Gemi direnç ve sevk performanslarının GEOSIM yöntemi, deneysel ve hesaplamalı akışkan dinamiği ile analizi
Analysis of ship drag and propulsion performances with GEOSIM method, experimental and computational fluid dynamics
Yazar: CİHAD DELEN
Danışman: PROF. DR. ŞAKİR BAL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Askeri gemiler = Naval ships ; Viskoz direnç = Viscous drag

Özet:
Prof. E. V. Telfer tarafından 1927 yılında ortaya atılan GEOSIM yönteminin temel uygulama alanı gemi direnci üzerinedir. Bunun için farklı ölçek değerlerine sahip geometrik olarak benzer modellerin Froude (Fr) benzerliği ile gerçekleştirilen direnç deneylerinden elde edilen toplam direnç katsayısının (CT) Reynolds (Re) sayısı ile olan ilişkisi C_T=a⁄〖〖(log〗⁡〖Re)〗〗^x +b eşitliği üzerinden belirlenir. Mevcut GEOSIM yönteminde x=1/3 kabul edilir ve en az iki farklı model deneyinden elde edilen CT değerleri kullanılarak a ve b değişkenleri hesaplanır. Ardından bu değişkenler ve ilgili geminin Re sayısı kullanılarak gemi ölçeğinde CT değeri elde edilir. GEOSIM yönteminin güvenilirliği ve doğruluğu, mevcut ITTC yöntemlerinden farklı olarak gemi direncini bileşenlerine ayırmadan incelediği ve uygulanma aşamasında kabulleri daha az olduğu için yüksektir. Fakat geometrik olarak benzer en az iki farklı model üretimi, testlerinin gerçekleştirilmesi ve verilerin işlenmesi aşamalarından dolayı bu yöntem zor ve pahalıdır. Ek olarak, model deneylerinde ortaya çıkan akış benzerliğinin sağlanamaması ve duvar etkileri gibi problemlerden dolayı bu yöntemin uygulanması kısıtlıdır. Fakat günümüzde artan hesaplama gücü ve gelişmiş çözüm yöntemleri sayesinde iki veya daha fazla sayıda farklı ölçeğe sahip modellerin hidrodinamik özelliklerinin sayısal olarak incelenmesi model deneylerine göre oldukça hızlı ve ekonomiktir. Ayrıca bu çalışmada yöntem daha hassas ve doğru sonuç verecek bir hale de uyarlanmıştır. Uyarlanmış GEOSIM yöntemi en az üç model deneyi sonucuna ihtiyaç duymaktadır. Deney sonuçları ise model deneyleriyle fiziksel olarak çekme tankında değil Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yardımıyla sayısal çekme tankında gerçekleştirilen sayısal analizler neticesinde elde edilmektedir. Böylece model deneylerine göre daha ekonomik olup, zaman tasarrufu sağlamaktadır. Ardından, uyarlanmış GEOSIM yönteminin sadece gemi direnci üzerine değil, gemi formunun diğer özgün tasarım özellikleri ile Re sayısı arasındaki ilişkiyi gösterme amacıyla sistematik sayısal ve deneysel sonuçlar sunulmuştur. Böylelikle gemi ölçeği tahmininde, mevcut yöntemlere alternatif olarak GEOSIM yönteminin avantajları ve uygulanabilirliği gösterilmiştir. Bu amaç doğrultusunda akademik çalışmalarda sıklıkla kullanılan ve özellikleri itibariyle birbirinden farklı iki form tercih edilmiştir. Bu formlar tam takıntılı modern muharip bir gemi formu olan model 5613 olarak kodlanan Office of Naval Research Tumblehome (ONRT) ve modern bir Konteyner gemisi olan KRISO Konteyner Gemisi (KCS)'dir. Tam takıntılı ONRT formunun sayısal ve deneysel incelemeleri dizayn Fr sayısı olan 0.30'da gerçekleştirilmiştir. GEOSIM model ailesi üyelerinin ölçekleri, literatürde sonuçları olan λM1=48.9 ve bu çalışma için türetilen