Deniz yapılarında poroz grup silindirlerin tripod diziliminde kullanılması durumunda ortaya çıkan oyulma yapısının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the scour patterns of the porous group cylinders configured in tripod arrangement for sea structures
Yazar: SEFA TELCİ
Danışman: DOÇ. DR. ORAL YAĞCI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Açık deniz platformları = Offshore platforms ; Deniz tabanı = Sea floor ; Dikey eksenli rüzgar türbini = Vertical axis wind turbine ; Dolu silindir = Solid cylinder ; Yerel oyulma = Local scour

Özet:
Enerji günümüzde en büyük ihtiyaçlarımızdan biri haline gelmiştir. Teknolojinin ve
sanayinin gelişimiyle dünya ülkeleri ve ülkemizin enerji ihtiyacı her geçen gün
artmaktadır. Bu artış ülkeleri yeni enerji kaynakları arayışına yöneltmektedir. Ancak
dünyamızda artan nüfus ve nüfusla orantılı olarak artan çevre kirliliği enerji arayışında
bizi temiz enerji kaynaklarına yöneltmektedir. Bu bağlamda temiz enerji kaynakları
olan güneş ve rüzgârdan enerji edebilmek için teknolojiler geliştirilmiş ve hali hazırda
kullanılmaktadır. Bazı dünya ülkeleri temiz enerji kaynaklarına ciddi miktarda yatırım
yapmış ve halen yapmaktadır. Okyanus ya da denize kenarı olan ülkelerde kullanılan
temiz enerji kaynaklarından biri de açık deniz rüzgâr tarlalarıdır. Açık denizlere
kurulan rüzgâr tarlalarında kullanılan mesnet sistemlerinden biri de tripod ayak
sistemdir.
Çalışmada tripod ayak sistemlerinin poroz sistemlerden kurulması halinde çevresinde
oluşacak olan yerel ve global oyulmaların hakim akıntı/akım yönü, poroz silindirlerin
yoğunluğu ve silindirlerin yerleşim konfigürasyonuna göre nasıl değiştiği yapılan
deneyler ışığında incelenmiştir. Deneylerin yapıldığı kanal 26 metre uzunluğunda,
0.98 metre genişliğinde ve 0.85 metre derinliğindedir. Kanalın silindirlerin
yerleştirildiği ve oyulma desenlerinin takip edileceği kısmında tabana 0.20 metre
kalınlığında kum serilerek bir yatak oluşturulmuştur. Deneylerde ilk olarak poroz
silindirlerle aynı çapa sahip solid (içi dolu) silindirler kullanılmıştır. Her bir silindirin
bir diğerine olan mesafesi merkezden merkeze 4D olacak şekilde eşkenar üçgen
formunda ayarlanıp kum yatağına sabitlenmiş ve iki akım yönü için deney yapılmıştır.
Akım yönleri eşkenar üçgen için üçgenin yüksekliği akıma paralel olarak bir silindir
akımın geldiği yöne, diğer iki silindirin oluşturduğu üçgen kenarı da akıma dik olacak
şekilde kum yatağına yerleştirilmiştir. Bu kuş uçuşuna benzer yerleşime akım yönü 1 denilmiştir. Akım yönü 2 ise akım yönü 1'in 180o döndürülmüş halidir. Akım yönü
2'de gelen akım ilk olarak akıma dik olan kenarla buluşacak şekilde ayarlanmıştır.
Deneylerde 8 saatlik oyulma sonrasında kanal boşaltılmış ve lazer tarayıcı ile tarama
yapılarak, kum yatağında oluşan oyulma derinlikleri, madde taşınım yükseklikleri ve
miktarları bilgilerine elde edilmiştir. Bu deneyler tamamlandıktan sonra aynı deneyler
silindirler arası mesafe sabit kalması koşuluyla orta yoğunlukta ve düşük yoğunlukta
olan silindir grupları için tekrar edilmiştir. Her deney sonrasında kanal ilave bir
oyulmaya neden olmamak amacıyla tekrar çok yavaş şekilde boşaltılmış, tarama
yapılarak deney sonuçları not edilmiştir. İlk 6 deney bu şekilde tamamlandıktan sonra
orta yoğunluktaki silindir grubu için ilk önce silindirler arası mesafe merkezden
merkeze sırasıyla 3D ve 2D olacak şekilde deney düzenekleri yeniden oluşturulmuş
ve deneyler tekrarlanıştır.
