Serbest yüzeyli akımlarda farklı tip blokların enerji sönümleme ve havalandırma etkisinin incelenmesi
Investigation of the energy dissipation and aeration effect of different types of baffle blocks in free surface flows
Yazar: MAHMUT AYDOĞDU
Danışman: DOÇ. DR. ÖMERUL FARUK DURSUN ; PROF. DR. MEHMET CİHAN AYDIN
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Akışkanlar dinamiği = Fluid dynamics ; Enerji kırıcılar = Energy dissipators

Özet:
Açık kanalların güzergâh seçiminde en kısa yolun tercih edilmesi ekonomik çözüm sağlar. Kot farkının fazla olduğu bir açık kanal güzergâhında akımın aşırı derecede hız kazanması istenmez. Akımın artan hızını ve dolayısıyla kinetik enerjisini sönümlemek için ise, kanal tabanına belirli mesafelerde taban düşüleri veya enerji sönümleyici bloklar yerleştirilir. Enerji kırıcı bloklar akımın enerjisini azaltır aynı zamanda akımı havalandırarak su içerisindeki zararlı gazların atmosfere, atmosferdeki oksijenin de su içerisine geçmesine imkân sağlar. Enerji kırıcı bloklar, nehir ıslah çalışmalarında, atık su sistemlerinde, yağmur suyu toplama kanallarında, tarımsal sulama sistemlerinde, eğimli şütlerde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu tez kapsamında, 6 farklı geometriye sahip yeni blok tiplerinin enerji sönümleme ve oksijenlendirme etkileri incelenmiştir. 6 farklı şüt açısı ve 6 farklı birim debi değerine göre testler yapılmış ve sonuçlar kıyaslanmıştır. Enerji kırıcı blokların Oksijen Transfer Verimine (OTV) etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Ayrıca Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi kullanılarak blokların enerji sönümle ve diğer akım özellikleri üç boyutlu sayısal modeller yardımıyla incelenmiştir. Yapılan analiz sonuçlarının deneysel verilerle uyumu, grafik ve sayısal simülasyonlarla tartışılmıştır. Blokların enerji sönümleme miktarları ve OTV değerleri farklı şüt açıları ve birim debi değerleri için farklılıklar göstermiştir. Yüksek şüt açılarında Tip-1 ve Tip-6 blokları en iyi performansı göstermiştir. Bu tez ile önerilen blok tiplerinin genel anlamda iyi seviyede enerji sönümleme ve oksijenlendirme performansına sahip olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
Selecting the shortest route of open channels provides an economical solution in water transport systems. In an open channel route where the elevation difference is high, extremely flow velocities are not desired. Drop structures or energy-dissipating blocks are placed at certain distances to the base of the channel to dissipate the velocity and thus the kinetic energy of the flow. Energy dissipater blocks reduce the energy of the flow and at the same time aerate the flow, allowing harmful gases in the water to pass into the atmosphere and oxygen in the atmosphere into the water. Energy dissipater blocks are widely used in river improvement works, waste water systems, rainwater collection channels, agricultural irrigation systems, inclined chutes. In this thesis, the energy dissipation and oxygenation effects of new block types have six different geometries were experimentally and numerically investigated. Tests were carried out according to six different chute angles and six different discharge per unit channel width, and the results were compared and discussed. The effect of energy dissipater blocks on Oxygen Transfer Efficiency (OTE) was investigated experimentally. In addition, using the Computational Fluid Dynamics (CFD) method, the energy dissipating and other flow properties of the blocks were numerically-analyzed in 3D numerical domain. The compatibility of the results of the analysis with the experimental data was discussed with graphics and numerical simulations. The energy dissipation and OTE values of the blocks differed for different chute angles and unit flow discharges. Type-1 and Type-6 blocks showed the best performance at high chute angles. It was observed that the block types proposed in this thesis generally have good energy dissipation and oxygenation performance.