Bir kimyasal tanker formunun parametrik tasarım yöntemi ile geliştirilmesi ve optimizasyonu
Development and optimization of a chemical tanker form in terms of parametric design methodology
Yazar: SERKAN ÖZDEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BEKİR ŞENER
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, 2019
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Konvansiyonel gemi tasarım sürecinde, tekne formu geometrik olarak modellendikten sonra, tekne formunun performansı çeşitli yönlerden analiz edilmektedir. Analiz edilen tekne formunun performansı yeterli düzeyde değil ise, istenilen performans elde edilinceye kadar bu adımlar iteratif olarak tekrar edilir.
Bu yöntem ile elde edilen tekne formları, optimum tekne formu olmaktan çok, farklı performans kriterlerini kısmen sağlayan bir çözümü yansıtmaktadır. Bu tez çalışmasında, tasarım, analiz ve optimizasyon yazılımlarının birlikte kullanılarak geliştirilen otomatik tekne formu optimizasyon metodolojisi ile bir kimyasal tanker tasarımı ve optimizasyonu yapılmıştır. Bu amaç doğrultusunda
optimizasyon sürecinde kullanılan bütün yazılımlar bir parametrik tasarım ve optimizasyon yazılımı aracılığıyla ve yazılan betikler (script) ile birbirine bağlanarak tüm sürecin otomatik olarak işlemesi sağlanmıştır.
Bu tez kapsamında ilk olarak 7000-8000 DWT aralığında bir tekne formu tasarımı yapılmıştır. Ardından tasarımı yapılan başlangıç tekne formunun hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizleri gerçekleştirilmiştir. HAD yöntemini doğrulamak amacıyla deney sonuçları bilinen Duisburg Test Case 
(DTC ) modeli için farklı eleman sayılarında çözüm ağı üretilmiştir ve doğrulama ve sağlama (verification and validation) çalışması yapılmıştır. Doğrulama çalışması için International Towing Tank Conference 
(ITTC)' in önerisine göre Çözüm Ağı Yakınsama İndeksi (Grid Convergence Index) prosedürü uygulanmıştır. Başlangıç formunun HAD analizlerinin ardından, temel stabilite ve denizcilik analizleri
gerçekleştirilmiştir. Başlangıç tekne formu analizleri ve hesaplamaları gerçekleştirildikten sonra, tekne
formu CAESES programında parametrik olarak modellenmiştir. Parametrik modellemenin ardında Non-dominated Sorting Genetic Algorithm  (Bastırılmamış Sınıflandırmalı Genetik Algoritma (NSGA-II) çok amaçlı optimizasyon algoritması kullanılarak optimizasyon döngüsü başlatılmıştır. Optimizasyon sonucunda 192
adet tekne formu üretilmiştir. Alternatif optimum tekneler arasından, teknenin hız/performans parametresi, optimum kargo taşıma kapasitesi, gemi genel boyutları gözetilerek final gemi formu belirlenmiştir. Optimizasyon çalışması ardından elde edilen optimum tekne formu, Gemi Model Test Laboratuvarında 1/27.5 ölçekte imal edilerek model testleri gerçekleştirilmiştir. Ardından final tekne formunun HAD analizleri gerçekleştirilmiş ve sonuçlar model testlerinden elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Son olarak final tekne formunun enerji verimliliği dizayn indeksi hesabı yapılmıştır.

Abstract:
In the conventional ship design process, after the hull form is modeled geometrically, the performance of the hull form is analyzed in various aspects. If the performance of the vessel form analyzed is not sufficient, these steps are repeated iteratively until the desired performance is achieved. Hull forms obtained by this method, rather than the optimum hull form, reflects a solution that partially provides different performance criteria.
In this thesis, design, analysis and optimization software developed by using the automatic hull form optimization methodology with a chemical tanker design and optimization has been done. For this purpose, all the software used in the optimization process was connected to each other through a parametric design and optimization software and written scripts were used to automatically process the whole process.
In this thesis, first of all, a hull form design has been carried out in 7000-800 DWT range.  Then, CFD analyasis of initial hull form has been done. In order to verify CFD method, 3 different mesh have been generated of DTC (Duisburg Test Case) and Grid Convergence Index (GCI) procedure has been carried out. After the CFD analysis of inital hull form, basic stability and seakeeping analysis have been done.
After initial hull form analysis and calculations, the hull form has been modelled parametrically in CAESES software. After parametric modeling, optimization cycle has been started by using NSGA-II optimization algorithm. As a result of optimization, 192 hull form have been generated.
Among the alternative optimum hull form, the final hull form has been determined by taking into account the speed / performance parameter of the hull, optimum cargo volume and the general dimensions of the vessel.
After the optimization study, the optimum hull form has been produced in Ship Model Test Laboratory on 1 / 27.5 scale and model tank tests have been performed. CFD analysis of the final hull form has been carried out and the results have been compared with the model tank test results. Finally, the EEDI (Energy Efficiency Design Index) of the final hull form has been done.