Çoklu su alma ağızlarına ait kritik batıklığın hesaplamalı akışkanlar dinamiği modeli kullanılarak bulunması
Prediction of critical submergence for multiple pipe intakes bya computational fluid dynamics model
Yazar: FATİH ÜNSAL
Danışman: DOÇ. DR. KEREM TAŞTAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Akım ortamlarından veya durgun sulardan su temini için çeşitli büyüklük ve şekillerde su alma ağızları kullanılmaktadır. Tek bir su alma ağzının debisinin yeterli olmaması durumunda, ikili veya üçlü su alma ağızları kullanılabilir. Yatay veya düşey olarak düzenlenebilen bu yapılardan su alınırken hava girişi olmamasına dikkat edilmesi gerekir. Ağız veya ağızlara hava girişinin deneysel olarak incelenmesi, bazı projeler için maliyet ve zaman açısından uygun olmayabilmektedir. Bu çalışmada, açık bir kanal akımı içerisinde bulunan ve düşey aşağı su alan ikili ve üçlü dairesel su alma ağız grubuna ait kritik batıklık, bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı ile bulunmuştur. Model sonuçları literatürdeki deneysel neticelerle karşılaştırılmıştır. Modellerde, türbülans modeli olarak büyük girdapları çözen, küçük girdapları da modelleyen LES (Large Eddy Simulation) modeli seçilmiştir. Sayısal analizler sonucunda, kritik durumda hava çekirdekli çevrintinin ağza ulaştığının simülasyonlarda tam olarak gözlemlenmesi için oldukça küçük çözüm ağı aralığı seçilmesi gerektiği görülmüştür. Bu yüzden kritik batıklığın tahmini için akım alanı içerisindeki vortisite dağılımından da yararlanılmıştır. Gerek ikili gerekse üçlü ağız durumunda, ağız merkezlerini birleştiren doğru ile ağızlara yaklaşan akım doğrultusundaki açının büyümesi halinde hata oranının düştüğü, bu açı sıfıra doğru yaklaştıkça ise hata oranının arttığı görülmüştür. Bunun sebebinin membada bulunan su alma ağzı akımlarından kaynaklanan ve mansaba doğru taşınması beklenen çevrintili akımın simülasyonlarda tam olarak benzeşiminin yapılamadığı sonucuna varılmıştır. Sonuç olarak kullanılmış olan hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımının, kanal akımı içerisine yerleştirilmiş ve düşey aşağı su alan çoklu su alma ağızlarına ait kritik batıklığı bulma konusunda, belirli akım ve geometri şartlarında kabul edilebilir doğrulukta sonuçlar verebildiği belirlenmiştir.

Abstract:
Various sizes and shapes of intakes are used for taking water from flow environments or stagnant waters. If the discharge of a single intake is not sufficient, dual or triple intakes can be used. While taking water from these structures, which can be arranged horizontally or vertically, care should be paid to avoid air-entrainment to intakes. Experimental examination of the air entrainment to intakes may not be suitable in terms of cost and time for some projects. In this study, the critical submergence was investigated for the dual and triple vertically downward flowing intakes located in an open channel flow with a computational fluid dynamics software. The model results were compared with the available experimental results. In the simulations, the LES (large eddy simulation) turbulence model, which solves large eddies and models small eddies, was chosen. Numerical analysis showed that very small mesh sizes should be adopted in the simulations in order to fully observe the air-core vortex in the critical condition. Therefore, the vorticity distribution within the flow field was also used for the estimation of critical submergence of both dual and triple intakes. It was observed that when the angle between the direction of the approaching flow and the line connecting the intake centers increased, the error decreases, and as this angle approached zero, the error increased. The reason for this was thought to be the separation vortices originated from the flow of the upstream intake and expected to be carried towards the downstream could not be fully simulated in the simulations. It was deducted that the computational fluid dynamics software used can give acceptable results for the prediction of critical submergence for multiple intakes located in the channel flow under certain flow and geometrical conditions.