Açık kanal akımlarına planda farklı yerleştirilmiş mahmuzların deneysel ve sayısal analizi
Experimental and numerical analysis of spur dikes placed differently in plan in open channel flows
Yazar: ALİ EMRE ULU
Danışman: PROF. DR. FEVZİ ÖNEN ; PROF. DR. MEHMET CİHAN AYDIN
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Hidrolik ve Su Kaynakları Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Serbest yüzeyli akışların düzenlenmesinde önemli bir yer alan mahmuzlar, akım karakteristiklerini büyük ölçüde etkileme potansiyeline sahip hidrolik yapılardır. Mahmuzların uygulama ve inşası tek bir standarda bağlı olmayıp, tasarımları sahaya özgü olduğundan farklı alanlarda birden fazla tür, tasarım, şekil, sayı ve boyutlarda bulunabilirler. Kullanım amaçlarına göre özellikleri değişen mahmuzlar, genel ve yaygın olarak sediment birikimi ve kıyı erozyonlarını bertaraf etmekte kullanılırlar. Bu tez çalışmasında, açık bir kanalda gruplar halinde farklı yükseklik, uzunluk, aralık ve doğrultu açılarıyla yerleştirilen mahmuzların daha önceki kullanımlarından farklı olarak açık kanal akımlarındaki enerji kırma potansiyelleri ve akım üzerindeki hidrodinamik etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla, laboratuvarda gerçekleştirilen fiziksel model çalışmaları, benzer sınır şartları altında sayısal model (HAD: Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) çalışmalarıyla birlikte yürütülmüştür. Bu kapsamda planda farklı yerleştirilmiş mahmuzların, farklı geometri ve akım koşullarında toplamda 549 adet model çalışması gerçekleştirilmiştir. HAD analizlerinden, deney setinden elde edilemeyen akım çizgileri, akım hızları ve akımdaki türbülans yoğunluğu gibi akım özellikleri alınarak yorumlanmıştır. Tezden elde edilen bulgular, gruplar halinde tasarlanarak açık bir kanal içerisine yerleştirilen mahmuzların batıklık hali ve oranının enerji sönümleme ve türbülans gibi akım özellikleri üzerinde önemli etkileri olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, mahmuz uzunluklarının kanal genişliğine oranı, yine akımdaki enerji sönümleme potansiyelini net bir şekilde etkilediği bulunmuştur. Modellerin en-boy oranları memba su seviyesi ve akım alanında çalkantı ve girdap oluşumunda önemli farklara sebep olduğu HAD analizlerinden anlaşılmıştır. Çalışmadan elde edilen sonuçlar doğrultusunda varılan noktada, tasarlanan modellerin akarsulardaki enerjinin sönümlenmesi, taşkın risklerinin azaltılması, akarsu habitatının korunması ve akuatik canlıların fayda sağlaması gibi birden fazla amaca hizmet edebileceği belirlenmiştir. Çalışmanın, ilgili literatüre de akarsu düzenleme temelinde katkı sağlayacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Spur dikes, which have an important place in the regulation of free-surface flows, are hydraulic structures that have the potential to greatly affect flow characteristics. The application and construction of spur dikes do not adhere to a single standard, and since their designs are site-specific, they can be found in multiple types, designs, shapes, numbers and sizes in different areas. Spur dikes, whose properties vary according to their intended use, are generally and widely used to eliminate sediment accumulation and coastal erosion. In this thesis study, the energy dissipation potentials of spur dikes placed in groups in an open channel with different heights, lengths, spacing, and placement angles, as they have not been used in this sense before, and their hydrodynamic effects on the flow were investigated. For this purpose, physical model studies carried out in the laboratory were carried out together with numerical model (CFD: Computational Fluid Dynamics) studies under similar boundary conditions. In this context, a total of 549 model studies were carried out under different geometry and flow conditions of the spur dikes placed differently in the plan. From CFD analyses, flow characteristics such as streamlines, flow velocities and turbulence intensity in the flow, which could not be obtained from the experimental set, were obtained and interpreted. The findings obtained from the thesis have shown that the submergence and ratio of spurs designed in groups and placed in an open channel have significant effects on flow properties such as energy dissipation and turbulence. Moreover, the ratio of the spur lengths to the channel width was also found to have a significant effect on the energy dissipation potential in the flow. It is understood from CFD analyses that the aspect ratios of the models cause significant differences in the upstream water level and the formation of turbulence and eddies in the flow field. In line with the results obtained from the study, it was determined that the designed models can serve multiple purposes, such as energy dissipation in streams, reducing flood risks, protecting of river habitat and benefiting aquatic organisms. The study is thought to contribute to the related literature on the basis of river regulation.