Gemi formu, dümen ve pervane etkileşiminin sayısal incelenmesi
A numerical investigation of the interaction between the ship hull, the rudder and the propeller
Yazar: ÖMER KEMAL KINACI
Danışman: PROF. DR. ABDİ KÜKNER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Gemi pervaneleri = Ship propellers ; Hidrodinamik = Hydrodynamics

Özet:
Cisimler etrafındaki akış problemleri oldukça karmaşık problemlerdir ve ancak belirli yaklaşımlar yapılarak özel şartlar altında çözülürler. Tüm takıntıları yerinde olan bir gemi etrafındaki akışın çözülmesi uzun seneler boyunca tek tek yapılmış ve birbirleriyle olan etkileşimleri göz ardı edilmiştir. Son yıllarda hızla gelişen bilgisayar teknolojisi vasıtasıyla ise bu sorunlar zamanla aşılmaktadır. Artık türbülans modelleri kullanılarak bir gemi etrafındaki akış dümen ve pervanesiyle birlikte çözülebilir hale gelmiştir.
Gemi, pervane ve dümenin akış içindeki etkileşiminin birçok farklı koldan incelenmesi mümkündür. Bu çalışmada etkileşim hidromekanik açıdan incelenmiştir. Gemi sevk sisteminin en önemli parçalarından birisi pervanedir ve pervaneye gelen akımın mümkün olduğunca düzgün olması istenir. Pervane dizaynı yapılırken, pervane iz yüzeyine gelen akış hızı (genellikle deneysel olarak) gemi takıntısızken hesaplanır ancak dümen pervaneye gelen akımı değiştirir. Bu tez kapsamında yapılan çalışmada pervane dizaynı yapılırken dümen etkilerinin hesaba katılmasının önemi anlatılmıştır.
Bir gemi üretim safhasına geçmeden evvel sevk sisteminin denenmesi için öncelikle pervane açık su testine tabi tutulur. Deney havuzunda pervane tek başına çalıştırılır ve itme, tork, verim gibi performans kriterleri açısından incelenir. Pervane optimizasyonu açık su testinden gelen sonuçlara göre yapılır. Ancak açık denizde pervane tek başına çalışmamakta; gemi ve dümenle bir takım oluşturarak sevk sistemini yönetmektedir. Dolayısıyla pervanenin açık su performansının iyi olması her gemiye uygulanabileceği anlamına taşımamaktadır. Pervane optimizasyonu yapılırken veya pervane performansı incelenirken gemi ve dümenin etkileri hesaba katılarak işlem yapılmalıdır.

Abstract:
Flow around arbitrary bodies is quite a complex phenomena and is usually solved by making some special assumptions under some conditions. The flow around a ship with all its appendages were usually investigated one by one for each part and then superimposed together to unite for a solution. With this approach, the interaction between the appendages and the ship were ignored. However thanks to the robust improvements in computer technology, scientists overcame these problems and are now able to solve the flow around a ship with all its appendages using turbulence models implemented in commercial computational fluid dynamics codes.
The interaction of the ship, the rudder and the propeller may be investigated in many different aspects. In this study, the interaction was looked through from the hydromechanical view. One of the most important parts of the ship propulsion system is the propeller and it is desired that the propeller receives uniform flow as much as possible. During propeller design, the propeller wake is usually calculated without a rudder, however; a rudder changes the flow that the propeller receives. One of the focuses of this study is to explain the importance of including the rudder effects while designing a propeller.
Before the production stage of a ship, the propeller is subjected to an open water test to prove its efficiency in ship propulsion. The propeller is rotated in open water only by itself and the performance parameters such as thrust, torque and open water efficiency are observed. Propeller design and optimization is made according to the results obtained from the model tests. However, the propeller does not work by itself in the open sea; it is a part of a team with the ship and the rudder to promote the efficiency in terms of propulsion. Therefore, one cannot argue that the propeller is an optimum propeller for every ship. When a propeller is tested, the effects of the ship and the rudder should also be included for better approximation of the propulsion efficiency.