Bölüm-1: Sayısal Yöntem ne işe yarar?

Araş. Gör. CEMIL KOYUNOĞLU
Kimya Yüksek Mühendisi / İstanbul Teknik Üniversitesi Enerji Enstitüsü
ckoyunoglu@itu.edu.tr

Yukarıda tekne, yat ve gemi tasarımlarında hesaplamalı akışkanlar dinamiği (bkz. Şekil 1) çözümünde kullanılacak sayısal yöntemlerin gövde tasarımlarında ne gibi kolaylıklar sağlayacağı açıklanmıştır. 

Vahşi (Freak) dalgalar, son derece büyük boyutlu dalgalar olup, alternatif olarak sahte dalgalar veya dev dalgalar olarak da adlandırılır. Dev dalgacık yükseklikleri yüzünden, ucube dalgaların yol açtığı gemi kazaları ve deniz yapısı hasarları, yıllardır bildirilmektedir ve rapor edilmektedir. Örneğin, 1984 yılında Ekofisk petrol sahasına 21 metreden büyük bir çatlak dalgası vurdu; 2-4A platformunun alt güvertesindeki duvar yapısı dalga tarafından yok edildi. “World Glory” adlı tanker, tankeri iki parçaya bölen ve 1968 yılında Güney Afrika kıyılarında yolculuk ederken 22 mürettebatının ölümüne yol açan bir ucube dalgayla karşı karşıya kaldı. Bununla birlikte, mevcut araştırmalar esas olarak, vahşi dalgaların fiziki mekanizmalarını (bkz. Şekil 2), deney iletimleri ve hareketli tepkilerin sayısal simülasyonları üzerine odaklanmışken, ucube dalgalar ile gemi ya da kıyı yapıları arasındaki akışkan yapısı etkileşimi üzerine araştırmalar halen yetersizdir.

Genel olarak, ucube dalgalar için en yaygın kullanılan üretim yöntemleri doğrusal olmayan süper pozisyon modeli ile doğrusal olmayan Schrödinger denkleminin (NLSE) çözümlerine dayanan doğrusal olmayan modele ayrılabilir. Süperpozisyon modeli (veya doğrusal odaklama olarak da adlandırılır), garip dalgaları rasgele bir “dalga treninin” ve “odaklama dalga treninin” üst üste yerleştirilmesinin bir sonucu olarak tanımlanır. Bu modele dayalı bozulma dalgaları uzun zamandır incelenmiş ve başarıyla üretilmiştir. Pek çok araştırmacı, süperpozisyon modelinin ucube dalgaları sayısal ve deneysel olarak üretmekte kullanışlı olmasına rağmen, ucube dalgaların doğrusal olmayan bir şekilde açıklanması gerektiğini savunuyor (bkz. Şekil 3). Yavaşça modüle edilmiş zayıf doğrusal Stokes dalgası NLSE tarafından tanımlanır ve denklemin en çok çalışılan çözümlerinden biri “Peregrine havalandırma” çözümüdür. Akhmediev ve arkadaşları kendi odaklanan NLSE’nin rasyonel çözümlerinin hiyerarşisini bulmak için bir yöntem önerdi. Zakharov ve arkadaşları ise dalga trendinin modülasyon istikrarsızlığı ve NLSE çözümlerinin evrimi ile sayısal olarak benzetilmiş ucube dalga modelleri geliştirdi. Chabchoub ve arkadaşları NLSE’nin derin su bazlı “Peregrine havalandırma” çözümünü kullanan bir deney tankında ucube dalgaları yarattı. Onorato ve arkadaşları bir laboratuvarda sonlu su derinliği altında NLSE’nin “Peregrine soluma” çözümüne dayanan ucube dalgalar kullanarak deniz araçlarındaki dalgaya dayanım testlerini gerçekleştirdiler. Diden kulova ve arkadaşları sahte dalgaların ara derinlikte özelliklerini incelemiş ve “Peregrine havalandırma”sının derin sulardan çok daha orta düzeyde bireysel dalgalar içerdiğini bulmuştur. Peric ve arkadaşları “Peregrine havalandırma” çözeltisini iki fazlı akış Navier-Stokes modeli ile inceleyerek, ucube dalgalarının kırılma evresini inceleyerek sayısal modelini yapmışlardır. Hu ve arkadaşları sonlu su derinliği altında sayısal bir dalga tankında “Peregrine havalandırma” çözeltisine dayalı ucube dalgalarını simule etmiştir.

He ve arkadaşları yüksek dereceli uçuk dalgalar üretmede bir mekanizma teorisi önerdi ve yüksek dereceli ucube dalgaların birinci derece ucube dalgalarına kıyasla daha büyük bir dalga yüksekliğine sahip olduğunu belirtti. Chab-choub ve arkadaşları, Darboux dönüşümünü kullanarak 5. sıradakine kadar olan ucube dalgaları incelemiş ve derin su altındaki NLSE’nin 2. sıradan 5 inci sırasına kadar olan bir seri dalgaları üreterek incelemiştir.

Bu yazımızda 2 boyutlu sayısal yöntemin küçük-orta ve büyük ölçekli tekne tasarımında kısa-orta ve uzun yol deniz yolculuklarında tekne gövdesinin düşük-orta şiddetli ve yüksek hasarlı (ucube) dalgalara karşı direncini hesaplayarak kullanılacak malzeme mukavemetini tercih etmesinde çok önemli bir rolü olduğunu anlatmaya çalıştık. Bir sonraki yazımızda yine yapılacak çalışmalarla dalga dayanımının tespiti ve yat tasarımı konusunda bilgi vermeye devam edeceğiz...

E-Dergi üzerinden okumak için lütfen tıklayınız...