5. MODEL DENEYLERİ İLE GEMİ DİRENCİNİ BELİRLEME YÖNTEMLERİ

Transkript

1 5. MODEL DENEYLEİ İLE GEMİ DİENİNİ BELİLEME YÖNTEMLEİ Gei projeinin değişik erelerinde iteatik odel deneylerine dayalı yaklaşık yöntelerle gei topla direnci e dolayııyla gei ana akine gücü belirlenektedir. Geinin inşaına başlanıladan önce geinin u altı geoetrii, ana akine gücü e buna bağlı olarak hızının haa bir şekilde bilinei gerekir. Bu proble, he gözle e ölçe kolaylıkları he de onuçlara kıa ürede e ucuz olarak erişe ikânları nedeniyle ya nüerik çözülee ya da fizikel odel deney teknikleri ile çözülür. Bu nedenle uzun yıllardan beri yaygın bir şekilde kullanılakta olan öneli fizikel odel deney teknikleri, bu derte etraflıca incelenecektir. Gei odel direnç deneyleri, bir geinin belirli bir ölçekte küçültülerek ağaç, parafin. gibi alzeeden yapılış bir odelinin değişik hızlarda çekileiyle odel direnç değerlerini elde etek e onra da benzerlik kanunlarından yararlanılarak, gerçek geinin karşıt hızlardaki direnç değerlerini tahin etek gayeiyle yapılır. Böylelikle gei için gerekli olacak ana akine gücünü tepit etek ükün olabilecektir. Model deney onuçları aynı zaanda gei forunun hidrodinaik olarak kuurlu bölgelerinin belirlenip düzeltileinde de yararlı olaktadır. Böylece ta ölçekli gei haline göre, ölçe e ekonoik zorluklar da gideriliş olunur. Model deney onuçlarından yararlanılarak, ta ölçekli bir geinin direncini belirleede kullanılabilecek birçok yönte geliştiriliştir. Bu yöntelerden öneli olanları; roude yöntei, Telfer in geoi yöntei, Hughe yöntei, Prohaka yöntei, ITT 957 yöntei e ITT 978 yönteidir. Aşağıda roude yöntei, Hughe yöntei, ITT 957 yöntei e ITT 978 yöntei detaylı olarak açıklanıştır: 5. roude Yöntei Model deneyleri yardııyla gei direncinin belirlenei üzerine ilk biliel çalışalar, 868 li yıllarda W. roude tarafından gerçekleştiriliştir. roude, odel deneylerinden yararlanılarak topla gei direncinin belirleneindeki güçlüğü (n e n değerlerinin aynı anda ağlanaı gerektiğini); topla direnci, ürtüne e artık direnç olarak iki bileşene ayırak uretiyle çözüştür. Bu ayırıda ürtüne direnci adece eynold ayıına, artık PD proceed with utepd ealuation edition

2 direnç (ikoz baınç direnci dalga direnci) ie he eynold ayıına he de roude ayıına bağlı olduğu için, öz konuu bu ayırı teorik olarak ta doğru değildir. Ancak ühendilik aaçlarına uygun olarak gei direncinin belirleneinde kullanılabilecek iyi bir yaklaşıdır. roude yönteinde; topla direnç ( ) şeklinde bileşenlere ayrılarak, odel T O deneylerinden hareketle ta ölçekli geinin topla direncinin belirleneinde aşağıdaki ıra takip edilir:. λ L / L ölçeğinde yapılan odel, gerçek gei ile aynı n değerine ahip olacak şekilde (n n ), değişik λ hızlarında çekilir.. Söz konuu bu hızlarda, odelin T topla direnç değerleri ölçülür. Modelin herhangi bir hızdaki topla direnç değeri, odeli çeken çelik teldeki gerile kuetine eşittir. 3. Modelin ürtüne direnci ( O ) heaplanır. Modelin ürtüne direnci, aynı boy e aynı ılak yüzey alanına ahip düz bir lehanın aynı hızda çekilei ile bulunacak olan leha ürtüne direncine eşit olduğu kabul edilerek heaplanır. Türbülanlı akı halinde eynold ayıına bağlı olarak düz leha ürtüne direnç katayılarını eren forüllerden O heaplandıktan onra, odelin ürtüne direnci aşağıdaki bağıntı ile heaplanır: O O ρ S ρ : Suyun kütleel yoğunluğu (ton/ 3 ) S : Modelin ılak yüzey alanı ( ) ( S / ) λ S : Model hızı (/) 4. Model deneyi ile ölçülen topla dirençten, heaplanan ürtüne direnci çıkarılarak odelin artık direnci bulunur: T O

