Baş Yuvarlatma Eklenmesinin Hız Birleştirme Metodu ile İrdelenmesi

Dizayn değişiklikleri temel özellikleri belirlenen bir form için yerel seviyede yürütülen çalışmalardır. Gemi ve denizaltı tasarımında karşılaşılabilecek olası dizayn değişiklikleri, kontrol yüzeyleri veya dümenin yerleştirilmesi / tasarımı, takıntı gövde bağlantıları, takıntının kesitlerinin / şeklinin veya bağlantı açısının değiştirilmesi (sweep), yerel şekil değişiklikleri ve uç bölge (tip) değişiklikleri gibi örneklendirilebilir. Yelkenli teknelerde salma veya yalpa sönümlendirici levhaların tasarımında birden fazla seçeneğin ön tasarım aşamasında incelenmesi ve akış hesaplarının yeni konfigürasyonlar için tekrarlanması söz konusu olabilmektedir. Bu tarz hesaplamaların çözüm süresi açısından hızlı ve güvenilir bir yaklaşım ile örneğin viskoz etkilerin ithal edilerek potansiyel metotla (hız birleştirme metodu) yürütülmesinin, bir ön tasarım aracı olarak kullanılması düşünülebilir.

NACA 066 kesitli strut eklenmiş Szantyr Pod için potansiyel metotla yapılan analizler 3. Bölümde, aynı geometri için viskoz çözüm kullanılarak yapılan çözümler ise 4. Bölümde anlatılmıştır. Bu bölümde ise 4. Bölümde elde edilmiş olan viskoz hızlar, R=0.2 m yarıçapında baş yuvarlatma eklenmiş poda (FF02) detayları 6. Bölümde anlatılmış olan hız birleştirme metodu kullanılarak eklenmiştir.

Baş yuvarlatma eklenerek yapılan dizayn değişikliği orijinal pod geometrisinden türetilmiş olmakla birlikte birleşim bölgesi geometrisi değiştirilmiş farklı bir pod modelidir. Söz konusu iki pod modeli arasındaki tek fark yuvarlatma bölgesi panelleridir. Paneller arasındaki farklılık nedeni ile önerilen hız birleştirme yaklaşımında orijinal geometri için yapılan viskoz çözümdeki hızlar kısmen kullanılmaktadır. Hız birleştirmesinde, her iki pod modelinin de geometrik olarak aynı olduğu baş yuvarlatma bölgesi haricindeki viskoz hızlar kullanılmıştır.

Burada yapılan çalışma ile baş yuvarlatması yapılmamış pod etrafından alınan viskoz hızlar baş yuvarlatması yapılan FF02 pod modeline eklenmiş ve böylece viskoz hız etkisinin geometri değişikliği yapılması amacı ile kullanılabilirliği gösterilmiştir. Viskoz çözümde pod/strut yüzeyine yakın bölgede yerel hızların alınması amacı ile oluşturulan nokta bulutu Şekil 7.12’de gösterilmiştir. Oluşturulan nokta bulutu dizayn değişikliği yapılan FF02 podu için tanımlanmıştır.

Şekil 7.12 : Pod Üzerinde FF02 Podu için Oluşturulan Nokta Bulutu.

6. Bölümde açıklandığı gibi birleştirilmiş metot kullanılarak her iki pod modelinin geometrik olarak aynı olduğu bölgelerde FF02 podu için yapılan yüzey ayrıklaştırmasında tanımlanan paneller/panel merkezleri için viskoz çözümdeki yerel hızları ithal etmek mümkündür. Yuvarlatma bölgesi panelleri üzerinde sınır şartı değişikliği ile eklenen viskoz hızlar tanımlanmamıştır. Hız birleştirilmesinin yapıldığı nihai hesaplamada bu paneller, viskoz hız etkisi yansıtılmış diğer paneller ile etkileşmektedir, diğer bir deyişle viskoz etkileri taşımaktadır.

