Kararsız akış koşulları altında yumurta-kesitli atıksu borularının hidrolik performansı
Hydraulic performance of egg-section wastewater pipes under unsteady flow conditions
Yazar: ESİN ACAR
Danışman: PROF. DR. ÜMİT GÖKKUŞ
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Hidrolik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Boru hatları çeşitli amaçlarla kullanılabilmektedir ve petrol, doğal gaz,
genellikle sıvı maddelerin taşınmasında, petrol, doğalgaz, sıvı ve gaz iletimi ve
özellikle içme suyunun ve kanalizasyonun taşınmasında kullanılmaktadır. Çeşitli
malzemelerde üretilen boru hatları kullanım amacına bağlı olarak birçok sektörde
faaliyet göstermektedir. Atıksu boru hatları yerleşim yerlerindeki kullanılmış suların
toplanması, uzaklaştırılıp uygun arıtma tesislerine iletimi ve bu tesislerden de birincil
ve ikincil arıtma sonrası uygun alanlara deşarjının yapılmasını sağlayan tesislerdir.
Bu çalışmada, atık-su sistemlerinde yumurta kesitli boru hatlarının akış
performanslarının arttırılması amacına yönelik olarak faaliyetler konu
edinilmektedir. Hidrolik performans parametrelerine göre değerlendirilerek üç farklı
fazda akış olması durumları, basınçlı/serbest yüzeyli, farklı sediment tabanlı, kararlı
ya da kararsız akım, üretim malzemeleri ile analitik ve nümerik olarak modellenmesi
gerçekleştirilmiştir. Bu modellemeler sonucunda, atıksu boru hatlarının hidrolik
performans değerlendirmesi yapılmış ve farklı hidrolik hesaplamalara dayalı akış
modelleri ile elde edilenler kıyaslanmıştır.
Çalışma sonuçlarına göre serbest yüzeyli akışlarda akışkan hız değerlerinin
yüksek olması sebebi ile PVtop (toplam performans değeri), basınçlı akışlara göre
daha yüksek hidrolik performans göstermektedir. Sediment konsantrasyon R
korelasyon hesaplarına göre en iyi hidrolik performans Durum 1 olup, Durum 2 ve
Durum 3 birbirine yakın, Durum 4 ün daha düşük performans gösterdiği
görülmüştür. Bu durumda basınçlı boru hatlarının R korelasyon performanslarının
düşük, serbest yüzeyli boru kontrol kesitlerinde yüksek olduğu sonucuna varılmıştır.
Kesit farklılıklarından dolayı boru kontrol hacimlerinde farklı akış özellikleri
saptanmıştır. Farklı boyutlardaki kesitlerdeki akışkanların boru hattını geçme
sürelerine göre ise çelik boruların beton borulara göre, yüksek eğimlerde, düz
sediment tabanda, dalgalı sediment tabanlara göre daha iyi hidrolik performans
gösterdiği saptanmıştır.

Anahtar Kelimeler: STAR CCM+ yazılım doğrulaması ve geçerliliği, YumurtaKesitli Atıksu Akışı, Sonlu Hacimler Metodu, Atıksu, Atıksu borularının Hidrolik
Performansı, Atıksuların kararsız akışı

Abstract:
Pipelines can be used for various purposes and are used for the transport of
oil, natural gas, generally liquid substances, oil, natural gas, liquid and gas
transmission, and especially for the transport of drinking water and sewage. Pipelines
produced in various materials operate in many sectors depending on the purpose of
use. Waste-water pipelines are the facilities that collect the used water in the
settlements, transfer it to appropriate treatment facilities, and discharge it from these
facilities to suitable areas after primary and secondary treatment.
In this study, the activities aimed at increasing the flow performance of eggsection pipelines in wastewater systems are discussed. In hydraulic performance
evaluations, three different phases of flow, uniform or non-uniform flow conditions,
analytical and numerical modeling were carried out. As a result of these models, the
hydraulic performance of the wastewater pipelines was evaluated and the flow
models based on different hydraulic calculations were compared.
According to the results of the study, PVtop (total performance value) shows
higher hydraulic performance than pressurized flows due to the high fluid velocity
values in free surface flows. According to the sediment concentration R correlation
calculations, the best hydraulic performance is Case 1, Case 2 and Case 3 are close
to each other, and Case 4 has been seen to have lower performance. In this case, it
was concluded that the R correlation performances of the pressure pipelines were
low and high in the free surface pipe control sections. Due to the cross-sectional
differences, different flow characteristics were determined in the pipe control
volumes. It has been determined that the steel pipes show better hydraulic
performance than concrete pipes, on high slopes, on flat sediment bases, and on
wavy sediment bases, according to the passage time of fluids in different sizes of
cross-sections.
Keywords: Verification and Validation of STAR CCM+, Egg-Shape Wastewater
Flow, Volume of Fluid, Hydraulic Performance of Wastewater Pipes, Unsteady Flow
of Wastewaters