diğer ölçekler ise λM2=32.60 ve λM3=24.45 olarak seçilmiştir. GEOSIM model ailesi ve tam ölçek gemi için direnç, sevk analizleri sayısal olarak gerçekleştirilmiştir. Dümen takıntılı olan KCS formunun hidrodinamik incelemesi ise dizayn Fr sayısı olan 0.26'da sayısal olarak gerçekleştirilmiştir. KCS formunun GEOSIM model ailesinin üyeleri literatürde deneysel çalışmaları yapılan ölçekler tercih edilmiştir. Ölçek oranları sırasıyla λM1=60.75, λM2=37.89 ve λM3=31.60 olarak seçilmiştir. Her iki formun hem model ölçeklerinde hem de tam ölçekte direnç ve sevk incelemesi sayısal olarak gerçekleştirilmiştir. Hem KCS hem de ONRT formlarının GEOSIM yönteminin ihtiyaç duyduğu üç model deneyi sonuçları kullanılarak tam ölçek formlarına ait sonuçlar uyarlanmış GEOSIM yöntemi ile tahmin edilmiştir. Her bir formun model değerleri ITTC prosedürleri ile ayrı ayrı tam ölçek sonuçları tahmin edilmiştir. Son olarak GEOSIM ve ITTC yöntemlerinden elde edilen sonuçlar tam ölçekte gerçekleştirilen HAD analizi ile karşılaştırılmıştır.
İTÜ Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarında ONRT formunun temel hidrodinamik özelliklerinin belirlenmesi için deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. ONRT formunun takıntısız formundan başlayarak her bir takıntı eklenerek direnç üzerinde takıntı etkisi incelenmiştir. Fr=0.20'de toplam direncin %79.21'ini takıntısız gövde, %7.10'unu dümenler, %8.78'ini şaftlar ve braketler, 4.91'ini ise yalpa omurgası oluşturmaktadır. Fr=0.30'da ise toplam direncin %81.27'ini takıntısız gövde, %4.30'unu dümenler, %10.09'unu şaftlar ve braketler, 4.34'ünü ise yalpa omurgalarından oluşturmaktadır. Nihai inceleme koşulu olan takıntılı ONRT formunun tekrarlı testleri neticesinde belirsizlik analiziyle birlikte toplam direnci Fr=0.20'de (RT) 4.615 ± %1.098 N, Fr=0.30'da ise RT değeri 11.121 ± %0.636 N olarak ölçülmüştür.  ONRT modelinin İTÜ – AN'de ve IOWA – IIHR'de farklı zamanlarda farklı ölçüm sistemleriyle gerçekleştirilen direnç deneylerinin sonuçlarının kıyaslandığında ise Fr=0.20'de bağıl fark değeri %0.96 iken, Fr=0.30'da bağıl fark değeri -%0.34'tür. Takıntılı ONRT modelinin beş Fr sayısı için iki farklı boyuna düzlemden (y=0.49 m (y/LWL=0.1557) ve y=1.14 m (y/LWL =0.3623)) dalga yükseklikleri deneysel olarak ölçülmüştür. Bu çalışma ile ONRT'nin deneysel olarak ilk defa dalga yükseklikleri ölçülerek literatüre kazandırılmıştır. ONRT formunun İTÜ-AN'de pervane diskine gelen akış kalitesini ve özelliklerini incelemek için bilgisayar kontrollü bir pitot tüpü ile nominal iz ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Fr=0.20 için nominal iz katsayısı (wn) 0.919 olarak hesaplanırken, Fr=0.30 için wn değeri hafif bir artışla 0.934 olarak hesaplanmıştır. ONRT gövde formunun tekrarlı sevk testleri sonucunda Fr=0.20 için ONRT formunun sevk noktası 9.007 1/s, Fr=0.30 için ONRT formunun sevk noktası 14.103 1/s olarak ölçülmüştür. Fr=0.20'deki sevk noktası (n) değeri IIHR'in sevk noktası sonucundan %0.41 farklıyken, Fr=0.30'daki sevk noktası ise %2.90 farklıdır. Laboratuvarlar arası karşılaştırma sonucunda deneylerin tekrar üretilebilirliğinin yüksek olduğu ve elde edilen sonuçların literatürle uyumlu olduğu görülmüştür.