Orijinal pod için mevcut viskoz çözümden ithal edilen hızlar atnalı girdabının etkisini taşıdığı halde, dizayn değişikliği içeren yeni çözümde atnalı girdabının yok olduğu görülmektedir. Bu da geliştirilen hız birleştirme metodunun potansiyel çözüme viskoz hızların eklenmesi konusunda başarılı olduğunun göstergesi olarak kabul edilebilir. Şekil 6.30’da hız birleştirilmesi sonrasında pod boyunca 3.455 m mesafede tanımlanan arka pervane düzleminde atnalı girdabının oluştuğu gösterilmiştir. Dizayn değişikliği yapılan ve viskoz hızlar eklenerek çözülen FF02 podunun arka pervane düzlemindeki hız dağılımı ise Şekil 7.13’de gösterilmiştir. Pervane düzlemi üzerindeki hız dağılımında atnalı girdabı etkisi görülmemektedir. Viskoz hızlar zamana bağlı çözümden elde edildiğinden yerel seviyede hız farklılıkları görülmektedir. Şekil 7.13’de verilen hız dağılımında bu farkların etkisi de simetri farkları şeklinde gözlenmektedir.

Şekil 7.13 : Hız Birleştirme Metodu ile FF02 için Elde Edilen Sonuçlar.

Akım içerisindeki cismin viskoz çözümü için yapılması gereken işlem adımları 4. Bölümde verilmiştir. Kabul edilebilir bir viskoz çözüm için gerekli olan ağ yapısı düşünüldüğünde panel metotlarına nazaran oldukça fazla noktada hesaplama yapılmış ve yerel hızlar elde edilmiştir. Dizayn değişikliği amacı ile potansiyel hesapta oluşturulan panel sayısı arttırılarak yüzeyin daha hassas olarak modellenmesi mümkündür. Yapılacak şekil değişikliği sonrasında viskoz akım etkisi altındaki panel sayısı yüksek tutularak yapılan şekil değişikliğinin daha hassas olarak modellenmesi denenebilir. FF02 örneğinde birleşim bölgesinde tanımlanan ve dolayısı ile hız ilavesi yapılmayan yuvarlatma bölgesi panelleri, toplam panel sayısının % 10 mertebesinde tutulmuştur.

Sonuç olarak geliştirilen bu metot ile bir defa viskoz çözüm yapılarak elde edilmiş viskoz hızlar kullanılarak, yapılacak geometri değişikliği etkilerinin ön değerlendirmesinin, viskoz etkileri mümkün mertebe koruyarak yapılabilmesi mümkündür. Metodun en önemli avantajı çözüm süresinin kısa olmasıdır. Yine bu doktora çalışması kapsamında geliştirilen bir alt rutinle VFLOW programından elde edilen sonuçların görselleştirilmesi de sağlandığı için sonuçların görsel bir şekilde irdelenmesi de bir diğer avantajdır. Örnek olarak bu FF02 tasarım değişikliği uygulaması için kullanılan çözüm yöntemleri ve çözüm sürelerinin karşılaştırılması Çizelge 7.4’de verilmiştir. Çözüm sürelerinin sağlıklı bir şekilde karşılaştırılabilmesi için Çizelge 7.4’de tüm metotlar için kullanıcıya bağlı süreler olan, geometri değişikliği için girdi dosyası oluşturma süreleri dikkate alınmamıştır. Görüleceği üzere geliştirilen yöntem viskoz akıma kıyasla çözüm süresini oldukça

azaltmaktadır. Bu nedenle bir ön tasarım aracı olarak kullanılmasının uygun olduğu düşünülmetedir.

Çizelge 7.4 : Çözüm Metotları ve Sürelerinin Karşılaştırılması. Hesap Metodu Süre (s)

Panel 120 Viskoz 2 600 000

Hız Birleştirme 180

7.6 Sonuç

Farklı pod/strut birleşim şekillerinin atnalı girdabına etkisi potansiyel ve viskoz akım ve hız birleştirme metotları kullanılarak irdelenmiştir. Yuvarlatma eklenmiş durumda, ters (adverse) basınç gradyenleri yuvarlatma olmayan duruma göre daha dar bir bölgede gözlenmektedir. Yuvarlatma yarıçapının etkisi yuvarlatma eklenmesine göre ikinci planda kalmaktadır.

Yapılan irdelemeler sonucunda; küçük/sınırlı geometri değişikliklerinin viskoz analiz sonuçlarında hissedilebilir değişikliklere yol açmayacağı kabulünden hareketle hız birleştirme yönteminin sınırlı geometrik değişiklikler içeren dizayn çalışmalarında başarı ile kullanılabileceği ve üstelik bu yaklaşımın çok daha ekonomik olduğu ortaya çıkmaktadır.