3 5. Gei e odelin aynı n değerine (n n ) ahip olaları (roude benzerliği) e dolayııyla artık direnç katayılarının eşit olaı ( ) gerçeğinin bir onucu olan roude Mukayee Kanununa göre hızındaki geinin artık direnci bulunur: ρ 3 ρ 3 λ ( T O ) λ ρ ρ 6. Geinin ürtüne direnç katayıı e ürtüne direnci, yukarıda 3. addede odel için yapılan heaplaalara benzer şekilde gei boyu e gei hızı kullanılarak heaplanır: O O ρ S ρ : Suyun kütleel yoğunluğu (ton/ 3 ) S : Geinin ılak yüzey alanı ( ) ( S / ) λ S : Gei hızı (/) 7. Heaplanan ürtüne direnci e artık direnç toplanarak, geinin topla direnci bulunur: T O O ρ 3 ( T O ) λ ρ roude yönteinde, odel e gei için ürtüne direnç katayıları lehalar e dubalar üzerinde yapılış deneyel e teorik çalışalar dikkate alınarak, türbülanlı akı hali için eriliş forüllerden heaplanır. 5. Hughe Yöntei G. Hughe; 950 lerde yaptığı deneyel çalışalar onucunda, gei topla direncinin üç ana bileşene ayrılaının daha doğru olacağını belirledi. Söz konuu bu direnç bileşenleri, ikozite kaynaklı ürtüne e ikoz baınç dirençleri ile yerçekii kaynaklı dalga direncidir. Bu üç direnç bileşeninin ayrı ayrı ölçüleeei ebebiyle, eynold ayıına bağlı olanları birleştiriliş e bunların toplaına ikoz direnç deniliştir. Böylece bir geinin 3

4 direnci, Hughe yaklaşıında ikoz direnç e dalga direnci olak üzere fizikel açıdan daha doğru bir şekilde bileşenlere ayrılıştır: ( n, n) ( n) ( n) ( n) T ( n) ( n) ( n) V ( n, n) ( n) ( n) T V W W Söz konuu bu duru direnç katayıları şeklinde de aşağıdaki gibi ifade edilebilir: ( n, n) ( n) ( n) ( n) T ( n) ( n) ( n) V ( n, n) ( n) ( n) T V W W Vikoz direnci oluşturan bileşenlerden biri olan ürtüne direnci, yukarıda roude yönteinde anlatıldığı şekilde geliştiriliş yaklaşık forüller yardııyla heaplanır. Vikoz baınç direnci ie heaplanan ürtüne direncinin abit bir k katayıı ile çarpılaıyla bulunur. Taaen gei foruna bağlı olan bu k değerine for faktörü denilir. k or faktörünün, gei hızı e ölçekle değişediği kabul edilir. ( eya V V ( ( ) V k V Burada (, erilen bir tekne foru için abit bir değerdir. Gei direncinin odel deneyleri yardıı ile heaplanaında Hughe yönteinin uygulanaı için takip edilecek ıra aşağıdaki gibi olalıdır:. λ L / L ) ölçeğinde yapılan odel, gerçek gei ile aynı n değerine ahip olacak ( şekilde (n n ), λ karşıt hızda çekilir.. Modelin topla direnci ( T ) ölçülür e topla direnç katayıı ( T ) heaplanır. 4

