Denizde petrol kirliliği yayılımının önlenmesine yönelik bir pnömatik bariyer tasarımı
Design of a pneumatic barrier to prevent the spread of oil pollution at sea
Yazar: CANBERK HAZAR
Danışman: PROF. DR. ALİ CEMAL TÖZ
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi Makineleri İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Denizcilik = Marine ; Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Bir petrol kirliliğine müdahale sürecinde poliüretan ve polipropilen geleneksel petrol tutma bariyerlerinin etkinliği oldukça düşüktür. Ayrıca mevcut geleneksel petrol tutma bariyerlerinin maliyetleri yüksek ve petrol kirliliğinin yayılmasını engellemek için gereken acil müdahale performansları kötüdür. Bu çalışmanın amacı, petrolün yayılmasını önlemek için en yaygın olarak kullanılan, en geniş malzeme yelpazesine ve müdahale esnekliğine sahip poliüretan ve polipropilen geleneksel petrol tutma bariyerlerinin zayıflıklarını ortadan kaldırmak üzere maliyet etkin ve zaman tasarrufu sağlayacak bir alternatif tasarım ortaya koymaktır. Bu çalışmada sistematik deneysel ve sayısal simülasyonlar yapılarak hava kabarcığı bariyerinin petrol sızıntısının yayılmasını önleme verimliliği üzerindeki etkileri açıklık çapı, hava deşarjı ve kirletici türü değiştirilerek analiz edilmektedir. Deneyin gerçekleştirilmesine yönelik deney havuzu içerisine üstünde belirli aralıklarla hava çıkışını sağlayacak çıkış çapı ayarlanabilir nozul monte edilmiş sabit püskürtme devresi ile sisteme hava tedarik edecek bir kompresör kullanılacaktır. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) simülasyonu kapsamında, Star CCM+ yazılımında hava, su ve kirleticilerden oluşan çok fazlı bir akış, akışkan hacmi (VOF) tekniği ile sonlu hacim yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Hava kabarcıkları üreten boru, deney düzeneğinin yanından 1,8 m uzaklıkta tankın tabanına sabitlenmiştir. Aynı zamanda sayısal ve deneysel simülasyonlar Ortalama Mutlak Yüzde Hata (MAPE) puanı kullanılarak doğrulanmıştır. Açıklık çapının, hava deşarjının ve kirletici tipinin, hava kabarcığı bariyerinin petrol tabakasının yayılmasındaki etkinliğini önemli ölçüde etkilediği ortaya çıkmıştır. Hava deşarjının, hava kabarcığı bariyerinin etkinliğini diğer parametrelere göre daha fazla etkilediği görülmektedir. Bu çalışma, petrol sızıntılarının yayılmasını önlemek için bir araç olarak önerilen hava kabarcığı bariyerinin fizibilitesinin giderek umut verici hale geldiğini ortaya çıkarmıştır.

Abstract:
The effectiveness of traditional polyurethane and polypropylene oil containment barriers in an oil pollution response process is quite low. In addition, existing conventional oil containment barriers are costly and have poor emergency response performance to contain the spread of oil pollution. The aim of this study is to present a cost-effective and time-saving alternative design to overcome the weaknesses of the traditional oil containment polyurethane and polypropylene barriers, which are the most widely used and have the widest range of materials and response flexibility to prevent oil spills. In this study, systematic experimental and numerical simulations are performed to analyze the effects of the air bubble barrier on the efficiency of preventing the spread of oil spills by changing the aperture diameter, air discharge, and pollutant type. In order to carry out the test, a compressor will supply air to the system with a fixed spray circuit with an adjustable nozzle with an outlet diameter that will provide an air outlet at certain intervals on the test pool. In the context of a computational fluid dynamics (CFD) simulation, a multiphase flow consisting of air, water, and pollutants is being studied using the finite volume method with the VOF technique in the Star CCM+ software. The pipe generating air bubbles is fixed at the bottom of the tank at 1.8 m from the side of the experimental setup. At the same time, the numerical and experimental simulations have been verified and validated using the MAPE score. It turns out that aperture diameter, air discharge, and pollutant type significantly affect the effectiveness of the air bubble barrier in spreading the oil slick. Air discharge appears to affect the effectiveness of the air bubble barrier more than other parameters. This study has revealed that the feasibility of the suggested air bubble barrier as a tool for preventing the spread of oil spills is becoming increasingly promising.