Hidrolik menfez tiplerinin akım üzerindeki etkisinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of types of hydraulic culvert on flow
Yazar: BÜŞRA NAS
Danışman: PROF. DR. KUTSİ SAVAŞ ERDURAN
Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Görüntü işleme = Image processing ; Hidrolik = Hydraulics ; Hidrolik hesaplar = Hydraulic calculations ; Hidrolik yapılar = Hydraulic structures ; Menfezler = Culverts ; Su yüzü profili = Water surface profile ; İnşaat mühendisliği = Civil engineering

Özet:
Bu çalışmada, menfezlerin detaylı hidrolik tasarım hesaplarında dikkate alınan altı farklı akım durumunda kutu ve dairesel enkesitli menfezler etrafında oluşan su yüzü profilleri deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda su yüzü profillerine ait sayısal değerler yapılan ölçümlerin yanı sıra görüntü işleme tekniği kullanarak da elde olunmuştur. Sayısal çalışmalar, açık kanal akımlarının bir boyutlu model çalışmalarında yaygın olarak kullanılan HEC-RAS yardımıyla yapılmıştır. Ayrıca, kutu menfeze ait akım koşullarından sadece biri için iki boyutlu bir model uygulaması yapılmıştır. Tedrici değişken akım bölgelerinde, su yüzü profilleri ayrıca direk adım metodu ile de hesaplanmıştır. Sayısal model sonuçları, direk adım metodu sonuçları, deneysel ölçüm ve görüntü işleme sonuçları karşılaştırılmıştır. Genel olarak, sayısal ve deneysel sonuçlara dayalı su yüzü profillerinin şekilsel olarak oldukça benzer olduğu görülmüştür. Ölçüm sonuçları ile karşılaştırıldığında, HEC-RAS sayısal modelinin memba bölgelerinde genelde yüksek değerler verdiği, mansap bölgesinde su yüzü değişimlerinin ani olduğu yerlerde ise değişimleri yakalayamadığı görülmüştür. İki boyutlu modelin sonuçları ile ölçüm sonuçlarının oldukça uyumlu olduğu görülmüştür. Görüntü işleme tekniği sonuçlarının ölçüm sonuçlarına benzerliği dikkat çekerken, türbülans özelliğinin fazla olduğu kompleks akım bölgelerinde istenilen düzeyde iyi sonuçlar elde edilememiştir.

Abstract:
In this study, experimental and numerical investigation of water surface profiles around culverts in box and circular shapes has been carried out under six different flow conditions, which are examined in a comprehensive hydraulic design of culverts.  The numerical values representing water surface variations have been obtained not only by the measurement but also using an image processing technique. Numerical modeling has been performed by using HEC-RAS. In addition, a 	2D numerical model has also been applied to one case only for the box culvert.  Moreover, a direct step method has been applied to the gradually varied flow areas. Overall results obtained from the numerical and the experimental studies have been compared. Generally speaking, a good agreement has been observed between the numerical and the experimental results in terms of the shapes of water surface profiles. Comparing with the measurements, HEC-RAS numerical model mostly produces a higher water surface profiles upstream of the culverts and do not capture well downstream of the culverts where there are abrupt changes in the water surfaces. The results of 2D numerical model have been in a good agreement with the experimental ones. The results indicate that the water depth values obtained from the image processing technique agrees well with the experimental ones. However, the results are found to be unsatisfactory in cases where the flow is more complex due to the intense turbulence behavior.