Kanalizasyon ve yağmur suyu toplama şebekesi bacalarının hidrolik etkilerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the hydraulic effects of sewerage and rainwater collection network manholes
Yazar: ONUR DÜNDAR
Danışman: PROF. İSMAİL HAKKI ÖZÖLÇER ; PROF. DR. EMRAH DOĞAN
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Enerji kaybı = Energy loss ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Hidrodinamik model = Hydrodynamic model ; Kanalizasyon sistemleri = Sewage systems ; Taşkın kontrolü = Flood control ; Yağmur suyu = Rain water

Özet:
Bacalar; yağmur suyu toplama ve kanalizasyon sistemlerinde havalandırma, kontrol ve muyene amacıyla veya  boru hatlarındaki yön değişimlerinde, birden çok akım girişlerinde ve düşülerde kullanılan şebekelerin en önemli hidrolik yapılarından biridir. Uygulamada boruçapına göre bacaların yerleştirilmesi için maksimum hat uzunluğu, amaçlarına göre baca boyutları yönetmelikler ile belirlenmiş. Bacalar kare, dikdörtgen veya dairesel kesitli olarak yapılabilmekte baca tabanın şekli ise düz, yarım kanallı veya tam kanallı olarak tesis edilebilmektedir. 
Kayıp katsayısı, kanalizasyon ve yağmursuyu toplama şebekelerinin projelendirmesi aşamasında enerji çizgisinin hesaplanmasında en kritik parametrelerden biridir. Ayrıca kayıp katsayıları işletmede olan altyapı şebeklerinin kapasitelerinin belirlermesi ve risk analizlerinin yapılması için en önemli karakterisitik parametredir. Bir baca yük kaybı katsayısı, baca tabanının yapısı, bağlantı borularının açısı ve baca çapının boru çapına oranı gibi çeşitli hidrolik ve yapısal özelliklere bağlıdır.
Bacalar iki, üç ve dört kollu olarak inşaa edilmesine ihtiyaç duylabilmektedir. İki kollu  ve üç kollu bacalar en yaygın karşılaşılan bacalardır. Baca çapının boru çapına oranı kanalizasyon şebekelerinde 6'ya kadar ulaşırken yağmursuyu toplama şebekelerinde ise 3.3'e.varmaktadır. 
Bu çalışma kapsamında baca çapının boru çapına oranı 5.3 olan düz, yarım kanallı ve tam kanallı olmak üzere üç farklı baca taban yapısı ve bağlantı açıları 180°, 90° ve 135° olan iki kollu bacalar incelenmiştir. İki kollu düz ve açılı bacalar için kayıp katsayısının belirlenmesine odaklanan deneysel ve sayısal araştırmaların sonuçlarını sunulmuştur. 
Baca içindeki akış yapısı, enerji kaybı katsayısının büyüklüğü açısından önemli bir parametredir. Her türlü baca için enerji kayıp katsayısı, taşkın akış koşulları altında neredeyse sabittir. Enerji kayıp katsayıları açısından, 135° ve 90° debi girişi durumlarında yarım kanallı bacaların  düz tabanlı bacalara  göre önemli bir avantajı yoktur. Tam kanallı baca enerji kayıp katsayısı en küçük olanıdır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği modelleme sonuçları deneysel çalışmalarla uyumludur.

Abstract:
Manhole are one of the most important hydraulic structures of the networks used for ventilation, control and inspection purposes in rainwater collection and sewerage systems or for direction changes in pipelines, multiple flow inlets and drops. In practice, the maximum line length for the placement of manholes according to the pipe diameter and the dimensions of the chimney according to their purpose are determined by the regulations. The cross-sections of the chimney bodies can be rectangular or circular, and the structure of the chimney base can be made as flat, half-channel or full channel.
The loss coefficient is one of the most critical parameters in the calculation of the energy line during the design phase of sewerage and stormwater collection networks. In addition, loss coefficients are the most important characteristic parameter for determining the capacities of the infrastructure networks in operation and for risk analyses. A manhole head loss coefficient depends on various hydraulic and structural characteristics such as the structure of the stack base, the angle of the connecting pipes and the ratio of the stack diameter to the pipe diameter.
Manholes may need to be built as two, three and four way. Two-way and three-way manholes are the most common chimneys. The ratio of chimney diameter to pipe diameter reaches up to 6 in sewerage networks and up to 3.3 in stormwater collection networks.
In this study, three different chimney base structures, namely flat, half-channel and full-channel manholes with a ratio of manhole diameter to pipe diameter of 5.3 and two-arm chimneys with connection angles of 180°, 90° and 135° are investigated. The results of experimental and numerical investigations focusing on the determination of the loss coefficient for straight and angled two-arm manholes are presented.
The flow structure inside the manhole is an important parameter for the magnitude of the energy loss coefficient. For all types of stacks, the head loss coefficient is almost constant under flood flow conditions. In terms of head loss coefficients, half-channel chimneys have no significant advantage over flat-bottomed chimneys for 135° and 90° flow inlet conditions. The full-channel chimney has the smallest head loss coefficient. The computational fluid dynamics modelling results are consistent with experimental studies.