Akademik Veri Yönetim Sistemi
Demirel E. (Yürütücü)
TÜBİTAK Projesi, 2017 - 2019
Kapaklar, sulama kanalları ve doğal akarsulardaki akımı kontrol etmek ve debiyi ölçmek için yaygın olarak kullanılan su yapılarıdır. Düşük kapak açıklıklarında akımın sel rejiminden nehir rejimine geçmesiyle kapak mansabında hidrolik sıçrama meydana gelir. Kanalın mansabında suyu kabartacak ikinci bir kontrol yapısı olması durumunda hidrolik sıçrama kapağa yaklaşarak batık akım oluşturur ve oluşan hidrolik sıçramaya da batık hidrolik sıçrama adı verilir. Hidrolik sıçramanın kapağa ulaşması kapak mansabında hidrodinamik etkilerin oluşmasına neden olur ve kapağın tasarımında bu etkilerin dikkate alınması gerekir.
Hidrolik sıçrama sırasında hava ile su arasındaki etkileşimden dolayı serbest yüzeydeki su dalgaları kırılarak zamanla değişen güçlü türbülans etkileri meydana gelir. Batık hidrolik sıçramada kapağın altından geçen akım geriye dönerek gelen akımla etkileşmesiyle kapağın mansabında havada oluşan hortumlara benzer tornado tipi vorteksler (girdaplar) oluşur. Batık kapakların mansabındaki akımın sayısal benzetimi üzerine yapılan çalışmalar çoğunlukla iki boyutla sınırlı kaldığı için kapak mansabında oluşan vortekslerin analizi ve kapak üzerinde oluşturduğu etiler üzerine bir çalışma günümüze kadar literatürde rapor edilmemiştir.
Hesaplama ve ölçüm tekniklerindeki gelişmeler ile birlikte su yapıları civarında oluşan vorteks akımların incelenmesi ve vorteks etkilerinin giderilmesi üzerine yapılan çalışmalar son yıllarda giderek artmaktadır. Örnek olarak büyük hacimli tanklardaki suyun boşaltılmasında, su alma yapılarının ve pompaların girişlerinde vorteks etkileri önemlidir ve buralardaki vorteks etkilerini azaltacak vorteks kırıcılar yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu projenin amacı vortekslerden dolayı kapak mansabında oluşan hidrodinamik etkileri belirleyerek bu etkileri azaltacak ?vorteks kırıcıların? geliştirilmesidir.
Proje çalışmasında farklı Froude sayıları ve batıklık oranlarına sahip akım koşullarındaki batık kapakların mansabında oluşan hidrodinamik etkiler deneysel ve sayısal olarak incelenecektir. Deneysel çalışmalar dikdörtgen kesitli bir deney kanalında gerçekleştirilecek, kapağın mansabında oluşan hidrodinamik basınçlar kapak üzerindeki farklı noktalara yerleştirilecek basınç sensörleri ile ölçülecektir. Kapak mansabındaki üç boyutlu akıma ait hız ve türbülans gerilmeleri 3 adet ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) kullanılarak kapak üzerindeki basınç ile eşzamanlı olarak ölçülecektir. Böylece kapak mansabındaki karmaşık türbulanslı akım bölgesinde hız-türbülans-basınç arasındaki ilişki konum ve zaman ölçeğinde belirlenerek vortekslerin oluşma mekanizmaları incelenecektir. Kapak mansabındaki türbülanslı akımın üç boyutlu sayısal benzetimi, zamanla değişen enerjik türbülans çalkantılarını Large Eddy Simulation (LES) ile, serbest yüzey dalgalarını Volume of Fluid (VOF) metodu ile hesaplayan, konumda ve zamanda ikinci mertebeden yakınsak ve paralel hesaplama yapabilen bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) modeli kullanılarak gerçekleştirilecektir. Sayısal sonuçlar deneysel sonuçlar ile karşılaştırılarak hesaplama ağı, sınır koşulları, türbülans etkileri ve serbest yüzey çözümünün doğruluğu test edilecektir. Doğruluğu ve hassasiyeti laboratuvar koşullarında test edilen sayısal model kullanılarak gerçek boyutlardaki kapakların mansabında oluşan hidrodinamik etkiler farklı akım koşulları için boyut etkileri de dikkate alınarak analiz edilebilecektir.
Vorteks etkilerinin önemli olduğu akım koşulları analiz sonuçlarından belirlenerek bu etkileri azaltacak vorteks kırıcıların geometrileri, adedi ve kapağın üzerinde yerleştirilecekleri yerler araştırılacaktır. Önerilen bu proje sonucunda batık akım koşullarında çalışan düşey kapakların mansabındaki vortekslerden dolayı kapak gövdesinde oluşan hidrodinamik etkileri azaltacak ve aynı zamanda mevcut kapakların üzerine monte edilebilecek ?vorteks kırıcıların? geliştirilmesi amaçlanmaktadır.