Deneyler sonucunda elde edilen verilerden yola çıkılarak aynı yönlü akımlar ve aynı
yoğunluktaki silindirler için sonuçlar birbiriyle kıyaslanmıştır. Sonuçlara göre aynı
mesafeye yerleştirilmiş, farklı yoğunluktaki poroz silindir grupları için silindir
yoğunluğunun düşmesiyle beraber oyulma miktarları ve madde taşınım miktarının
düştüğü görülmüştür. Aynı yoğunlukta silindirler için ise akım yönünün değişmesi
tripod ayak içerisinde kalan akımı değiştirmiş ve bu da poroz silindir grubu ardında
kalan oyulma izlerinin değişmesine sebep olmuştur. Silindirler arası mesafenin
değiştirilmesi durumdaysa mesafe küçüldükçe silindirlerin birbiriyle etkileşimleri
artmış ve art izde ciddi değişimler meydana getirmiştir.

Abstract:
Population growth rate of the world has increased because of mankind's exploration of
agriculture and adopt a sedentary life. Thanks to population growth, have accelerated
scientific discoveries and humanity come those days. Due to industrial revolution
actualized in the recent past population growth rate has increased even more and
industrial revolution led to energy requirement. At first, energy requirements supplied
by fossil fuel based coal and petroleum but increasing number of industrial facilities
and fast moving industry caused lack on energy. Energy has become one of our biggest
needs today. With the development of technology and industry, the energy needs of
world countries and our country are increasing day by day. Many of countries supply
with energy needs self resources and import the other countries. This increase leads
countries to search for new energy sources. However, increasing environmental
pollution and increasing population in our world direct us to search for clean renewable
energy sources. In this context, technologies have been developed and are currently
being used to generate energy from the sun and wind, which are renewable energy
sources. Some world countries have invested and are still making serious investments
in clean energy resources. One of the renewable energy resources used in the oceans
or seaside countries is the open sea wind fields.
In practice can use many differents wind turbine foundation types. First of this
foundation types is monopile type. Monopile type foundation is used to up to 30 meters
water depths and 1-2 mW power production. The other one of this foundation types is
gravity foundation type. Gravity foundation type is used to up to 30 meters like
monopile type. Currently used on most offshore wind projects, the gravity foundation
consists of a large base constructed from either concrete or steel which rests on the
seabed. The turbine is dependent on gravity to remain erect. Another offshore wind
turbine foundation type is jacket type. Jacket type foundation is used to 30 - 45 meters water depths. Unlike all of this foundation types, floating foundation types is used
deeper water lke 50 meters and over. The other one of the foundation systems used in
wind farms established in open seas is tripod leg system.Tripod foundation system can
use up to 35 meters water depths.
In case of tripod systems installed in practice, the dominant flow/current direction of
the local and global scour is formed around the porous systems was investigated in the
light of how the density of the porous cylinders and the arrangement of the cylinders
changed according to the layout configuration. The channel where the experiments
were conducted is 26.00 meters in length, 0.98 meters in width and 0.85 meters in
depth. The cylinders were placed and the scour patterns were detected during the
experiments. For this purpose false ded was formed by laying sand with a thickness of
0.20 meters.
In the experiments, solid cylinders of the same diameter as the porous cylinders were
used initially as reference case. The distance from each center of each cylinder to the
other is adjusted in the shape of equilateral triangle to be 4D at the center and fixed to
the sand bed and tested for two current directions. The current directions are equilateral
triangle, the height of the triangle is parallel to the direction of flow of a cylinder, and
the triangle edges of the other two cylinders are placed in the sand bed so that the flow
is perpendicular. This bird flight is referred to as direction 1. Current direction 2 is the
current direction 1 rotated 180 °. The current flowing in current direction 2 is initially
set to meet the current perpendicular to the edge.
During the experiments, after scouring procuess for 8 hours, the eroded bed was
scanned with a laser scanner to obtain information on the depths of scour, depth of
material transport and quantities in the sand bed. Once the experiments completed, the
same experiments were repeated for groups of cylinders in medium density and low
density provided that the distance between the cylinders remains constant. After each
test, the channel was drained very slowly again, the test results were noted by scanning.
After the first 6 experiments are completed in this way, the experimental setup were
reproduced first for the medium density cylinder group as the distance between the
cylinders is 3D and 2D respectively.
The results for the same direction currents and for cylinders of the same intensity were
compared with each other, from the data obtained as a result of the experiments.
According to these results, it was seen that for different groups of porous cylinders
placed at the same distance, the cylinder density decreased and the amount of scour
and the amount of material transport decreased. For cylinders of the same density, the
change in flow direction changed the current in the tripod foot, which caused the
scoring traces behind the porous cylinder group to change. If the distance between the
cylinders decrease, the interaction between the cylinders increase and the scour pattern
behind the obstacle exhibit dramatic changes.