5 3. Modelin ürtüne direnç katayıı ( ), yukarıda roude yönteinde anlatıldığı şekilde odelin eynold ayıına (n ) bağlı olarak heaplanır. 4. k or faktörü belirlenir. k or faktörünü değişik yönteler kullanarak elde etek ükündür. Söz konuu bu yönteler aşağıda detaylıca anlatılacaktır. 5. Modelin ikoz direnç katayıı heaplanır: ( V 6. Modelin topla direnç katayıından ikoz direnç katayıı çıkartılarak, odelin dalga direnç katayıı elde edilir: W T V 7. Gei e odel, aynı n değerlerine ahip e geoetrik benzer oldukları için, dalga direnç katayıları da aynı olacaktır ( W W ). 8. Geinin ürtüne direnç katayıı ( ), roude yönteinde anlatıldığı şekilde geinin eynold ayıına (n ) bağlı olarak heaplanır. 9. Geinin ikoz direnç katayıı ( V ), topla direnç katayıı ( T ) e dolayııyla geinin topla direnci ( T ) heaplanır. Model için heaplanan k for faktörünün hız e ölçekle değişediği kabul edildiğinden, gei için de k for faktörü aynı değere ahip olacaktır. ( V T W ( T T ρ S W V 5

6 5.. k or aktörünün Heaplanaı Hughe yönteinde kullanılan e geinin ikoz baınç direncinin ürtüne direncine oranını göteren k for faktörü, üç farklı şekilde heaplanabilir: a) Apirik forüller kullanılarak k for faktörünün heabı Gei e odelin ürtüne direnç katayıının heabında ITT 957 forülü kullanılıyor ie k for faktörünün heabında da aşağıdaki forül kullanılabilir: k ITT 3.8 B 0.03 ( L B) ( B T ) k or faktörü için eriliş apirik forüllerden en uygun olanı kullanılarak, yaklaşık bir k for faktörü elde edilebilir. b) Düşük roude ayılarında yapılan odel deney onuçlarından yararlanılarak k for faktörünün belirlenei Düşük roude ayılarında hareket eden bir geinin oluşturduğu dalgalar e dolayııyla dalga yapa direnci ihal edilebilecek ertebededir. Böyle bir geinin udan gördüğü direncin taaı ikozite kaynaklıdır, yani geinin topla direnci geinin ikoz direncine eşittir. Dalga direncinin ihal edilebileceği gei hızlarının, roude benzerliğine göre karşıt hızlarında çekilen odelin oluşturacağı dalgalar e dolayııyla dalga dirençleri ihal edilebilecek düzeyde olacaktır. Böylece odelin ölçülen topla direnci, odelin ikoz direncine eşit olacaktır. Modelin ikoz direnci e ikoz direnç katayıı belirlendikten onra, daha önce erilen apirik forüller yardııyla ürtüne direnç katayıı elde edilir e onra da k for faktörü belirlenir. Bu yöntele for faktörünün belirleneinde takip edilecek ıra, aşağıda erildiği gibi olalıdır:. Gei dalga direncinin ihal edilebileceği roude ayıı e gei hızı belirlenir. 6

