Savaş gemilerinde makine dairesi yangınlarının sayısal olarak incelenmesi
Numerical modelling of engine room fires for naval ships
Yazar: HALİL KAAN GÖZALAN
Danışman: PROF. DR. SELMA ERGİN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Akışkanlar dinamiği = Fluid dynamics ; Makine yerleştirme = Machine layout problem ; Savaş gemileri = Naval ships ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; Yangın = Fire ; Yangın algılayıcıları = Fire sensors ; Yangın davranışı = Fire behavior ; Yangın güvenliği = Fire safety ; Yangın söndürme = Fire extinguishing ; Yanma eğrisi = Combustion curve

Özet:
Savaş gemisi ya da herhangi bir tipte ticari geminin karşılaşabileceği en tehlikelidurumlardan biri yangın olgusudur. Genel gemi emniyetini etkileyen faktörlerkabaca seyir emniyeti, yangın emniyeti, cihaz ve eçhizelerin düzgün ve dizaynlimitleri arasında çalışması, personelin eğitimi sayılabilir. Sayılan bu faktörlerdenherhangi birinde yaşanabilecek bir aksaklık yangına sebebiyet verebilir.Bu çalışmada üç farklı tipte savaş gemisine ait makine dairelerinde; iki farklımevkide ve üç farklı büyüklükte oluşabilecek yangınlar sürekli ve zamana bağlıyangın modelleri kullanılarak incelenmiştir. İncelemede basınç, hız ve sıcaklıkdağılımları hesaplanarak, karşılaştırılmıştır.Her bir makine dairesi için iki farklı mevkide (orta ve perde kenarı) ve üç farklıyangın büyüklüğünde (0.5, 1 ve 3 MW) altı adet yangın senaryosu oluşturulmuş, üçmakine dairesi için sürekli durumda toplam 18 farklı yangın senaryosu incelenmiştir.Zamana bağlı çözümler için ise bir mevki (orta) ve bir yangın büyüklüğü (0.5 MW)olmak üzere toplam üç farklı yangın senaryosu incelenmiştir.Makine dairelerinin geometrisi ve hesaplama ağı için Gambit 2.3 ve korunumdenklemlerinin sayısal çözümü için ise Fluent 6.3 programları kullanılmıştır.Değişik kabullerin ve sınır şartlarının sonuçlara etkilerini görmek üzere makinedairelerinden biri seçilerek, belli bir yangın büyüklüğü için modellenmiştir.Hesaplamalar sırasında basit bir makine dairesi modelinden başlanarak gerçekduruma model adım adım geliştirilerek yaklaşılmıştır. Modelin doğruluğu, literatürdemevcut deneysel sonuçlardan yararlanılarak gösterilmiştir.Sürekli durum yangın modelleri sonucu; üç savaş gemisinin de havalandırmaaçıklıklarının yetersiz kaldıkları, sistemlerin ve cihazların makine dairesi içersindekiyerleşimlerinin, yangının yayılmasını etkilediği, boyutları oranında soğuk havagirişini engelleyebildikleri ya da yönünü değiştirdiği, yangının başlangıç mevkisinebağlı olarak yayılma hattını belirlediği, perde yangınlarının orta mevkii yangınlarınaoranla yangının daire üzerindeki etkisini azalttığı görülmüştür.Zamana bağlı yangın modeli sonucunda sahil güvenlik gemisi personeli yangınamüdahale edemezken, mayın avlama ve fırkateyn sınıfı savaş gemisi personelikoruyucu teçhizata ihtiyaç duymadan yangına müdahale edebilmektedir. Bu durummakine dairesi boyutlarının ve dizaynının, yangının yayılmasını ve yangınlamücadeleyi nasıl etkilediğini göstermektedir.

Abstract:
Naval ship or any type of commercial ship, the phenomenon of fire is one of the mostdangerous situations the ship encountered in her life cycle. The safety of cruise, firesafety, smooth operation of systems and devices, and training level of the crew arethe main factors that affect the overall safety of a ship. Even any small problem inthese factors can cause a fire.In this study, engine room fires for three different naval ships were modelled byusing steady and time-dependent fire models, with two different fire positions andthree different energy release rates. The distributions of the pressure, velocity,temperature, and turbulent kinetic energy were calculated for the steady and unsteadyconditions.For each warship, six different steady state fire scenarios were studied by consideringtwo different fire positions (in the center and bounded to the wall), and threedifferent heat release rates (0.5, 1 and 3 MW). For unsteady calculations, with oneposition (in the center) and one heat release rate (0.5 MW) totaly three engine roomfire scenarios were modelled.The main machinery spaces of each warship were meshed in Gambit version 2.3. Forthe solutions of the conservation, turbulence and radiation equations, Fluent version6.3 CFD package was used.To determine the effects of different assumptions and boundary conditions on theresults, one of the engine room was selected and an engine room fire was modelled atthe steady state condition for the heat release rate of 0.5 MW and the position of thefire was in the centre of the engine room. At first, the empty engine room withadiabatic walls was considered. Later, the engines and tanks placed in the engineroom, however the surfaces were still adiabatic. And so on the real situation of theengine room has been approached step by step manner. The fire model is validatedby using the available experimental data for the enclosed compartment fire tests inthe literature.The results of engine room fire scenarios in steady state condition were reveals, thefires which has the same heat release had different behavior at the machinery spacesthat had different dimensions and layout plans. It is showed that the some of theengine rooms had inadequate openings to evacuate the hot gases and smoke. Thesystems which are in the machinery space influence the fire spread in the machineryspace and prevent the entrance of cold air into the engine room. Besides, differenteffects of the fires observed which has the same heat release rate but at the differentposition (in the center and bounded to the wall).The results of unsteady engine room fire scenarios reveals that the coast guard ship?smain machinery space?s ambient temperature was too high for fire-fighting efforts.