Alttan alışlı dolusavak havalandırıcıların CFD analizi
CFD analysis of bottom-inlet spillway aerators
Yazar: MEHMET CİHAN AYDIN
Danışman: Y.DOÇ.DR. MUALLA ÖZTÜRK
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
ÖZET Doktora Tezi ALTTAN ALIŞLI DOLUSAVAK HAVALANDIRICILARIN CFD ANALİZİ Mehmet Cihan AYDIN Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı 2005, Sayfa: 141 Orta ve yüksek düşülü barajların dolusavakları yüksek hızlı akımlara ve bununla birlikte kavitasyon olayının yıkıcı etkisine maruz kalabilirler. Yüksek hızlı akımlarda kavitasyonal aşınmayı önlemek için alışılagelmiş yöntem havalandırıcı aygıtlar kullanmaktır. Dolusavak havalandırıcılarının gelişmesine büyük ölçüde fiziksel model deneyleri öncülük etmiştir. Fakat son zamanlardaki hesaplamalı yöntemlerdeki gelişmelerle birlikte ileri sayısal modeller fiziksel modellere karşı önem kazanmıştır. İlk bölümlerde, bu çalışmaya temel oluşturmak ve dolusavak tasarımcıları için faydalı bir kaynak olması amacıyla dolusavak havalandırıcıları üzerinde detaylı bir literatür taraması sunulmuştur. Daha sonra, dolusavak havalandırıcıları için CFD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) analiz sonuçlan, başka araştırmacılar tarafından sunulan fiziksel model ve prototip datalarıyla karşılaştırılmıştır. CFD analiz sonuçlan prototip datalanyla yeterli bir uyum sağlarken, önemli ölçek etkileri içeren fiziksel model datalarıyla, beklendiği gibi, uyumlu sonuç vermemiştir. Böylece, CFD modellerinin bu gibi hidrolik uygulamalardaki kullanımı ve etkinliği tartışılmıştır. Son olarak, batık havalandırıcı durumunu engellemek, düşük Froude sayılarında ve geniş dolusavak şut kanallarında bile klasik havalandırıcılardan daha iyi bir havalandırma performansı ve daha uniform bir hava karışımı sağlamak için, ilk olarak bu tezde, "Alttan Alışlı Havalandırıcı" diye adlandırılan yeni bir havalandırıcı tipi önerilmiştir. Bu havalandırıcının performansım belirlemek için Fluent yazılımıyla, üç boyutlu CFD modelleri kullanılarak data analizi yürütülmüş ve yüksek korelasyonla baza faydalı bağıntılar elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Dolusavak, havalandırıcı, kavitasyon, hava girişi, ölçek etkisi, batık havalandırıcılar, Fluent, CFD, alttan alışlı havalandırıcılar. XIV

Abstract:
ABSTRACT PhD Thesis CFD ANALYSIS OF BOTTOM-INLET SPILLWAY AERATORS Mehmet Cihan AYDIN Firat University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Civil Engineering 2005, Page: 141 Spillways for medium and high-head dams may be exposed to high velocity flows and the associated destructive phenomenon of cavitation. A conventional method to prevent cavitational erosion in high-velocity flow is achieved by aerator devices. The development of spillway aerators has been pioneered to very large extent through the use of physical hydraulic models. But, advanced numerical models have got importance against physical models with recently developing computational methods. In the first parts, a detailed review of the literature for spillway aerators is presented to provide a background for this study and to be useful as a resource for spillway design practitioners. Later, the results of the CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis for the spillway aerators are compared to physical model and prototype data presented by other investigators. The results of CFD analysis fairly agree with prototype data, but they do not naturally with physical model data included considerable scale effects. So, the using and efficiency of the CFD models in hydraulic applications like this are discussed. The last, the first time in this thesis, a new aerator type called as "Bottom-inlet Aerator" is suggested in order to prevent submerged aerator condition and to provide a better aeration performance and more uniform air mixture than classical aerators, even for low Froude numbers and wide spillway chutes. For determination of the performance of this aerator, data analysis is performed by using three-dimensional CFD models with Fluent software, and some useful relations are obtained with high correlation. Keywords: Spillway, aerator, cavitation, air entrainment, scale effect, submerged aerators, Fluent, CFD, bottom-inlet aerators. XV