Su topu içindeki akışa etki eden parametrelerin sayısal ve deneysel incelenmesi
Numerical and experimental investigation of the parameters acting on the fire monitor
Yazar: AHMET ÇAĞRI BİLİR
Danışman: PROF. DR. NURTEN VARDAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Gemi inşaatı sanayisindeki hızlı gelişmeye paralel olarak, gemilerde kullanılan sistemler ve yardımcı ekipmanlara olan talep de hızla artmaktadır. Bu tezde gemi üstü harici yangın söndürme sisteminin önemli bir ekipmanı olan su topu üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Harici yangın söndürme sistemleri kıyı veya açık denizlerdeki yangınlara müdahale etmek için kullanılır ve yangın söndürme gemilerinde bulunur. Gemilerin amaçlarına göre bulundurdukları harici yangın söndürme sistemleri kapasite ve yetenekleri açısından farklılık göstermektedir. Bu nedenle klas kuruluşları harici yangın söndürme sistemlerini sınıflandırmış ve kurallar koymuştur. Bu sistem pompalar aracılığı ile suyun ya da köpüğün yangın mahaline ulaştırılmasını sağlar. Bu sistemin önemli bir ekipmanı olan su topu özetle düşey ve yatay yönde belirlenmiş mesafeye belirlenmiş debide su atar.
Bu çalışmada su topunda akış konusu hesaplı akışkanlar dinamiği çalışmaları yapılarak incelenmiştir. Ardından gerçek boyutlarda prototip ürün imalatı gerçekleştirilmiş ve deneysel çalışmalar yapılarak sayısal analizler ve deneysel çalışmalar arasında validasyon sağlanmıştır. Bu sayede su topu akışına etki eden parametreler sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir.
Çalışmalar ilk olarak jet akışının incelenmesiyle başlamıştır. Su topunun uç kısmında suyun çıkış hızının ayarlanabilmesi için nozul kullanılmaktadır. Farklı nozul yapılarına sahip su topu geometrileri oluşturularak sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Aynı basınç değerinde diğer nozul geometrilerine göre daha az tepki kuvveti oluşturup daha fazla debi geçiren ters pelton geometrisine sahip nozulun kullanılması uygun bulunmuştur. Bir boyutlu tepki kuvveti denklemiyle nozul geometrisinin kuvvete olan etkisi hesaplanamayacağı için çözümlerin Ansys Fluent programında üç boyutlu olarak yapılmasına karar verilmiştir.
Son olarak konik nozullu bir adet su topu prototip imalatı yapılmıştır. İmalatı yapılan su topu için farklı giriş basınçlarında deneyler yapılmış ve çıkış debisi değerleri okunmuştur. Alınan deney sonuçları yapılan sayısal analizlerle kıyaslanmış ve deney sonuçları ile sayısal analiz sonuçlarının birbiri ile uyumlu olduğu görülmüştür.

Abstract:
In accordance with the development in ship industry, the demand for the systems and auxiliary equipments used in ships is increasing rapidly. In this thesis, water monitor, which is an important equipment in external fire-fighting system onboard the ship, is studied. External fire-fighting systems are used to intervene the fires in shore and offshore and are located in fire-fighting ships. External fire-fighting systems may differ by capacity and capabilities related with the purpose of the ship. By this reason, classification societies have classified the external fire-fighting systems and set up regulations. This system ensures the water or foam to reach fire scene with the help of pumps. The water monitor, an important equipment of this system, throws water to a designated distance in vertical and horizontal direction with a set amount.
In this study, the flow in water monitor is investigated by means of computational fluid dynamics. After, a prototype is produced in real dimensions and experimental studies have been conducted in order to maintain a validation with the numerical studies. Thus, the parameters acting on water monitor flow are observed numerically and experimentally.
Firstly, the jet flow is investigated. To adjust the outlet velocity in the tip of the water monitor, nozzle is used. Water monitor geometries with different nozzle types are generated and numerical analyses are carried out. The reverse pelton type nozzle geometry is chosen as suitable because of it maintains more flux while it causes less reaction force for the same pressure compared with the other nozzle types. The reaction force of the nozzle geometry cannot be calculated with the one-dimensional force equation, so a commercial software, ANSYS Fluent, is used to model the flow problem in three dimension.
Finally, a water monitor prototype is produced with conical type nozzle. Experiments are made with the produced prototype and outlet flux values are measured for different pressures. The experimental results are compared with the numerical ones and it is observed that the results are in good agreement.