Dümen takıntılı KCS formunun GEOSIM yöntemi ile elde edilen tam ölçek CTS değeri tam ölçek HAD analizi sonucundan %0.53 farklı olarak tahmin edilmiştir.  GEOSIM model ailesinin her bir modeli tekil olarak ITTC prosedürleri uygulanarak tam ölçeğe ekstrapole edildiğinde ise CTS değerleri tam ölçek HAD sonucu ile yaklaşık %4.7-%5.0 farklı olarak tahmin edilmiştir. Tam takıntılı ONRT formunun GEOSIM model ailesinin sonuçlarından yola çıkarak tahmin edilen tam ölçek ONRT'nin CTS değeri GEOSIM yöntemiyle tam ölçek HAD analizi sonucundan %0.68 farklı tahmin edilmiştir. ONRT'nin GEOSIM modellerinin sonuçları tekil olarak tam ölçeğe ITTC prosedürleri ile aktarıldığında ise %-2.65 ile %-3.79 arası farkla tahmin edilmiştir. GEOSIM yönteminin, konvansiyonel ITTC yöntemine göre tam ölçek formun direnç karakteristiklerini belirlemede bariz üstünlüğü sayısal olarak gösterilmiştir. 
Model ailesinin anahtar parametresi ile Re sayısı arasındaki ilişkisiyi inceleyen GEOSIM yönteminde bu sefer anahtar parametre nominal iz karakteristiği (wn) seçilmiş ve GEOSIM yönteminin kabiliyeti incelenmiştir. Nominal iz, pervane hareketi veya pervane varlığı olmadan pervane düzlemine gelen akım olarak ifade edilir. GEOSIM model ailesinin ve tam ölçek KCS'nin x/LBP=0.9825'ine pervane çapı büyüklüğünde bir zahiri disk yerleştirilmiş ve eksenel hızlar sayısal olarak ölçülmüştür. GEOSIM yöntemi model ailesinin sonuçlarından yola çıkarak tam ölçekli KCS formunun nominal iz katsayısını tam ölçek HAD sonucuna %0.53 farkla tahmin etmiştir. Benzer inceleme bu sefer tam takıntılı ONRT formu için gerçekleştirilmiştir. GEOSIM model ailesi ve tam ölçek ONRT'nin pervane merkezi olan x/LWL=0.9267, y/LWL=±0.02661 ve z/LWL=-0.03565 ilgili formun pervane çapı kadar olan bir alanda nominal iz özellikleri sayısal olarak ölçülmüştür. GEOSIM yöntemi ile ONRT formunun nominal iz özelliklerini ise tam ölçek HAD sonucuna kıyasla %0.71 farkla tahmin etmiştir. GEOSIM yönteminin hem takıntısız hem de takıntılı form incelemelerin de başarılı sonuçlar verdiği gösterilmiştir. Bu çalışma ile nominal iz özellikleri üzerindeki ölçek etkisi nicelik olarak sunulmuş ve modelden gemiye nasıl değiştiği başarılı bir şekilde gösterilmiştir.
GEOSIM yönteminin temel gemi hidrodinamiği konularında/problemlerinde uygulanabilirliğinin araştırılmasına bu kısımda gemi-pervane uyumunu gösteren gemi efektif iz özelliklerinin (wT) tahmini incelenmiştir. Dümen takıntılı KCS formunun direnç karakteristiklerinin tahmininde kullanılan model ailesi ve tam ölçeği bu sefer KP505 pervanesiyle donatılıp sevk özellikleri HAD yöntemiyle belirlenmiştir. KCS formunun sayısal olarak hesaplanan tam ölçek wT değeri, GEOSIM yöntemiyle %2.42 bağıl farkla tahmin edilirken 1978 ITTC yöntemine göre ise %11.00 ile %25.00 arası bağıl farklarla tahmin edilmiştir. GEOSIM yönteminde viskoz etkilerin sonuçlar üzerindeki etkisini 1978 ITTC yöntemine göre daha başarılı bir şekilde incelediği ortaya konmuştur.
