Gemi direnci ve serbest su yüzeyi deformasyonlarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of ship resistance and free surface deformations
Yazar: ALİ DOĞRUL
Danışman: PROF. DR. FAHRİ ÇELİK ; PROF. DR. ŞAKİR BAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Akışkanlar mekaniği = Fluid mechanics ; Hidrodinamik = Hydrodynamics ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic

Özet:
Tekne form tasarımında direnç özelliklerinin doğru olarak tahmini önem arzetmektedir.  Gemi toplam direncinin doğru hesaplanmaması geminin yakıt tüketimini artıracağından geminin ömrü boyunca işletme maliyetini de artıracaktır. 
Bu tez çalışmasında özellikle yüksek Froude sayılarında önemli bir direnç bileşeni olan dalga direnci ve dalga deformasyonlarının incelenmesine dayanak oluşturması amacıyla potansiyel akış yaklaşımına göre sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda serbest su yüzeyi altında ilerleyen noktasal bir kaynağın sebep olduğu dalga deformasyonları bir sınır elemanları yöntemi yardımı ile incelenmiştir. Serbest su yüzeyi sınır koşulundaki lineer ve lineer olmayan terimlerin etkileri farklı hız ve derinlik değerleri için araştırılarak;  ikinci ve üçüncü mertebe terimlere ait sonuçların, birinci mertebe ile uyum içerisinde bulunduğu Froude sayısı ve derinlik aralıkları belirlenebilmiştir.
Çalışmada potansiyel analizlerin yanı sıra bir geminin toplam direnci, direnç bileşenleri ve gemi etrafındaki dalga deformasyonları deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Bu kapsamda ilk önce yöntemin doğrulaması amacıyla KCS, daha sonra ise bir gaz tankeri (LNG) modelinin ayrıntılı direnç ve dalga deformasyonu deneyleri gerçekleştirilmiştir. Aynı model tekne için benzer şartlarda sonlu hacimler yöntemine dayalı bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemiyle akış analizleri gerçekleştirilmiştir. HAD ile analizlerde akımın türbülanslı olarak açık kanal (open channel) tekniği ile zamandan bağımsız şekilde çözümler elde edilmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile elde edilen direnç bileşenleri ve dalga deformasyonları deney sonuçları ile karşılaştırılmış, özellikle geminin dizayn hızı civarındaki Froude sayılarında (0.212

Abstract:
Prediction of ship resistance components in ship hull form design has a significant importance. Miscalculation of ship total resistance causes more fuel consumption which means an increase of the operating costs. 
In this thesis work, some numerical analysis based on the potential theory have been performed in order to form a basis to the investigation of wave deformations and wave resistance which is an important resistance component for particularly high Froude numbers. For this purpose, the wave deformations caused by a point source moving under free surface have been investigated by boundary elements method. Effects of linear and non-linear terms in the free surface boundary condition have been explored for different velocities and depths and a range of Froude number and depth is found in which non-linear results are in good agreement with the linear ones.
In the study, total resistance, resistance components of a ship and wave deformations around a ship hull have been investigated experimentally and numerically. In this manner, firstly KCS is investigated for the validation of the numerical method and then detailed resistance and wave-cut experiments of a gas tanker (LNG) model have been carried out. For the same ship model, flow analyses are made with a computational fluid dynamics (CFD) procedure based on finite volume method in similar conditions. In CFD analyses, steady solutions are performed by using open channel method while the flow is turbulent. The resistance components and wave deformations gained from CFD are compared with the experimental ones and a good agreement in resistance components for Froude numbers (0.212