Gemi direnci probleminin kendine özgü zorluğu şudur: dalga direnci Froude sayısına, sürtünme direnci Reynolds sayısına bağlıdır. Küçültülmüş bir modelde ikisini aynı anda eşleştirmek mümkün değildir. Model deneyi Froude benzerliğiyle yapılır ve sürtünme bileşeni ayrıca, bir yöntemle tam ölçeğe taşınır.
CFD bu boşluğu kapatabilir, çünkü tam ölçekte doğrudan çözülebilir. Ama bunun bedeli, sınır tabakanın tam ölçekli Reynolds sayısında çözülmesidir — ki bu, ağ gereksinimini doğrudan belirler.
ITTC çerçevesi
Uluslararası Çekme Havuzu Konferansı (ITTC), gemi CFD uygulamaları için önerilen prosedürleri yayımlar; bu belgeler alan tanımı, ağ, çözüm ve doğrulama adımlarını ortak bir çerçeveye oturtur [1]. Sonuçların karşılaştırılabilir olması için bu çerçeveye uymak, tercih değil pratik bir zorunluluktur.
Serbest yüzey ve trim
Gemi problemi tanımı gereği serbest yüzeyli bir problemdir ve iki ek zorluk getirir:
Dalga sisteminin çözünürlüğü. Kelvin dalga deseni gemiden uzağa yayılır. Ağ, dalga boyunu yeterli hücreyle çözmelidir; yetersiz çözünürlükte dalgalar sayısal olarak sönümlenir ve dalga direnci düşük çıkar. Alanın çıkış tarafında kasıtlı bir sönümleme bölgesi bırakılmazsa dalgalar sınırdan yansır ve çözümü bozar.
Trim ve batma serbestliği. Gemi sabit değildir; hız arttıkça öne-arkaya döner ve batar. Bu serbestlikler kilitlenirse direnç özellikle yüksek Froude sayılarında yanlış çıkar. Serbest bırakıldığında problem çift yönlü bağlı bir hareketli sınır problemine dönüşür: akış kuvveti belirler, kuvvet konumu belirler.
Pervane: açık su mu, gövdeyle birlikte mi?
Açık su eğrisi çıkarmak için tek kanal periyodik model ve kalıcı rejim yeterlidir. Ama pervane gövdenin izinde çalışır; oraya gelen akış üniform değildir. Kanat yükü çevrim boyunca dalgalanır, kavitasyon da bu dalgalanmanın tepe noktasında başlar.
Dolayısıyla verim sorusu ucuz, kavitasyon ve titreşim sorusu pahalıdır — ikincisi gövde-pervane etkileşimini zamana bağlı çözmeyi gerektirir. Bkz. dönen makineler notu ve kavitasyon notu.
Kaynaklar
- International Towing Tank Conference. ITTC Recommended Procedures and Guidelines 7.5-03-02-03: Practical Guidelines for Ship CFD Applications. ITTC.
- Celik, I. B., Ghia, U., Roache, P. J., Freitas, C. J., Coleman, H. & Raad, P. E. (2008). Procedure for estimation and reporting of uncertainty due to discretization in CFD applications. Journal of Fluids Engineering, 130(7), 078001. DOI: 10.1115/1.2960953