Çalışmanın son uygulaması ise GEOSIM yönteminin gemi performans karakteristikleri üzerinde davranışının detaylı olarak incelenmesidir. Bu amaçla direnç karakteristiklerinin tahmininde kullanılan GEOSIM model ailesi ve tam ölçek ONRT pervanesi ile donatılmış ve sevk testleri sayısal olarak Fr=0.30 için icra edilmiştir. Serbest çalışma koşulunda (free-running) itme kuvveti formun direnç kuvveti ile dengelendiği yerdeki sevk karakteristikleri (devir, itme ve moment) sayısal olarak ölçülmüştür. Ayrıca tam ölçek ONRT'nin sevk performansının 1978 ITTC prosedürü ile tahmini için sevk analizleri model deneylerine benzer olarak yüzey sürtünme düzeltmesi (FD kuvveti) de hesaplamalara dahil ederek tekrarlanmıştır. Sonuçlarda ise hem GEOSIM yöntemi hem de 1978 ITTC yöntemi, tam ölçek ONRT'nin istenen hızda sevk etmesi için gereken pervane devir hızını (nS) başarıyla tahmin etmiştir. Tam ölçek ONRT'nin KTS değerini GEOSIM yöntemi %0.50 farkla tahmin ederken, 1978 ITTC yöntemleri ise %3.00 civarı bir farkla tahmin etmiştir. Tam ölçek ONRT'nin KQS değerini GEOSIM yöntemi ile %0.80 farkla tahmin ederken, 1978 ITTC yöntemi %20.00 civarı büyük bir farkla tahmin etmiştir. Telfer'in GEOSIM yöntemi, bir geminin itme özelliklerini tahmin etmek için 1978 ITTC yöntemiyle benzer kesinliğe sahip olsa da moment özelliklerini tahmin etmede ITTC yöntemine göre daha güvenilir ve doğru sonuçlar sağladığı görülmüştür. 
GEOSIM yöntemi uygulaması sadece çıkış noktası olan gemi direnci konusunda değil aynı zamanda diğer gemi hidrodinamiği konularında (İz, sevk vs.) da uygulanabilirliği bu çalışma sayesinde gösterilmiştir. Böylece hem mevcut yöntemlere göre daha az kabulleri olan bir yöntemin genel uygulanabilirliği, sınırları gösterilmiş ve mevcut yöntemlere alternatif olarak sunulmuştur. Artık bu çalışma sayesinde HAD tabanlı uyarlanmış GEOSIM yönteminin deney ihtiyacını azalttığı ve mevcut yönteme alternatif olarak kullanabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
The main application area of the GEOSIM method, which was proposed by E. V. Telfer in 1927, is on ship resistance. The relation of the total resistance coefficients (CT) obtained from the resistance experiments performed with the Froude (Fr) similarity of geometrically similar models to the Reynolds number (Re) is determined by the C_T=a⁄〖〖(log〗⁡〖Re)〗〗^x +b. With the avaliable GEOSIM method assuming x=1/3, a and b variables are calculated by using the CT values obtained from at least two different model experiments. This equation is then recalculated according to the ship's Re number and the ship-scale CT value is obtained. Unlike the conventional ITTC methods, the GEOSIM method examines the ship resistance without separating it into its components. The reliability and accuracy of the method is high because less assumptions are made compared to available methods. Considering the test stages of at least two different model ships, model production, testing, and data processing, this method is difficult and expensive. Therefore, the use of the GEOSIM method has been very limited. The application of this method is limited due to problems such as flow dissimilarity and wall effects that occur in model tests. However, thanks to the increasing computational power and advanced solution methods, numerical hydrodynamic analysis of models with two or more different scales is performed faster and more cost-effective compared to model tests. In addition, the available method has been modified to get more sensitive and accurate results. The modified GEOSIM method requires at least three model test results. Model experiments, on the other hand, are obtained as a result of the analyses carried out in the numerical towing tank with the help of Computational Fluid Dynamics (CFD), instead of towing tank. Then, numerical and experimental results are presented in order to show the relationship between the Re number of the modified GEOSIM method not only on the ship resistance but also on the other unique design features of the ship form. Thus, the advantages and applicability of the GEOSIM method as an alternative to available methods in ship scale prediction are presented. 
