Dairesel labirent savakların hidrolik özellikleri, deneysel tasarımı ve nümerik modellenmesi
Hydraulic characteristics, experimental design and numerical modeling of circular labyrinth weirs
Yazar: ALİ YILDIZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ İHSAN MARTI ; PROF. DR. MUSTAFA GÖĞÜŞ
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Hidrolik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Barajlar = Dams ; Dolusavak = Spillway ; Fiziksel modelleme = Physical modelling ; Savak = Weir ; Sayısal modelleme = Numerical modelling

Özet:
Mevcut barajların ve rezervuarların, güvenlik standartlarını karşılayabilmeleri için revize edilmeleri gerekmektedir. Hidroloji ve meteoroloji alanındaki ilerlemeler ve daha uzun hidrolojik kayıtların varlığı, güvenli olarak kabul edilen eski baraj ve haznelerin yenilenmeleri gerektiğini göstermektedir. Taşkın kontrolünün önemli olduğu ve maksimum su seviyesinin sınırlı olduğu mevcut rezervuarlar için, rezervuar kapasitesini arttırmanın en iyi yöntemi, gövde üzerine labirent savak inşa etmektir. Akım keskin kenarlı bir savak üzerinden serbest şekilde geçerken oluşan profile nap akımı denilmektedir. Labirent savaklarda iki nap akımının birbiriyle çakışması nap akımlarının girişimini oluşturur ve bu durum savak performansını azaltır. Bu çalışma kapsamında labirent savakların verimini arttırmak için yeni bir hidrolik dizayn ve analiz yöntemi gerçekleştirilmiştir. Labirent savaklarda nap akımlarının girişimi sonucunda debiyi azaltan bölgeleri daha verimli hale getirmek ve akımın olabildiğince savağa dik doğrultuda hareket etmesini sağlamak için bu savaklar dairesel şekilde yeniden tasarlanacaktır. Dairesel formdaki labirentlerde akım daha az kesişim noktasına maruz kalacak ve debi miktarını olumlu yönde etkileyecektir. Dairesel kesitli labirent savaklar, üçgen kesitli labirent savaklar ile aynı savak yükünde daha fazla debi geçmesini sağlayarak, savakların debi-deşarj kapasitesini arttırmaktadır. Deneysel çalışmalarda 3 farklı savak yüksekliği için (P=20 cm, 30 cm ve 40 cm); dairesel kesitli savaklarda 9 farklı konfigürasyonda 27 adet, üçgen kesitli savaklarda 3 farklı konfigürasyonda 9 adet ve düz savaklarda ise 3 adet test yapılmıştır. Toplamda dairesel, üçgen ve düz kesitli savaklar için 39 adet deney yapılmıştır. Ayrıca bu çalışmada, son yıllarda hidrolik yapıların tasarımında sıkça kullanılan Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) tabanlı programlar da kullanılarak, yapılan deneylerin bilgisayar ortamında nümerik modelleri oluşturulmuştur.

Abstract:
The existing dams and reservoirs need to be revised to meet safety standards. Advances in hydrology and meteorology and the existence of longer hydrological records indicate that old dams and reservoirs that are considered to be safe need to be refurbished. For the existing reservoirs where flood control is important and the maximum water level is limited, the best method to increase the reservoir capacity is to build a labyrinth weir on the hull. The profile formed when the flow passes freely over a sharp-edged weir is called nappe flow. In labyrinth weirs, the overlap of two nappe flows creates interference between nappe flows and this reduces the weir performance. In this study, a new hydraulic design and analysis method was carried out to increase the efficiency of labyrinth weirs. In labyrinth weirs, these weirs will be circularly redesigned in order to make the areas that reduce the flow as a result of the interference of nappe flows more efficient and to ensure that the flow moves as perpendicular to the weir as possible. In circular labyrinths, the flow will be exposed to fewer intersections and will positively affect the flow rate. Circular labyrinth weirs will increase the flow-discharge capacity of the weirs by providing more flow at the same weir load as triangular labyrinth weirs. In experiments, for 3 different weir heights (P=20 cm, 30 cm and 40 cm); 27 tests were carried out for circular weirs for 9 different configurations, 9 tests were carried out for triangular weirs for 3 different configurations and 3 tests carried out for linear weirs. In total, 39 tests were carried out for weirs with circular, triangular and straight sections. In addition, in this study, numerical models of the experiments were created in computer environment by using Computational Fluid Dynamics (CFD) based programs, which are frequently used in the design of hydraulic structures in recent years.