Bitki örtüsü içeren açık kanal akımının ANSYS CFX programı ile sayısal modellemesi
Numerical modelling of vegetated open channel flow using ANSYS CFX
Yazar: SELCAN KOÇ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÖNDER KOÇYİĞİT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Doğal akarsuların ana yatağında ve/veya taşkın yataklarında bulunan bitki örtüsü, akım yapısını ve dolayısıyla hidrolik direnci önemli ölçüde etkilemektedir. Bu nedenle bu tür fiziksel koşulların özel olarak incelenmesi gerekir. Literatürde bu konuda yapılmış birçok deneysel araştırma çalışmasının yanı sıra bazı özel durumlar için sınırlı sayıda analitik çözüm öneren çalışmalar da mevcuttur. Bu çalışmalar incelendiğinde akarsu içerisindeki akım yapısının daha genel koşulları dikkate alarak belirlenebilmesi için deneysel çalışmaları destekleyici sayısal modellere ihtiyaç olduğu görülmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, bitki örtüsü içeren dikdörtgen kesitli bir kanaldaki akım davranışları ANSYS CFX programı ile incelenmiş olup elde edilen analiz sonuçlarının Dorcheh'in (2007) doktora tezindeki deney sonuçları ile karşılaştırması yapılmıştır. Bu çalışma, akım başlangıcında oluşabilecek düzensizliklerin analiz sonuçlarını nasıl etkilediğini ve deneysel çalışma sonucunda elde edilmiş olan hız değerleri ile sayısal analiz sonucunda elde edilen hızların ne oranda farklılık göstereceğini belirlemek için yapılmıştır. Sayısal çözümde Dorcheh'in (2007) deney setinde kullandığı geometri, sınır şartları ve akım parametre verilerinin orijinal hali kullanılmış fakat elde edilen sonuçlardan sonra sayısal çözümde kullanılan geometride bazı düzenlemelere ihtiyaç duyulmuştur. Bu amaçla geniş dikdörtgen bir kanalda az yoğunluklu, orta yoğunluklu ve çok yoğunluklu durumlar için akım içerisinde batmış ve batmamış bitki durumlarına göre oluşturulan deney setlerinin verileri kullanılarak analiz sonuçları deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalı sonuçlar, oldukça karmaşık engel yapısına sahip akarsu kesitlerinde hidrodinamik özelliklerin bilgisayar programı kullanılarak belirlenebileceğini göstermiştir. Bu yazılımın genel durumlar için iyi sonuçlar verdiği ancak, özel durumlar için daha ayrıntılı incelemelerin yapılması gerektiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The vegetation which is a part of natural rivers affects substantially flow structures and indirectly hydraulic resistance. Thus it must be considered such as the specific physical conditions. In the literature, there are many experimental research studies on the subject as well as analysis suggesting analytical solutions for some special cases. Physical model is usually expensive and concentrates on a special case. Thus numerical models may help researchers to investigate for more general flow conditions. The scope of this thesis is to examine compatibility of widely used software ANSYS CFX for the flow condition in a vegetated rectangular channel flume. Numerical model results were compared with the experimental data from the Dorcheh's (2007) Ph.D. thesis to achieve this goal. The numerical model used in ANSYS CFX was performed to determine the current and the velocities under boundary effects and irregularities in the flume such as rigid wood rods. Geometry and other features used in the numerical model solution were the same in the experimental set-up, boundary conditions and of the current parameters. However numerical results indicated that some arrangement needed in terms of the geometry used in the numerical solution since entrance length of the flume was not enough for the water surface stability. So the entrance and end part of the flume in numerical model were elongated to achieve water surface stability. Velocity measurements were taken at two cross-sections compared with the numerical results for low, medium and high density vegetated area and for two different conditions such as submerged and emerged cases in a wide rectangular channel. Comparative results showed that hydrodynamic properties can be determined by using computer programs at stream sections where quite complex obstacles exist. It was also concluded that the software used in the thesis can be applied for the general conditions. But for the complex geometry conditions such as high density vegetation need to make comprehensive researches.