Labirent kretli şaft tipi dolusavakların sayısal analizi
Numerical analysis of labyrinth crested shaft spillway
Yazar: ALİ EMRE ULU
Danışman: PROF. DR. MEHMET CİHAN AYDIN
Bitlis Eren Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Dolusavak = Spillway ; Hidrolik akışkanlar = Hydraulic fluids ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; Taşkın debisi = Flood flow

Özet:
Barajların hidrolik açıdan en önemli elemanları olan dolusavaklar baraj tipine ve geçireceği debilere göre birçok farklı tipte tasarlanmaktadır. Bunlardan biri olan şaft tipi dolusavaklar özellikle baraj gövdesi üzerindeki yer darlığı, titreşim gibi nedenlerle tercih edilirler. Diğer bir dolusavak tipi olan labirent tipli savaklar ise aynı nap yüküyle daha fazla debi geçirirler. Bu tezde bu iki dolusavak tipinin birlikte kullanılmasıyla elde edilmiş melez bir dolusavak tipi olan yeni bir tip dolusavak elde edilmesi amaçlanmıştır. Böylece her iki dolusavağın avantajlarının birlikte sunulduğu labirent kretli şaft tipi dolusavak tipi geliştirilmiştir. Bu amaçla, Diyarbakır ilinin Çermik İlçesinde Seyhan Çayı üzerinde yapımı devam eden Kale Barajı dolusavağı model alınmıştır. Öncelikle şaft tipli bu dolusavağın orijinal tasarımına göre sayısal modeli analiz edilmiştir. Sayısal modelin doğruluğunun testi için Devlet Su İşleri (DSİ) tarafından yürütülen fiziksel model test sonuçları kullanılmıştır. Daha sonra orijinal projedeki aynı geometrik ve hidrolik koşullar dikkate alınarak üç farklı trapez labirent savak kreti denenmiştir. Prototip ölçeğindeki sayısal analizlerde, bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yazılımı olan FLOW-3D programı kullanılmıştır. Sayısal hesaplamalarda gerçek ve türbülanslı akımın dinamiği Reynolds Ortalamalı Navier Stokes (RANS) hareket denklemlerinin çözümüyle gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda, yeni geliştirilen labirent kretli şaft dolusavağın, geleneksel dairesel kretli şaft savaklara oranla çok daha iyi bir savaklama kapasitesine sahip olduğu ortaya çıkmıştır. Savak verimi açısından, düşük nap yüklerinde klasik tipe göre daha verimli çalışırken yüksek nap yüklerinde birim boydaki verimin düştüğü görülmüştür. Bununla birlikte yüksek debiler geçiren küçük labirent tepe açılarına kavitasyon açısından dikkat edilmesi gerekir. Bu tezden elde edilen sonuçlar ışığında, geliştirilen yeni tasarımın daha etkin bir hazne işletmesi sağlayarak baraj mühendisliği için iyi bir alternatif sunacağı, ayrıca kullanılan HAD yönteminin bu gibi hidrolik yapıların tasarımında oldukça etkili olduğu söylenebilir.

Abstract:
The spillways, which are the most important hydraulic elements of the dams, are designed in many different types according to the dam type and flow rates. Shaft type spillways, which are one of them, are preferred especially for reasons such as space constraints on the dam body and vibration. Another spillway type, labyrinth type weirs, have more flow rate with the same nappe load. In this thesis, it is aimed to obtain a new type of spillway which is a hybrid spillway type obtained by using these two spillway types together. Thus, the labyrinth crest shaft type spillway type has been developed in which the advantages of both spillways are presented together. For this purpose, the spillway of Kale Dam, which is being constructed on Seyhan Stream in Cermik district of Diyarbakır, was taken as a model. First, the numerical model of this shaft type spillway was analyzed according to the original design. The physical model test results carried out by the State Hydraulic Works (DSI) were used to test the accuracy of the numerical model. Then, considering the same geometrical and hydraulic conditions in the original project, three different trapezoidal labyrinth spillway crests were tested. FLOW-3D program, which is a Computational Fluid Dynamics (HAD) software, was used for numerical analysis on prototype scale. In numerical calculations, the dynamics of real and turbulent flow are realized by the solution of Reynolds Mean Navier Stokes (RANS) equations of motion. As a result of the study, the newly developed labyrinth crest shaft spillway has a much better overflow capacity compared to traditional circular crest shaft spillways. In terms of spillway efficiency, it was found to be more efficient in low nappe loads compared to the classical type, while it was observed that the spillway per unit length decreased at high nappe loads. At the same time, small labyrinth peak angles with high flow rates need to be considered for cavitation. In the light of the results obtained from this thesis, it can be said that the new design developed will provide a better alternative for dam engineering by providing a more efficient reservoir operation and also the HAD method used is very effective in the design of such hydraulic structures.