For this purpose, two hull forms, which are frequently used in academic studies and differ from each other in terms of their characteristics, were preferred. The first hull type is the Office of Naval Research Tumblehome (ONRT), coded model 5613, a fully appended modern warship form with 10° tumblehome sides and transom stern. The second hull is the KRISO Container Ship (KCS), a modern design of container ships with bulbous bow frequently used in academic studies and providing validation data for numerical models. Numerical and experimental studies of the fully appended ONRT form were performed at the design Fr number of 0.30. The scales of the ONRT GEOSIM model family were chosen as λM1=48.90, λM2=32.60 and λM3=24.45. Resistance and propulsion analyses for the GEOSIM model family and the full-scale ship were performed numerically. The hydrodynamic characteristics of the λM1=48.90 scaled ONRT model were also determined experimentally with the uncertainty analysis, by the experiments carried out in ITU Ata Nutku Ship Model Testing Laboratory. Hydrodynamic analysis of the KCS with rudder hull form was numerically performed at the design Fr number of 0.26. Scale ratios were chosen as λM1=60.75, λM2=37.89 and λM3=31.6, respectively. Resistance and propulsion analysis of both forms at both model scales and full scale were numerically performed. The results of full-scale ship results were estimated by the modified GEOSIM method, using the results of the three model tests required by the GEOSIM method of both the KCS and ONRT forms. Using the model values of each hull form, full-scale results were estimated separately, considering ITTC procedures. Finally, the results obtained from the GEOSIM and ITTC methods were compared with the full-scale CFD analysis.
The unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) method was preferred for three different scale and full-scale numerical analyses of both KCS and ONRT hulls. The fundamental properties of flow fields are determined as three-dimensional, incompressible, unsteady, and fully turbulent. The Finite Volume Method (FVM) was preferred in the discretization of the created mathematical model. While the turbulent flow around the KCS hull form was modeled with two-layer Realizable Two-Layer k-ε, the turbulent flow around the ONRT hull was modeled with SST (Menter) k-ω. Numerical analyses were carried out by using the longitudinal half of both hulls in resistance analyses. While the full hull form was used to numerically determine the propulsion characteristics of the single screw KCS, the half form was used to determine numerically the self-propulsion characteristics of the twin screw ONRT. Hulls only have free heave and pitch motions (2-DOF). The Dynamic Fluid-Body Interaction (DFBI) method was used to determine the final trim and parallel sinkage values. The free water surface is represented by a flat Volume of Fluid (VOF) wave. The propeller rotation feature of the GEOSIM series, including the full-scale ship, is modeled with the Rigid Body Motion (RBM).  In the propulsion characteristics of free-running tests, the propeller rotation rate, where the form resistance and propeller thrust are balanced, are stored while in the model tests performed as suggested by ITTC, the propeller rotation rate, where the form resistance and propeller thrust + the skin correction coefficient (SFC or FD) force are balanced, was found. On the other hand, in the self-propulsion characteristics of the full-scale hulls, only the propeller rotation rate, which provides the form resistance and propeller thrust force equality, is determined.
