). Experiments on the surface-friction experienced by a plane moving through water, 42nd Report of the British Association for the Advancement of Science, Brighton. Froude, W. (1874). Report to the Lords Commissioners of the Admiralty on experiments for the determination of the frictional resistance of water on a surface, under various conditions, performed at Chelston Cross, under the Authority of their Lordships, 44th Report of the British Association for the Advancement of Science, Belfast. Holtrop, J. (1984). A statistical re-analysis of resistance and propulsion data. International Shipbuilding Progress. Vol. 31. ITTC. (2002). Recommended Procedures Method 7.5-02-02-02: Resistance, Uncertainty Analysis, Example for Resistance Test. 23rd Int. Towing Tank Conf. ITTC. (2011). - Recommended Procedures and Guidelines 7.5-03-02-03. Practical Guidelines for Ship CFD. 26th Int. Towing Tank Conf. ITTC. (2017). Recommended Procedures and Guidelines 7.5-02-03-01.4: 1978 ITTC Performance Prediction Method. 28th Int. Towing Tank Conf. Kınacı, Ö.K., Sukas, Ö.F. ve Bal, Ş. (2016). Prediction of Wave Resistance by a RANSE based CFD Approach. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part M, Journal of Engineering for the Maritime Environment, Vol. 230, Issue 3, pp: 531-548. Larrson, L. Ve Raven, H.C. (2010). Ship Resistance and Flow (Principles of Naval Architecture Series). SNAME Publications, USA. Moctar, O. el, Shigunov, V. ve Zorn, T. (2012). Duisburg Test Case: Post-Panamax Container Ship for Benchmarking. Sh. Technol. Res. 59, 50–64. Moctar, O. el, Sigmund, S., Ley, J. ve Schellin, T.E. (2016). Numerical and Experimental Analysis of Added Resistance of Ships in Waves. J. Offshore Mech. Arct. Eng. 139, 011301. Molland, A.F., Turnock, S.R. ve Hudson, D.A. (2007). Ship Resistance and Propulsion. Cambridge University Press. Özdemir, Y.H., Çoşgun, T., Doğrul, A. ve Barlas, B. (2016). A Numerıcal Application to Predict the Resistance and Wave Pattern of Kriso Container Ship. Brodogradnja, 67 (2), 47-65. RINA (1977). The Transaction of The Royal Institution of Naval Architects. 119, pp. lxvi–lxvii. Shigunov, V., el Moctar, O., Papanikolaou, A., Potthoff, R. ve Liu, S. (2018). International benchmark study on numerical simulation methods for prediction of manoeuvrability of ships in waves. Ocean Eng. 165, 365–385. Sigmund, S. & el Moctar, O. (2017). Numerical and experimental investigation of added resistance of different ship types in short and long waves. Ocean Eng. 147, 51–67. Telfer, E.V. (1927). Ship resistance similarity. Transactions of the Royal Institution of Naval Architects, Vol. 69. Telfer, E.V. (1928/29). Frictional resistance and ship resistance similarity. Transactions of the North East Coast Institution of Engineers and Shipbuilders. Telfer, E.V. (1951). Further ship resistance similarity. Transactions of the Royal Institution of Naval Architects, Vol. 93. Uslu, Y. ve Bal, Ş. (2008). Numerical Prediction of Wave Drag of 2-D and 3-D Bodies Under or on a Free Surface. Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences. Vol. 32, pp:177-188. Walker, F. M. (2010). Ships and shipbuilders: Pioneers of design and construction. Seaforth Publishing. Yılmaz, T. (ed) (2011). Gemi Mühendisliği El Kitabı. İstanbul: TMMOB Gemi Mühendisleri Odası Yayını.