Yoğun jet davranışının hesaplamalı akışkanlar dinamiği modelleri ile incelenmesi
Investigation of brine jet behavior using computational fluid dynamics models
Yazar: MAHMUT CENK SAYIL
Danışman: DOÇ. DR. TUĞÇE ANILAN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Hidrolik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Desalinasyon işlemi sonucu ortaya atık olarak çıkan yoğun tuzlu suların deniz deşarjı sistemleri yayıcı boruları aracılığıyla deniz ve okyanus gibi alıcı ortamlara bertarafı dünyada sıklıkla tercih edilen bir yöntemdir. Yoğun suyun deşarj edildiği alıcı ortamda ani sıcaklık, tuzluluk ve yoğunluk değişimlerine sebep olarak buradaki doğal dengeyi tehdit etmemesi için iyi bir seyrelme veriminin elde edilebilmesi gerekmektedir; bunun için ise iyi bir yayıcı tasarımı şarttır. Doğru yayıcı boru tasarımı için, atıksu jetlerinin alıcı ortamdaki davranışı ve seyrelmenin iyi analiz edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada belirli ortam ve hidrolik tasarım koşulları altında farklı yayıcı boru tasarımlarının yoğun jetlerin davranışı ve seyrelme üzerindeki etkileri, üç boyutlu Hesaplamalı Akışkanlar Mekaniği (HAD) modelleri kullanılarak incelenmiştir. Bu kapsamda ilk olarak daha önceden yapılmış bir çalışmanın deneysel verileri kullanılarak bir referans model oluşturulmuş ve doğrulanmıştır. Ardından bu model baz alınarak farklı modeller oluşturulmuş ve simüle edilmiştir. Her bir modelde bir önceki modele göre deşarj açısı, çıkış uçlarının sayısı, çıkış uçları arası mesafe, çıkış uçlarının çapları ve jet hızı parametrelerinden sadece bir tanesi değiştirilerek diğerleri aynı tutulmuş ve bu değişen parametrenin yoğun jetin karakteristik geometrik özelliklerini, alıcı ortamdaki davranışını ve yakın alan bölgesindeki seyrelme oranını nasıl etkilediği incelenmiştir. Sonuçlar özellikle deşarj açısının, çıkış uçları arası mesafenin ve jet hızının jetlerin biçimini, davranışını ve yakın alandaki seyrelme oranını önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir.

Abstract:
Marine outfall systems are often used for the safe disposal of brine, which is the byproduct of desalination plants, and brine is discharged into ambient sea and ocean waters. It is important to ensure a sufficient dilution to avoid the negative effects that brine might cause on marine ecosystems by changing the temperature, salinity, and density of the ambient water in an abrupt manner. For this, the hydraulic design of the diffuser is the most important task for the design of the entire outfall, and a proper design is only possible through a thorough analysis of brine jet geometry, behavior, and dilution efficiency. In this study, the effects of different diffuser designs under certain ambient and hydraulic design conditions on brine jet geometry, behavior, and dilution efficiency were investigated using three-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) models. For this purpose, first a reference model was created and validated using experimental data from a previous study. Then, based on this model, different models were created and simulated. In each model, only one of the parameters, discharge angle, number of ports, port spacing, port diameter, and jet velocity was changed, and the rest was kept the same as in the previous model to investigate the effects of these differing parameters on brine jet characteristics, behavior, and dilution within the near-field region. Results reveal that discharge angle, port spacing, and jet velocity affect jets' geometries, behavior, mixing and and dilution processes within the near-field significantly.