Experimental studies were carried out to determine the fundamental hydrodynamic properties of the ONRT form in the ITU Ata Nutku Ship Model Experiment Laboratory. Starting from the bare form of the ONRT form, each appendage was added to examine the appendage effect on resistance. At Fr=0.20, 79.21% of the total resistance is composed of the bare hull, 7.10% of the rudders, 8.78% of the shafts and brackets, and 4.91% of the bilge keels. At Fr=0.30, on the other hand, 81.27% of the total resistance is composed of the bare e hull, 4.30% of the rudders, 10.09% of the shafts and brackets, and 4.34 of the bilge keels. As a result of repeated tests of the appended ONRT form, which is the final examination condition, the total resistance (RT) with uncertainty analysis was measured as 4.615 ± 1.098% N at Fr=0.20 and 11.121 ± 0.636% N at Fr=0.30. When the results of the resistance tests of the ONRT model performed at different times in ITU - AN and IOWA - IIHR with different measurement systems are compared, the relative difference value is 0.96% at Fr=0.20, while the relative difference value is -0.34% at Fr=0.30. Wave heights of the appended ONRT model were experimentally measured at five (5) Fr numbers and from two (2) different longitudinal planes (y=0.49 m (y/LWL=0.1557) and y=1.14 m (y/LWL =0.3623)). With this study, the wave heights of ONRT were experimentally measured for the first time and brought to the literature. In order to examine the inflow quality and properties of the propeller disc of the ONRT, nominal wake measurements were carried out with a computer-controlled pitot tube in ITU - AN. The nominal wake coefficient (wn) for Fr=0.20 was calculated as 0.919, while the wn value for Fr=0.30 was calculated as 0.934 with a slight increase. As a result of repeated self-propulsion tests of the ONRT model, the self-propulsion point of the ONRT was measured as 9.007 1/s for Fr=0.20 and 14.103 1/s for Fr=0.30. The self-propulsion point value at Fr=0.20 is 0.41% different from the self-propulsion point (n) result of the IOWA – IIHR, while the self-propulsion point at Fr=0.30 is 2.90% different. KT and KQ values of the ONRT form were 0.262 ± 5.475% and 0.073 ± 2.917% for Fr=0.20, 0.252 ± 2.062, 0.074 ± 1.381% for Fr=0.20, respectively. As a result of the interlaboratory comparison, it was seen that the reproducibility of the experiments was high and the results obtained were compatible with the literature.
The CTS of the full-scale KCS with the rudder was estimated 0.53% different from the full-scale CFD result using the GEOSIM model family of KCS. When each model was individually extrapolated to full scale by applying ITTC procedures, CTS values were estimated to differ by 4.7-5.0% from the full-scale CFD result.  The CTS value of full-scale ONRT was estimated 0.68% different from the full-scale CFD result using the GEOSIM model family of ONRT. When the results of ONRT's GEOSIM models were individually extrapolated to the full scale with ITTC procedures, extrapolated results were calculated to be about 2.65-3.79% different from the full-scale CFD result. As a result of the studies carried out on two different ship types, the total resistance coefficient of a ship was successfully estimated by Telfer's GEOSIM method with three scale results in a wide Re range. The obvious superiority of the GEOSIM method over the conventional ITTC method in determining the resistance characteristics of the full-scale form has been numerically demonstrated. When the ship motions of both the KCS and ONRT forms are examined, the value of dimensionless parallel sinkage, which is the result of the heave motion, was measured at a similar level for the GEOSIM model family and the full-scale hull of the relevant hull. This means that the heave motion shows a behavior close to linear. The trim value of the KCS form, which is the result of the pitch motion, was measured similarly for the GEOSIM model family, while a slight decrease occurred in the full-scale KCS. A similar situation exists in the trim values of the ONRT form.
