Soğuk deşarjda birinci seyrelmenin incelenmesi
Investigation of the initial dilution of cold water discharge
Yazar: SEMİH NEMLİOĞLU
Danışman: PROF. DR. CUMA BAYAT
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2003
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Deşarj = Discharge ; Seyreltme = Thinning ; Soğuk deşarj = Cold discharge ; Termal deşarj = Thermal discharge

Özet:
SOĞUK DEŞARJDA BİRİNCİ SEYRELMENİN İNCELENMESİ ÖZET Isıl işlem yapılan pek çok tesiste atık ısının uygun şekilde ortamdan uzaklaştırılmasında çok delikli yayıcı borusu olan termal deşarj tesislerinden yararlanılmaktadır. Ancak, alıcı su ortamındaki (okyanus, deniz, göl, nehir vb.) canlılar sıcaklık değişikliklerinden olumsuz yönde etkilenebildiğinden, ortam sıcaklığının çok az değişmesine izin verilmekte ve yasal düzenlemelerle deşarj tesislerinde çeşitli kriterlerin yerine getirilmesi öngörülmektedir. Termal deşarjların bu yasal düzenlemelerdeki sıcaklık kriterlerine uyması için çeşitli teknikler geliştirilmiştir ve daha yenilerinin de geliştirilmesine gereksinim duyulmaktadır. Bu çalışmada, ısıl deşarj tiplerinden biri olan ve çoğunlukla LNG terminallerinden (sıvılaştırılmış doğalgazı gazlaştırma terminalleri) kaynaklanan, yayıcıdan deşarjı yapılan tekil bir soğuk su jetinin alıcı ortam içerisindeki davranışlarının belirlenmesi ve projelendirme kriteri olarak elde edilen verilerin değerlendirilmesi amaçlandı. Bu amaçla, Türkiye'ye özgü sıcaklık aralıklarında elverişsiz durum göz önünde tutularak, farklı yoğunluksal Froude sayılarına göre soğuk deşarjda kirlilik kaynağına göre jet merkezi koordinatları ve bu koordinatlarındaki minimum birinci seyrelme değerleri elde edildi. Soğuk deşarjda jetin hareket eğiliminin çökelme yönünde olduğu belirlendi. Deşarjın yatay olması halinde çökelmenin jet yörüngesini kısaltması nedeniyle deşarj deliğinin su yüzeyine doğru eğim verilmesi durumu incelendi. Deneyler 0°, 30°, 45°, 60° ve 90° açılan kullanılarak yukarı eğim verilmiş dairesel deşarj deliği ile laboratuar modeli üzerinde gerçekleştirildi. Alıcı su ortamı sıcaklık ve yoğunluk bakımından uniform ve durgun seçildi. Alıcı su ortamında yasal olarak izin verilen sıcaklık değişimi değerleri yazın 1°C, kışın 2°C ve saatlik 0,5°C'tır. Bu çalışma sonucunda, alıcı su ortamına -5°C sıcaklık farkı ile soğuk su deşarjı gerçekleştirildiğinde, deşarj deliğinin yataya göre açısı 0O= 0°, 30°, 45° ve 60° olması halinde, başlangıç Froude sayısı 7-155 aralığında, sağlanması gereken birinci seyrelme Sı=5 değerinin yatay uzaklığın delik çapına oranının x/do=5-20 aralığında ve Sı=10 seyrelmesinin x/do=20-40 aralığında sağlandığı belirlendi. Birinci seyrelme değerlerinin deşarj deliği açısının artışına bağlı olarak aynı yatay uzaklıklarda artış gösterdiği de belirlendi. 0O= 0° birinci seyrelme değerlerine göre 0O= 30°, 45° ve 60° için birinci seyrelme değerlerindeki minimum artış miktarlarının sırasıyla %11, %13 ve %60 olduğu hesaplandı. Ayrıca deşarj deliği açısının 90° olması halinin sığ koşullarda güvenilir sonuçlar vermediği ve kirliliğin deşarj noktasında birikebildiği belirlendi. Anahtar Kelimeler: Soğuk Su Deşarjı, Termal Deşarj, Deniz Deşarjı, Birinci Seyrelme, Yoğun Jet, Saçak. XIII

Abstract:
INVESTIGATION OF THE INITIAL DILUTION OF COLD WATER DISCHARGE SUMMARY Thermal outfalls with multi-port diffusers are used in many heat processes having facilities for the disposal of waste heat including effluents. Because of the ambient temperature changes caused by thermal outfalls and resulting undesirable effects on receiving water (ocean, marine, lake, river, etc.) organisms, environmental laws permit very limited changes in the receiving water ambient temperature with established criteria. Many discharge techniques have been developed for thermal outfalls in order to be suitable for related regulations. Some newly developed discharge techniques are still needed. The aim of this study was to investigate the behavior of singular cold water discharge jet in receiving water and project criteria of a thermal discharge type multi-port diffuser, which especially originated from LNG (liquefied natural gas) regasification terminals and to evaluate the related data. Discharged cold-water jet centerline coordinates from the jet origin and minimum initial dilution data in these coordinates were calculated using different densimetric Froude numbers according to Turkey's unsuitable sea water temperature conditions. Cold water jets tended to sink in the receiving ambient water. Because of the fact that, precipitation of horizontal discharged cold-water when jet trajectory was shortened, effects of the inclination of discharge port according to the receiving water surface were investigated. Experiments were made using a circular port with 0°, 30°, 45°, 60°, and 90° vertical inclination angles in a laboratory model. Uniformity of the receiving water temperature and density was adjusted. Receiving water temperature change legal permission limit values are 1°C in winter, 2°C in summer and 0.5°C in 1 hour period. Under -5°C cooled water discharge in the receiving water ambient conditions using initial densimetric Froude numbers between F0= 7-155, and using horizontal upper port inclination angles 90= 0°, 30°, 45°, 60°, and 90°, it was determined that legally necessary initial dilution value Si= 5 could be obtained at x/do= 5-20 (x: Horizontal distance from port, do: Port diameter), and Si=10 could be obtained at x/do= 20-40. At the same horizontal distances port angle inclination from horizontal to vertical increased the initial dilution of cold water discharge. It was calculated that initial dilution values of 90= 30°, 45°, and 60° port angles were higher than initial dilution values of 0O= 0° with minimum increase rates 11%, 13% and 60% respectively. In shallow conditions with 90° port angle reliable dilution results could not be obtained and thermal pollution accumulated at the discharge source. Keywords: Cold Water Discharge, Thermal Discharge, Marine Outfall, Initial Dilution, Dense Jet, Plume, Multi-port Diffuser. XTV