Dalga etkisindeki deniz deşarj borularının dinamik davranışının modellenmesi
Modelling of dynamic behavior of sub-marine pipelines subject to wave motion
Yazar: MUHAMMET ENSAR YİĞİT
Danışman: PROF. DR. BEKİR SOLMAZ
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Dalga denklemleri = Wave equations ; Dalga enerjisi = Wave energy ; Deniz deşarjı = Sea discharge ; Deşarj sistemleri = Discharge systems ; Dinamik modelleme = Dynamic modelling ; İnşaat mühendisliği = Civil engineering

Özet:
Deniz deşarj sistemleri; atıksu ileten boruhatlarından, difüzörlerden ve pompa sistemlerinden oluşmaktadır. Boruhatlarının genellikle son kısımlarına yerleştirilen difüzörler, seyrelme yoluyla atıksu deşarj edecek belli aralıklarda ve çaplardaki çıkış kanallarına sahiptir. Deniz tabanına serbest döşenmiş, tesbit kitleleri üzerinde askıda ve deniz tabanında gömülü biçimde inşaa edilirler.İlk tasarım aşamasında, iç akışın enerjisi difüzör sonunda tükenecek biçimde boru iç akışı ve terfi yüksekliği hesaplanabilmektedir. Difüzör borusunda çıkış kanallarından deşarj edilen debi kademeli olarak artmakta ve her kanaldan sonra daha azalan bir debi ile atık su difüzör ucuna doğru ilerlemektedir. Azalan debiye karşılık gelen sabit hızlı akış hali kademeli veya tedrici olarak borunun kesitinin değişimine yol açar. Temel akışkanlar mekaniği bağıntılarıyla difüzör bölgesinde basınç, hız, enerji parametreleri hesaplanabilir. Ancak bu problem çözümlenirken dalga kökenli dış basınç göz önüne alınmalıdır. Dalga basınçları ve akış parametreleri dalga teorilerine göre farklılaşmaktadır. Burada Lineer dalga teorisi esas alınmıştır. İmpuls momentum bağıntısı ile kesit daralmalarından ve çıkışlardaki su jetlerinden kaynaklanan bir reaksiyon kuvveti ortaya çıkmaktadır. Difüzör üzerindeki zamanla değişen böylesi reaksiyon kuvvetleri, dinamik etkilerin oluşumuna neden olmaktadır. Bu durumda dinamik çözümleme ile difüzörün titreşimi incelenmelidir. Dinamik çözümleme; Tek ve Çok Serbestlik Dereceli Sistemlere göre yapılabilmektedir.Bu çalışmada; dalgalı etkisindeki kademeli ve tedrici değişen kesitli difüzörleri tek serbestlik dereceli sisteme göre dinamik analizleri yapılmıştır. Difüzörlerin gömülü ve deniz tabanında serbest döşeme biçimleri ile keskin kenarlı ve çoklu borulu çıkış kanallı seçenekleri için dinamik çözümlemesi, titreşimleri ve zamanla-konumla değişen deplasman bağıntıları elde edilmiştir. Dinamik çözümlemesi hem analitik olarak Tek Serbestlik Dereceli Sistem olarak hemde nümerik olarak Zaman Tanım Alanında SAP2000 yazılımıyla yapılmıştır.Anahtar Kelimeler: Atıksu Difüzörleri, Atıksu Deşarjları, Deniz Borularında Tek Serbestlik Dereceli Sistemler, Dalga-Difüzör-Zemin Etkileşimi

Abstract:
Marine outfall systems are composed of submarine pipeline transmitting wastewater, diffusers and pumping system. Diffusers generally replaced at the end of pipeline have the multiports at certain intervals and diameters to discharge wastewater by dilution. They can be also built as laid freely on sea bottom, suspended at the artificial weights and buried under the sea bottom.At first stage of design, internal flow of wastewater and energy level arising with pumping must be calculated as its energy will be consumed at end of diffuser. The volume of water to be discharged from multiports has been increasing with gradually and wastewater progress toward its end with decreasing volume after passing each channel. Internal constant velocity corresponding to the decreasing volume of water causes varying gradually and incrementally cross section of pipe. The fundamental flow parameters such as internal pressure, velocity and energy at any point of diffuser can be calculated. External pressure induced by wave motion should be considered while getting these parameters. Wave pressures and flow parameters are differentiated by wave teories. Here the linear wave theory is considered. The external reaction forces result from reducing cross section of pipe and reacting water jet to be discharged by using impuls and momentum equations. Such forces, varying with time, on diffuser cause being dynamic effects. In this situation, vibration of diffuser together with the dynamic analysis should be studied. This analysis can be performed by the Single and Multi-Degree of Freedom system (the SDOF and MDOF system).In this study, diffuser, having cross sections varying gradually and incrementally, due to wave motion is analyzed by using the SDOF system. Dynamic analysis for diffuser alternatives relating on sharp-edged and multiple ports designed by burying in soil and resting freely on sea bottom, their vibrations and displacement equation varying with location and time for any point on diffuser are computed. The dynamic solution of the problem are performed both Single-Degree of Freedom System by analytically and Time History Analysis with SAP2000 software by numerically.Key words; Wastewater Diffusers, Wastewater Discharges, SDOF System in Submarine Pipelines, Wave-Diffuser-Soil Interaction.