Yalpa sönümünün gemi kesiti için deneysel ve sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Yalpa hareketinin doğru bir şekilde tahmin edilmesi operasyon ve güvenlik sebeplerinden dolayı büyük önem taşımaktadır. Rezonans bölgesinde gemi yüksek genlikli yalpa hareketine maruz kalabilir ve bu da geminin devrilmesine, yükün kaymasına, güverte yüklerinin hasara uğramasına ve istenmeyen diğer sonuçlara neden olabilir. Yalpa hareketi haricindeki diğer gemi hareketleri potansiyel teori yardımıyla doğru bir şekilde tahmin edilebilir. Bunun sebebi, diğer gemi hareketlerinden farklı olarak, viskoz sönümün özellikle rezonans bölgesinde yalpa hareketinde önemli bir etkiye sahip olmasıdır. Viskoz yalpa sönümünü hesaplamak için deney sonuçları kullanılarak ampirik veya yarı ampirik formüller geliştirilmiştir. Bu formüllerden en doğru sonuç vereni ve yaygın olarak kullanılanı, Ikeda metodu olarak bilinen ve yalpa sönümünü beş ayrı bileşene ayırarak hesaplayan yöntemdir. Bu yöntem belli tipte bir gemi kullanılarak geliştirilmiştir ve her bir parametre için belli aralıklar belirlenmiştir. Bu sebepten dolayı yeni tipte bir gemi kullanıldığında ve verilen aralığın dışında bir parametre belirlendiğinde yöntem gerçeğinden farklı değerler vermektedir. Yalpa sönümünü en doğru şekilde hesaplamanın yolu model deneylerdir. Ancak pahalı ve zaman aldığından dolayı farklı tip gemi veya yalpa omurgası için araştırma yapmayı zorlaştırmaktadır. Gelişen teknolojiyle beraber bilgisayar hesaplama hızındaki artış, yalpa sönümü hesabında Reynold averaged Navier-Stokes (RANS) denklemlerini sayısal olarak çözen Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) programlarının kullanılmasını yaygın hale xvi getirmiştir. RANS çözücüler sınır tabakalardaki girdap oluşumları, girdap saçılışları ve türbülans etkileri gibi viskoz sönümün ana fiziksel unsurlarını içerir ve doğru sonuçlar almamızı sağlar. Bunlara ek olarak deneylere kıyasla daha ekonomiktir ve daha kısa sürede analiz yapılmasını sağlar. Bu çalışmada serbest yüzey etkisi altında zorlanmış yalpa hareketi yapan yalpa omurgasına sahip iki boyutlu gemi kesiti etrafındaki akış RANS çözücü kullanılarak incelenmiştir. Yalpa sönüm katsayıları sayısal olarak hesaplanmış ve yapılan deneylerle de karşılaştırılarak yalpa sönüm katsayısının sayısal olarak doğru bir şekilde hesaplanabildiği gösterilmiştir. Çeşitli parametreler (yalpa frekansı, yalpa açısı, gemi su çekimi ve yalpa omurgası genişliği) için deneysel ve sayısal analizler yapılarak bu parametrelerin yalpa sönümüne etkisi gösterilmiştir. Ayrıca sığ su çekimi ve geniş yalpa genlikleri gibi Ikeda metodunun yetersiz kaldığı koşullar için hesaplamalar yapılmış ve metodun bu koşullarda neden farklı sonuçlar verdiği incelenmiştir. Viskoz sönüme neden olan tekne ve yalpa omurgası etrafındaki girdap oluşumları ve girdap saçılışları RANS çözücü yardımıyla gösterilmiş ve yalpa sönümüne etkisi incelenmiştir.