In the GEOSIM method, which examines the relationship of the model family with the Re number of the key parameter, this time the key parameter nominal wake characteristic (wn) was chosen and the feasibility of the GEOSIM method was examined. The nominal wake is expressed as the incoming flow into the propeller plane without propeller rotation or the presence of propellers. A virtual disk of the size of the propeller diameter was placed at x/LBP =0.9825 of the GEOSIM model family and full-scale KCS, and the axial velocities were numerically measured. Based on the results of the model family, the GEOSIM method estimated the nominal wake coefficient of the full-scale KCS form with a 0.53% difference from the full-scale CFD result. A similar examination was carried out, this time for the fully appended ONRT form. Nominal wake characteristics (wn) were numerically measured in an area equal to the propeller diameter of the corresponding form x/LWL=0.9267, y/LWL=±0.02661, and z/LWL=-0.03565, which is the propeller center of both GEOSIM model family and full-scale ONRT hull. The GEOSIM method estimated the nominal wake values of the ONRT hull form with a 0.71% difference from the full-scale CFD result. The GEOSIM method has been shown to yield successful results in both bare and appended hulls. ITTC has no procedure for extrapolating nominal wake features to full scale. This study has successfully demonstrated the quantitative effect of scale effect on nominal track characteristics and how it varies from model to ship.
At the point of investigating the applicability of the GEOSIM method in fundamental ship hydrodynamic issues/problems, the estimation of the ship's effective wake characteristics (wT) showing the ship-propeller compatibility with the GEOSIM method has been examined, as well. The GEOSIM model family used in resistance tests was equipped with the KP505 propeller and the propulsive performance of the GEOSIM family and full-scale KCS was examined with CFD. In the GEOSIM model family, the propeller rotation rate at which the surface friction correction (FD force) and propeller thrust are equal to the form resistance was determined, while in the full-scale KCS, the propeller rotation rate at which the propeller thrust force equals the form resistance was determined. The self-propulsion coefficients obtained by the CFD method of full-scale KCS were obtained in accordance with the results of other numerical studies in the literature. The wT value of the full scale of the KCS form was estimated with the GEOSIM method with a 2.42% difference from the full-scale CFD, while it was estimated with a difference between 11.0% and 25.0% with the 1978 ITTC method. It can be said that the GEOSIM method takes into account the effect of viscous effects on the results more successfully than the 1978 ITTC method.
In the last application of the study, the behavior of the GEOSIM method on ship performance characteristics was examined in detail. In this context, both the GEOSIM model family and the full-scale ONRT are equipped with the ONRT propeller, and the propulsion tests have been performed numerically for Fr=0.30. In the free-running condition, the propulsion characteristics (rotation rate, thrust, and moment) where the thrust force is balanced with the resistance force of the hull were numerically measured.  In addition, for the prediction of the propulsive performance of the full-scale ONRT with the 1978 ITTC procedure, the self-propulsion analyses were re-simulated by including the surface friction correction (FD force) in the computations, similar to the model experiments. In the results, both the GEOSIM method and the 1978 ITTC method successfully predicted the propeller rotation rate (nS) required for the full-scale ONRT to advance at the desired speed. While the GEOSIM method estimated the KTS value of full-scale ONRT with a 0.5% difference, the 1978 ITTC methods estimated it with a margin of around 3.0%. The KQS value of full-scale ONRT was estimated by the GEOSIM method with a 0.8% difference, while the 1978 ITTC method estimated it with a large margin of around 20.0%. Although Telfer's Modified GEOSIM method has similar accuracy to the 1978 ITTC method for estimating the thrust characteristics of a ship, it has been shown to provide more reliable and accurate results than the ITTC method in estimating torque characteristics.
The feasibility of the GEOSIM method not only on the ship resistance, which is the starting point but also on other ship hydrodynamics issues (wake, propulsion, etc.) has been demonstrated through this study. Thus, the feasibility of the modified GEOSIM method, which has fewer assumptions than the existing methods, in other ship hydrodynamic characteristics has been successfully demonstrated. For example, only the 1978 ITTC performance procedure is used to determine ship performance based on model tests so far. Now, thanks to this study, it has been shown that the CFD-based modified GEOSIM method reduces the need for experiments and can be used as an alternative to the available method.