Batık hidrolik sıçrama karakteristiklerinin sayısal deneylerle belirlenmesi
Determination of submerged hydraulic jump characteristics by numerical experiments
Yazar: MEHMET KÖSEN
Danışman: DOÇ. DR. OĞUZ ŞİMŞEK
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: ANSYS = ANSYS ; Akışkan sistemler = Fluid systems ; Batık = Shipwreck ; Hidrolik sıçrama = Hydraulic jump ; Karakteristikler yöntemi = Characteristics method ; Sayısal modelleme = Numerical modelling

Özet:
Batık hidrolik sıçrama genellikle kayar kapak veya dolusavak sonrası mansap su derinliğine bağlı olarak oluşan bir olaydır. Hidrolik sıçramanın karakteristik özelliklerinin bilinmesi, düşüm havuzu uzunluğunun ve koruyucu önlemlerin belirlenmesi için oldukça önemlidir. Bu çalışmada, literatürde bulunan farklı memba ve mansap kapak yükseklikleri ve akım koşulları için deneysel olarak ölçülmüş batık hidrolik sıçramanın sayısal modellemesi yapılmıştır. Sayısal modellemede, batık hidrolik sıçramanının hareketini idare eden temel denklemler ANSYS-Fluent paket programı aracılığıyla sonlu hacimler yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Temel denklemlerde bilinmeyen olarak bulunan türbülans gerilmelerinin modellenmesinde, Reynolds Ortalamalı Navier Stokes (RANS) tabanlı Reynolds Gerilme modeli ve serbest su yüzü profilinin belirlenmesinde ise akışkan hacimleri yöntemi kullanılmıştır. Sayısal modellemede elde edilen batık hidrolik sıçramanın karakteristik özellikleri deneysel bulgular ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda, elde edilen bulgular hesaplamalı akışkanlar dinamiğine dayalı yöntemlerin batık hidrolik sıçramayı başarılı bir şekilde modellediğini göstermiştir. Sayısal modelleme sonucunda elde edilen akım çizgileri, dinamik basınç, türbülans kinetik enerjisi ve bileşke hıza ait desenler değerlendirilmiştir. Bunun yanında, batık hidrolik sıçramanın karakteristik özellikleri detaylıca analiz edilmiştir. Ayrıca, elde edilen bulgular farklı araştırmacılar tarafından ampirik olarak önerilen denklemler ile de hesap edilerek sayısal model sonuçları doğrulanmıştır.

Abstract:
Submerged hydraulic splash is an event that usually occurs depending on the downstream water depth after a slide gate or spillway. Knowing the characteristics of the hydraulic jump is very important for determining the length of the drop pool and protective measures. In this study, numerical modeling of the experimentally measured submerged hydraulic jump was performed for different upstream and downstream valve heights and flow conditions found in the literature. In numerical modelling, the basic equations governing the motion of the submerged hydraulic jump are solved using the finite volume method using the ANSYS-Fluent package program. The Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) based Reynolds Stress model was used in the modeling of the turbulent stresses, which are found as unknowns in the basic equations, and the fluid volumes method was used in the determination of the free water surface profile. Characteristics of submerged hydraulic jump obtained in numerical modeling were compared with experimental findings. As a result of the comparison, the obtained findings showed that computational fluid dynamics based methods successfully model submerged hydraulic jump. The patterns of streamlines, dynamic pressure, turbulent kinetic energy, and resultant velocity obtained as a result of numerical modeling were evaluated. In addition, the characteristics of submerged hydraulic jump were analyzed in detail. In addition, the obtained findings were calculated with the empirically suggested equations by different researchers, and the numerical model results were verified.