7 . λ karşıt hızda çekilen odelin T topla direnci ölçülür e T topla direnç katayıı heaplanır. Bu hızda odelin topla direnci, odelin ikoz direncine eşit olacaktır: W 0 e W 0 T V e T V 3. Modelin ikoz direnç katayıı, ürtüne direnç katayıı e k for faktörü heaplanır: V V ρ S n L (ITT 957), ν (log n ) ( V V k odel için bulunan k değerinin, ta ölçekli gei için de aynı olduğu kabul edilir (k k. c) Çift odelle yapılan deney onuçlarından yararlanılarak k for faktörünün belirlenei Gei odelinin yüklü u hattı altında kalan kıının bir eşi daha yapılarak elde edilen ikiz odeller, yüklü u hatları ietri düzlei olacak şekilde birleştirilir e Şekil 5. de göterildiği gibi ayna ietrik bir çift odel oluşturulur. Oluşturulan bu çift odelin yeterli derinlikte çekileiyle ölçülecek topla direnç, tek bir odelin aynı hızda u yüzeyinde çekileiyle bulunacak ikoz direncinin iki katı olacaktır. Çünkü çift odelle yapılan deneyde dalga direnci olayacak e topla direnç de ikozite kaynaklı olacaktır. Böylece tek bir odelin ikoz direnci e k for faktörü aşağıdaki ıra takip edilerek belirlenebilir: 7

8 Şekil 5. Su içine dalış bir çift odelin direnç deneyi.. λ karşıt hızda çekilen ayna ietrik çift odelin T topla direnci ölçülür e T topla direnç katayıı heaplanır. Ölçülen bu topla direnç, tek bir odelin ikoz direncinin iki katıdır: T V eya V T / T V eya V T /. Modelin ikoz direnç katayıı, ürtüne direnç katayıı e k for faktörü heaplanır: V n V ρ S L (ITT 957), ν (log n ) ( V V k odel için bulunan k değeri, ta ölçekli gei için de geçerlidir. 5.3 ITT 957 Yöntei Model deneylerinden hareketle gei topla direncinin heaplanaında yararlanılabilecek yukarıda anlatılan roude yönteine benzer diğer bir yönte de ITT 957 yönteidir. Model deney onuçlarının ta ölçekli geiye uygulanışı için, 957 de Ululararaı Model Deney Tankları Konferanında (ITT 957), düz leha ürtüne direnç katayıı için aşağıdaki forül kabul ediliştir: 8

9 0.075 (ITT 957) (log n ) Böylece ITT 957 yöntei, topla direnci roude prenibine göre bileşenlerine ayırarak, yukarıdaki forülle belirlenen eğriyi gei-odel uyu hattı olarak kabul etiştir. ITT 957 yönteiyle gei topla direncinin heaplanaında aşağıdaki ıra takip edilir:. Gei karşıt hızında çekilen odelin topla direnci ( T ) ölçülür.. Modelin topla direnç katayıı heaplanır: T T ρ S 3. Modelin ürtüne direnç katayıı, ITT 957 forülüyle heaplanır. 4. Topla direnç katayıından ürtüne direnç katayıı çıkartılarak, odelin artık direnç katayıı elde edilir: T 5. Gei e odel aynı roude ayıına (n n ) ahip oldukları için, bunların artık direnç katayıları da birbirine eşit olur ( ). 6. Ta ölçekli gei için ürtüne direnç katayıı da ITT 957 forülüyle heaplanır. 7. Geinin ürtüne direnç katayıı ( ) e artık direnç katayıı ( ) toplanarak, geinin topla direnç katayıı ( T ) e dolayııyla geinin topla direnci ( T ) elde edilir: T T T ρ S 9

10 5.4 ITT 978 Yöntei 978 yılında ITT üyeleri, tek peraneli geiler için T topla direnç katayıını aşağıdaki gibi belirleeyi önerişlerdir: ( T A AA Burada, k: or faktörü : ITT 957 forülüyle heaplanan gei ürtüne direnci katayıı : Modelin artık direnç katayıı ( T ( ) A : Pürüzlülük etkii AA : Haa direnci katayıı Model deneyleri ile gei direncini belirleek için kullanılan değişik yöntelerde, geiodel uyu hattı olarak çeşitli forüller kullanılıştır. Türbülanlı akıda ürtüne direnci katayıını eren bu forüllerin, n değerlerine bağlı olarak erdikleri değerleri birbirinden farklıdır. Örneğin ITT 957 forülüne göre bulunan değerleri, Hughe forülü ile bulunan değerlerinden % daha büyüktür. 0