Eliptik eğri şekline sahip geniş başlıklı savaklarda seviye-akış ilişkisinin incelenmesi
Investigation of stage-discharge relationship in broad-crested weirs with elliptical curve shape
Yazar: ERALP ÖBEK
Danışman: PROF. DR. MUHAMMET EMİN EMİROĞLU
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Savaklar, su kaynaklarının yönetimi, sulama sistemleri ve taşkın kontrolü gibi hidrolik mühendisliğinin birçok alanında kritik öneme sahiptirler. Basit tasarımı ve işletimi nedeniyle yaygın olarak tercih edilen bu yapılar, açık kanal sistemlerinde akım derinliğini ölçerek suyun debisini belirleme prensibi ile çalışırlar. Bu çalışmada, açık kanala yerleştirilen yarım elips geometrisine sahip bir savak yapısında ölçülen seviyelere karşılık gelen debi değerleri arasındaki ilişki incelenmiştir. Elips geometrisinin, savaklar üzerinden geçen akımı nasıl etkilediğini gözlemlemek amacıyla üç farklı savak yüksekliği (P=8, 10, 12.5 cm) ve üç farklı savak uzunluğu (L=32, 42, 53 cm) ile oluşturulan dokuz farklı savak imal edilmiştir. Bu çalışmanın amacı doğrultusunda, boyut analizinden yararlanarak debi katsayısını etkileyen parametreler belirlenmiş ve elde edilen boyutsuz parametrelerin etkisi deneysel olarak incelenmiştir. 150 adet yapılan deney dizisi sonucunda, savak geometrisinin, savağın memba ve mansap bölgelerinde su yüzeyini fazla etkilemediği, ancak savak üzerindeki su yüzeyinin, savak tepesinin eğriliği ile benzer şekilde eğrileştiği gözlenmiştir. Savak yüksekliğinin arttırılmasının, akım yüksekliğinin artmasına ve debi katsayısının azalmasına neden olduğu görülmüştür. Belirli bir savak yüksekliğinde ise, savak uzunluğunun artmasının, akım eğriliğini azalttığı ve böylece debi katsayısının değeri azalmıştır. Debi katsayısını belirlemek için doğrusal olamayan eşitlikler türetilmiş ve literatürdeki geniş başlıklı savak eşitlikleri ile karşılaştırılması neticesinde oldukça tutarlı sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
Weirs are of critical importance in many fields of hydraulic engineering such as water resources management, irrigation systems and flood control. These structures, which are widely preferred due to their simple design and operation, work on the principle of determining the flow rate of water by measuring the depth of flow in water conveyance structures. In this study, the relationship between the measured levels and the corresponding flow rates in a weir structure with a half elliptical geometry placed in an open channel is investigated. In order to observe how the elliptical geometry affects the flow through the weirs, 9 different weirs were fabricated with 3 different weir heights (P= 8,10,12.5 cm) and 3 different weir lengths (L= 32,42,53 cm). For the purpose of this study, the parameters affecting the flow coefficient were determined and analyzed using dimensional analysis. As a result of 150 experiment al runs, it was observed that the weir geometry did not affect the water surface in the upstream and downstream regions of the weir, but the water surface on the weir curves similarly to the curvature of the weir crest. Increasing the weir height causes an increase in the flow height and a decrease in the discharge coefficient. At a given weir height, increasing the weir length decreased the curvature of the flow and thus the value of the discharge coefficient decreased. Empirical equations were derived to determine the flow coefficient and results were quite consistent with the weir equation in the literature.