Bir geminin sınırlı su yollarındaki hareketinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of a ship advancing in restricted waterways
Yazar: GÜRKAN FİDAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TANER ÇOŞGUN ; DOÇ. DR. ALİ DOĞRUL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Denizcilik = Marine ; Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Kanallarda ve sığ sularda gemi hareketi, içerdikleri karmaşık dinamikler nedeniyle hem akademik hem de pratik anlamda uzun yıllardır ilgi çeken bir çalışma alanıdır. Sınırlı su yolları olarak adlandırabileceğimiz kanal ve sığ sularda hareket halinde olan bir geminin farklı hızlarda ve su yolu şartlarındaki hidrodinamik performansının doğru bir şekilde tahmin edilmesi, gemi dizayn, operasyon ve otonom kontrolü açısından büyük öneme sahiptir. Bu çalışma kapsamında literatürde klasik test gemilerinden biri olan KCS model gemisinin farklı Froude sayıları, farklı kanal genişlikleri ve derinliklerinde hidrodinamik performansı incelenmiştir. Sözü edilen özelliklerin geminin direncine, trim ve batma durumlarına, gemi üzerinde oluşan yanal kuvvetlere ve gemi etrafındaki akış alanına olan etkileri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiğini (HAD) yardımı ile incelenmiştir. İlk olarak bahse konu gemiye ait doğrulama çalışmaları gerçekleştirilmiş, daha sonrasında ise farklı froude sayısı, kanal genişliği ve derinliğinde gemi-duvar etkileşimini incelenmiştir. Çalışma sonucunda, hem derinlik azalması, hem de kanal geometrisindeki daralmanın gemi direncinde önemli ölçüde artışa neden olduğu görülmüştür. Çalışmada geminin kanal
geometrisinin yalnızca bir duvarına yaklaştığı durum da incelenmiş, kanal genişliğindeki daralmanın direnç üzerinde daha büyük bir artışa neden olurken, kanal duvarına yakınlığın ise geminin yanal kuvvet dengesini etkilediği görülmüştür. İncelenen tüm durumlar için gemi üzerindeki kuvvetlerin ve gemi etrafındaki akım alanının değişimi ayrıntılı olarak irdelenmiştir.

Abstract:
Ship motion in canals and shallow waters is a field of study that has attracted both academic and practical interest for many years due to the complex dynamics involved. Accurately predicting the hydrodynamic performance of a ship travelling in channels and shallow waters, which we can call limited waterways, at different speeds and waterway conditions is of great importance for ship design, operation and autonomous control. In this study, the hydrodynamic performance of the KCS model ship, which is one of the classical test ships in the literature, is investigated at different Froude numbers, different channel widths and depths. The effects of the aforementioned characteristics on the resistance of the ship, trim and sinking states, lateral forces on the ship and the flow field around the ship are analysed with the help of Computational Fluid Dynamics (CFD). Firstly, validation studies of the ship were carried out and then the ship-wall interaction was analysed at different froude number, channel width and depth. As a result of the study, it was observed that both the decrease in depth and the narrowing in the channel geometry caused a significant increase in the ship resistance. In the study, the case where the ship approaches only one wall of the channel geometry was also analysed and it was found that the narrowing of the channel width causes a larger increase in resistance, while the proximity to the channel wall affects the lateral force balance of the ship. The variation of the forces on the ship and the variation of the flow field around the ship are analysed in detail for all cases investigated.