Hidrofoillerde Büküm, Yüzey Olukluluğu ve Giriş Ucu Tüberkül Etkilerinin Kavitasyonlu Akış Koşullarında Deneysel ve Sayısal Olarak İncelenmesi


Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, GEMİ İNŞAATI VE GEMİ MAKİNELERİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2025

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: Sinem ÖKSÜZ

Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Fahri Çelik

Eş Danışman: Onur Usta

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

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.