Farklı bitki kümesi içeren açık kanal akımındaki hız dağılımının ANSYS-fluent programı ile modellenmesi
Modeling of velocity distribution in open channel flow including different vegetation pattern by ANSYS-fluent software
Yazar: MUHAMMED RAŞİT AYDOS
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖNDER KOÇYİĞİT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Açık kanal akımlarında hız dağılımını en kesit şekli, kayma gerilmesi, ikincil akışlar, bitki örtüsü muhteviyatı, viskozite, difüzyon katsayısı ve sediment konsantrasyonu gibi birçok faktör etkilemektedir. Kanal içerisinde bulunan bitki örtüsü, pürüzlülüğü arttırmakta, dolayısıyla akımdaki hız dağılımını önemli derecede değiştirmektedir. Ayrıca bitki örtüsünün özelliklerine bağlı olarak akım şartları da değişlik gösterir. Literatürde konu ile ilgili deneysel çalışmalar, amprik modeller ve sayısal çözümler mevcuttur. Deneysel çalışmaların maliyetli olması, amprik formüllerin sınırlı ölçek aralığına uygulanabilmesi, bilgisayar teknolojisindeki gelişim ile birlikte sayısal çözüm yöntemleri alternatif olarak değerlendirilmektedir. Bu nedenle bu tez çalışması kapsamında bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı olan ANSYS-Fluent programı kullanılmıştır. Dikdörtgen kesitli açık kanal akımı içerisinde bitki örtüsünün rijit silindirik çubuklar ile temsil edildiği, bitki örtüsünün batmış veya batmamış durumları için deneysel verilerden elde edilen sonuçlar, bu tez kapsamında elde edilen sayısal model sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca kanal en kesitinin kısmi veya tamamının bitki örtüsü ile kaplı olma durumu da incelenmiştir. Bununla birlikte literatürde bitki örtüsü içeren açık kanal akımlarını modellemek için farklı yazılımlar kullanılarak yapılmış çalışmalardan elde edilen sonuçlar da bu çalışmadan elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Çalışmada kullanılan model ile kanal kesiti boyunca akım davranışı incelenmiş ve elde edilen sonuçların literatürde belirtilen fiziksel model sonuçları ile uyumlu olduğu görülmüştür. Sayısal model çözümünde önemli bir faktör olan çözüm ağı sıklığı, akım içerisindeki bitki örtüsü miktarı ile doğrudan ilişkilidir. Bu sayı artıkça modelin kullanacağı çözüm ağı miktarı da artmakta ve dolayısıyla analiz süreleri de uzamaktadır.

Abstract:
In natural stream, many factors such as cross-sectional shape, shear stresses, secondary currents, existence of vegetation, viscosity, diffusion coefficient and sediment concentration affect the current circulation across the channel.  Presence of dense vegetation causes higher roughness in the canal, consequently the velocity distribution along the cross-section over the river is significantly affected as well. Moreover, depending on the characteristics of the vegetation, the flow conditions in the channel also alters accordingly. Experimental, empirical and numerical model studies on the subject are available in the literature. However, experimental set-up is not often cost-effective and empirical formulas can only be applied to a limited scale case. Therefore, numerical models may be considered as an alternative solution together with developments of computer technology.  In this thesis, ANSYS-Fluent program which is a computational fluid dynamics software was used in order to compare and simulate the velocity profiles emerged throughout the vegetated flume. Literature survey provided the flow data observed from a set of experiments which were conducted in a rectangular cross-sectional flume intended for the submerged or non-submerged conditions of the vegetation. In the experiment, vegetation was represented by fixed rigid cylindrical rods. Those experimental data are compared with the numerical model results originated from the model runs for various analysis conditions. Analysis comprises fully or partially covered vegetation cases over the cross-section. In addition, results produced from the Fluent model are compared to the counterpart numerical model outcomes ( i.e. ANSYS-CFX). As a conclusion, the analysis results show that Fluent model has a prominent capacity that produces analogous current profiles obtained from the experimental observations in the literature. Another inference from the runs of the analysis that the mesh density will be used in the numerical model must be primarily considered as a significant factor for the future runs. Because, it is directly proportional by the quantity of the existing vegetation in the stream. As the number of vegetation increases, the number of mesh that will be used by the model also increases and thus the simulation times are prolonged.