Askeri gemilerdeki idaktör difüzer tip baca gazı soğutma sisteminin tasarımı ve sayısal analizi
Design and numerical analysis of the idactor diffuser type flue gas cooling system in military ships
Yazar: ÇAĞLAR GÜN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ATMACA
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Savaş gemileri birçok silah sistemini üzerinde barındıran değerli harp unsurlarıdır. Bu harp unsurları düşman silahlarından korunmak için aktif ve pasif birçok sisteme sahiptir. Kızılötesi güdümlü mermiler savaş gemilerini tehdit eden en önemli silahlardandır. Geminin kızılötesi güdümlü mermiler tarafından tespit edilebilirliğini azaltmak ve/veya geciktirmek maksadıyla kızılötesi iz bastırma sistemleri kullanılmaktadır. Savaş gemilerindeki en önemli kızılötesi iz kaynağı sıcak egzoz gazlarıdır. Sıcak olarak atmosfere atılan egzoz gazları sebebiyle, gemi kızılötesi güdümlü mermiler tarafından belirlenebilmekte ve böylelikle hedef haline gelmektedir. Atmosfere atılan egzoz gazının sıcaklığına bağlı olarak geminin kızılötesi izi de artış göstermektedir. Gemilerde kullanılan kızılötesi iz bastırma sistemleri ile egzoz gazı ve baca metali soğutulmakta, böylelikle güdümlü mermiler tarafından tespit edilebilirliğin azaltılması ve/veya geciktirilmesi amaçlanmaktadır. 
Mevcut çalışmada, askeri gemilerde bacadan atılan sıcak egzoz gazını soğutmakta kullanılan idaktör-difüzer sisteminin performansına etki eden parametreler hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı ile araştırılmıştır. 
Literatürde yer alan bir deneysel çalışma ile mevcut çalışmada kullanılan yöntemler karşılaştırılmış olup mevcut yöntem ile deneysel çalışma arasında %8 oranında fark oluştuğu görülmüştür. 
Belirlenen jenerik 600 kW güce sahip dizel motor için üreticisinin belirlediği kısıtlar ve buna ek olarak soğutma sisteminin gemi içerisinde yerleştirileceği mahal kısıtları dikkate alınarak başlangıç için bir sistem tasarımı oluşturulmuştur. Sistem performansına etki eden parametrelerden, idaktör çıkış geometrisi, idaktör ile difüzerin yerleşim ara mesafesi ve difüzer halka sayılarının etkileri incelenmiştir. İki farklı idaktör tasarımı, dokuz farklı ara mesafe ve üç farklı difüzer tasarımı için performans analizleri gerçekleştirilmiştir.
Çalışma sonucunda, incelenen parametrelere yönelik difüzerin atmosfere çıkış düzlemindeki ortalama egzoz gazı sıcaklıkları göz önüne alınmış olup buna göre yonca tip idaktörün dairesel tip idaktöre göre egzoz gazı sıcaklığının 11,7 K daha düşük olduğu gözlenmiştir. İdaktör ile difüzer arasındaki mesafe arttıkça egzoz gazı sıcaklığı azalmıştır. Difüzer halka sayısının değiştirilmesinin sistem performansında anlamlı bir değişime sebep olmadığı görülmüştür.

Abstract:
Warships are valuable war elements that contain many weapon systems. Elements of this warfare has a lot of active and passive systems to be protected from enemy weapons. Infrared guided missiles are one of the most important weapons threatening warships. In order to reduce and/or delay the detectability of warships by infrared-guided missiles, infrared signature suppression systems are used. The most important source of infrared signature in warships is hot exhaust gases. Due to the hot exhaust gases evacuated into the atmosphere, the warship can be detected by infrared-guided missiles and thus become a target. The infrared signature of the ship increases depending on the temperature of the evacuated exhaust gases. Infrared signature suppression systems used on ships aim to cool down the exhaust gases and metallic surface temperature of heated exhaust pipes, thereby reducing and/or delaying the detectability by guided missiles. 
In the current study, the parameters affecting the performance of the eductor-diffuser system used to cool the hot exhaust gas evacuated from the chimney in military ships were investigated with computational fluid dynamics software.
A comparison was made between an experimental study available in the literature and the methods used in the current study and it was observed that there was an 8% difference between the two methods. 
Taking into account the constraints specified by the manufacturer for the generic 600 kW diesel engine and the space constraints within the ship where the cooling system will be installed, an initial system design has been created. Among the parameters affecting the system performance, the eductor outlet geometry, the distance between the eductor and the diffuser and the number of diffuser rings were investigated. Performance analyses have been conducted for two different eductor designs, nine different spacing values, and three different diffuser designs. 
As a result of the study, when the average exhaust gas temperatures at the exit plane of the diffuser for the investigated parameters are considered, it was observed that the exhaust gas temperature of the cloverleaf-type eductor was 11,7 K lower than the circular type eductor. As the distance between the eductor and the diffuser increased, the exhaust gas temperature decreased.  It was observed that changing the number of diffuser rings did not cause a significant change in system performance.