Gemi Direnci ve Sevk Performansının Gemi Ölçeğinde Seyir Testleri ile Sayısal Doğrulaması

Abstract

Yıllardır gemi sevk performansının sayısal doğrulaması, genellikle model ölçeğindeki gemi deney sonuçları ile karşılaştırılarak yapılmaktadır. Gemi model deney havuzlarında gerçekleştirilen bu deneylerde gemi ölçeğini değiştirmek oldukça zor ve zahmetli iken, gelişen teknoloji ve artan hesaplama gücüyle nümerik analiz ve modellemeleri tam gemi ölçeğinde gerçekleştirmek daha makul hale gelmiştir. Bu durum aynı zamanda, ölçeklendirme sebebiyle ortaya çıkan ve akış dinamiklerinin tahminindeki belirsizlikleri ve model ölçeğinden gemi ölçeğine geçişteki ampirik hesaplamalardaki belirsizlikleri de ortadan kaldırmaktadır. Ne yazık ki, gemi ölçeğindeki sayısal sonuçları doğrulamak amacıyla, uygun deniz koşullarında ve yüksek kalitede verilerin ölçülebilmesi için gerçekleştirilen gemi seyir testleri sonuçlarına ulaşmak konusunda bazı zorluklar yaşanmaktadır. Bunun üstesinden gelmek için Lloyd Register (LR) bünyesindeki Gemi Performansı Grubu, bir kargo gemisi ile gerçekleştirilen gemi seyir testlerinin deneysel sonuçlarını, gemi ölçeğinde Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemlerinin güvenilirliğini arttırmak ve nümerik modelleme araçlarının kabiliyetlerinin değerlendirilmesi amacıyla bir çalıştay vasıtasıyla paylaşmıştır. Bu çalışmada, LR çalıştayında sunulan tam gemi ölçeğindeki gemi direnci, açık su pervane performansı, gemi sevki, pervane performansı ve pervane kavitasyonu konularındaki sayısal doğrulama çalışmaları sunulmaktadır. Sayısal hesaplamalar, çalıştayın başında sonuçlar bilinmeksizin (kör bir şekilde) gerçekleştirilmiş olup, simülasyonlar esnasında ticari bir Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) türbülans ve Volume of Fluid (VoF) modeli kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Pervane kavitasyonunun hesaplanması için ise Schnerr-Sauer kavitasyon modeli kullanılmıştır. Gemi sevki analizlerinde pervane dönüşünün tanımlanabilmesi için kayan çözüm ağı (sliding mesh) yaklaşımı kullanılmıştır. Geminin kendi kendini sevk noktası, sabit pervane dönüş hızı (çalıştay tarafından sağlanan veriler arasındadır) ile gemi hızı değiştirilerek tespit edilmiştir. Nümerik olarak tahmin edilen pervane kavitasyon görselleri, gemi seyir deneyleri esnasında kaydedilen gerçek fotoğraflar ile karşılaştırılmıştır. HAD yöntemi kullanılarak analiz edilen tüm vakalar, deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmış olup, gemi direnci, açık su pervane performansı, güç ve kavitasyon tahminleri açısından oldukça iyi sonuçlar elde edilmiştir.