Dökmetaş tipi dalgakıranlar yakınındaki düzenli dalga altında türbülans karakteristiklerinin deneysel olarak belirlenmesi
Laboratory experiments for turbulence characteristics under regular wave near the rubble mound breakwater
Yazar: ÖZGÜR DURMUŞ
Danışman: PROF. DR. ŞEVKET ÇOKGÖR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Dökmetaş tipi dalgakıranlar tüm dünyada uzun yıllardır ve çok çeşitli kıyı mühendisliği sorunlarının çözümü olarak uygulanmışlardır. Bu yapılar etrafındaki akım ve hız koşullarının incelenmesi; fonksiyonellikleri, dayanımları ve yakın çevrelerinin morfolojisi üzerinde yarattıkları etkilerin anlaşılması açısından önem arz etmektedir.
Bu çalışmada dökmetaş tipi dalgakıranlar önündeki hız alanlarıyla ilgili laboratuvar ortamında ölçülmüş veriler sunulmuştur. Hız ölçümleri düzenli dalga koşulunda ve dalgakıran yakınında, bir akustik Doppler hız ölçeriyle (Nortek Vectrino) gerçekleştirilmiştir. Deneyler İTÜ Hidrolik Laboratuvarında bulunan 26 m uzunluğunda, 0.98 m genişliğinde ve 0.85 m yüksekliğindeki iki boyutlu dalga kanalı ile 26 m uzunluğunda, 6 m genişliğinde ve 1.4 m yüksekliğindeki üç boyutlu dalga kanalı olmak üzere iki farklı kanalda yürütülmüştür. Elde edilen veriler kullanılarak türbülans çalkantılarını faza bağımlı dalga hareketinden ayırabilmek için hem polinom yaklaşımı hem de sağlam (robust) yerel regresyon yöntemleri kullanılmıştır. Her bir dalga periyodu için türbülans çalkantılarının yatay ve düşey doğrultulardaki karesel ortalama değerleri (RMS) elde edilmiştir. Ayrıca dalgakıran önünde türbülans kayma gerilmesi (TSS) ve türbülans kinetik enerjisi (TKE) değerleri hesaplanmıştır. Daha sonra çalkantı bileşenleri (u_rms^', v_rms^',w_rms^'), TKE ve TSS değerlerinin kontür grafikleri çizilerek konuma bağlı değişimleri incelenmiştir. Sonuçlar, dalgakıran üzerinde dalga sıkışması olduğunda türbülans şiddetinin daha büyük değerler aldığını göstermiştir. Diğer yandan, pürüzlü yüzey etkisinin bir sonucu olarak en büyük türbülans kayma gerilmesi değerleri dalgakıran yüzeyinin yakınlarında gözlenmiştir.

Abstract:
Rubble-mound breakwaters have been applied all over the world for many years and as a solution to a wide variety of coastal engineering problems. Investigating flow and velocity conditions around rubble-mound breakwater structures is important in terms of understanding their functionality, strength and the effects they have on the morphology of their immediate surroundings.
In this study, laboratory data of velocity fields in front of a rubble-mound breakwater were presented. Velocity measurements were conducted near the breakwater by an acoustic Doppler velocimeter (Nortek Vectrino) under regular waves. Experiments were carried out in two different channels which were located in ITU Hydraulics Laboratory, a 26 m long, 0.98 m wide and 0.85 m high channel (narrow) and a 26 m long, 6 m wide and 1.4 m high different channel (wide).The raw data were analyzed by using both curve fitting and robust local regression so that turbulent fl uctuations are separated from the phase-dependent wave motions. Root mean square (RMS) values of the turbulent fluctuations in the horizontal and vertical directions were obtained. Turbulent shear stress (TSS) and of the turbulent kinetic energy (TKE) in front of the breakwater were determined. Then, contour graphs of turbulence components (u_rms^', v_rms^',w_rms^'), TKE and TSS values were drawn and their spatial variability depending on location were examined.The results indicate that turbulent intensities take larger values when the wave contracts over the breakwater. On the other hand, maximum turbulent shear stress values were observed near the breakwater surface, as a consequence of the rough surface effect.