Veysel GÜMÜŞ, Mehmet PARMAKSIZ, Oğuz ŞİMŞEK, Yavuz AVŞAROĞLU

Farklı Akım Koşullarına Sahip Serbest Hidrolik Sıçramanın Deneysel ve Sayısal Modellemesi

Öz Akımın kritik üstü akımdan kritik altı akıma hızlı bir geçişi olarak tanımlanan hidrolik sıçrama, genellikle dolusavaklardan yüksek hızlarda tahliye edilen suyun enerjisini azaltmak için kullanılır. Karmaşık bir yapıya sahip olan hidrolik sıçramanın karakteristiklerinin bilinmesi enerji kırıcı yapıların tasarımı açısından önemlidir. Bu çalışmada, farklı akım koşullarında meydana gelen hidrolik sıçramanın deneysel ve sayısal modellemesi yapılmıştır. Sonlu hacimler yöntemine dayalı yapılan sayısal çözümde SKE, RNG, SST ve RSM türbülans modelleri, su hava arakesitinin belirlenmesinde ise akışkan hacimler yöntemi kullanılmıştır. Dört farklı durum için deneysel olarak ölçülen su yüzü profilleri sayısal olarak belirlenen su yüzü profilleri ile karşılaştırılmıştır. Ortalama karesel hata (OKH) ve ortalama mutlak göreceli hata (OMGH) kriterleri kullanılarak yapılan karşılaştırmalarda, Durum 1, 3, 4 akım koşullarında SKE türbülans modeli, Durum 2’de ise RSM türbülans modeli su yüzü profilini belirlemede diğer modellere göre daha başarılı sonuçlar vermiştir. Çalışmada, deneysel enerji kayıplarının yanında sayısal hız profilleri, hız vektörleri ve türbülans kinetik enerjilerin sıçrama bölgesindeki değişimleri değerlendirilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Serbest hidrolik sıçrama, türbülans modelleri, sayısal modelleme, su yüzü profili

PDF

___

[1] Smith, N. (1971). A history of dams. The Chaucer Press, London, UK., 279.

[2] Lempérière, F., Vigny J. & Deroo L. (2012). New methods and criteria for designing spillways could reduce risks and costs significantly. Hydropower & Dams, (3),120- 128.

[3] Husain, D., Alhamid A. A. & Negm A.-a. M. (1994). Length and depth of hydraulic jump in sloping channels. Journal of Hydraulic Research, 32(6),899-910.

[4] Beirami, M. K. & Chamani M. R. (2010). Hydraulic jump in sloping channels: roller length and energy loss. Canadian Journal of Civil Engineering, 37(4),535-543.

[5] Abdel-Mageed, N. (2015). Effect of Channel Slope on Hydraulic Jump Characteristics. Physical Science International Journal, 7(4),223-233.

[6] Ebrahimi, S., Salmasi F. & Abbaspour A. (2013). Numerical study of hydraulic jump on rough beds stilling basins. Journal of Civil Engineering and Urbanism, 3(1),19-24.

[7] Gümüş, V., Aköz M. S. & Kirkgöz M. S. (2013). Kapak Mansabında Batmış Hidrolik Sıçramanın Deneysel ve Sayısal Modellenmesi. Teknik Dergi, 24(117), 6379-6397.

[8] Babaali, H., Shamsai A. & Vosoughifar H. (2014). Computational Modeling of the Hydraulic Jump in the Stilling Basin with Convergence Walls Using CFD Codes. Arabian Journal for Science and Engineering, 40(2),381-395.

[9] Bayon, A., Valero D., García-Bartual R., Vallés-Morán F. J. & López-Jiménez P. A. (2016). Performance assessment of OpenFOAM and FLOW-3D in the numerical modeling of a low Reynolds number hydraulic jump. Environmental Modelling & Software, 80,322-335.

[10] Şimşek, O., Aköz M. S., Soydan N. G. & Gümüş V. Dolusavak Mansabında Oluşan Hidrolik Sıçramanın Su Yüzü Profilinin Belirlenmesi. Harran Üniversitesi Mühendislik Dergisi, 3(3),31-37.

[11] Launder, B. & Spalding D. (1972). Lectures in mathematical models of turbulence. Academic Press, London and New York, 169.

[12] Yakhot, V. & Orszag S. A. (1986). Renormalization group analysis of turbulence. I. Basic theory. Journal of scientific computing, 1(1), 43-51.

[13] Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 32(8),1598-605.

[14] Launder, B. E., Reece G. J. & Rodi W. (2006). Progress in the development of a Reynolds-stress turbulence closure. Journal of Fluid Mechanics, 68(3),537-566.

[15] Gibson, M. M. & Launder B. E. (2006). Ground effects on pressure fluctuations in the atmospheric boundary layer. Journal of Fluid Mechanics, 86(3),491-511.

[16] Launder, B. E. (1989). Second-moment closure and its use in modelling turbulent industrial flows. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 9(8),963-985.

[17] Hirt, C. W. & Nichols B. D. (1981). Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries. Journal of Computational Physics, 39(1),201-225.

[18] Gumus, V., Simsek O., Soydan N. G., Akoz M. S. & Kirkgoz M. S. (2016). Numerical Modeling of Submerged Hydraulic Jump from a Sluice Gate. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 142(1),11.

[19] Roache, P. J. (1998). Verification of Codes and Calculations. AIAA Journal, 36(5),696-702.

[20] Akoz, M. S., Gumus V. & Kirkgoz M. S. (2014). Numerical Simulation of Flow over a Semicylinder Weir. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 140(6), 04014016.

[21] Oner, A. A., Akoz M. S., Kirkgoz M. S. & Gumus V. (2012). Experimental Validation of Volume of Fluid Method for a Sluice Gate Flow. Advances in Mechanical Engineering. 4, 461708.

[22] Mccorquodale, J. A. & Khalifa A. (1983). Internal Flow in Hydraulic Jumps. Journal of Hydraulic Engineering, 109(5),684-701.