Eşik yapısı mansabında oluşan yerel oyulmaların hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile analizi
Hidrolik yapıların mansabındaki yerel oyulma, su mühendisliğinin önemli problemlerindendir. Bu konuda geçmişten bugüne kadar birçok deneysel ve arazi çalışmaları yapılmış ve birçok ampirik eşitlikler elde edilmiştir. Fakat bu bağıntıların çoğu belirli koşullar altında sunulmuş ve farklı sonuçlar verebilmektedir. Bazı bağıntılar boyutlu büyüklükler cinsinden verilmekte bazılarında ise bazı değişkenler ihmal edilebilmektedir. Buna ek olarak, eğimi yüksek akarsularda eğimi düşürmek ve akımları düzenlemek amacıyla akarsu tabanında yapay düşüler kullanılabilmektedir. Bu gibi düşüler üzerindeki akım durumu, çoğu zaman serbest düşülü savak akımı şeklinde olmaktadır. Deneysel çalışmaların yanısıra son yıllarda gelişen bilgisayar teknolojileri ve hesaplama yöntemleri sayesinde çok fazlı (sıvı-katı parçacık) gibi akışkan problemlerin sayısal olarak modellenmesi mümkün olabilmektedir. Bu çalışmada, geçmişte yapılan deneysel bir çalışmanın akarsulardaki bir eşik yapısı mansabındaki su jetinin altında kohezyonsuz üniform kum yatakta meydana gelen yerel oyulmalar, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) kullanılarak analiz edilmiştir. Çalışmada eşik yapısı altındaki oyulmaları tespit etmek için, Flow 3D yazılımıyla birlikte Sediment Oyulma Modeli (Sediment Scour Model) yöntem olarak kullanılmıştır. Elde edilen sayısal model sonuçların literatürdeki deneysel verilerle yeterince uyumlu olduğu görülmüştür. Oyulmanın zamana göre değişimi exponansiyel olduğu gözlemlenmiş ve zamanla maksimum oyulma derinliğindeki değişim azalmakta sonunda kararlı oyulma durumu gerçekleşmiştir. Kohezyonsuz taban malzemesinde oyulmanın büyük çoğunluğu (yaklaşık %90’ı) ilk yarım saat içerisinde gerçekleştiği izlenmiştir.
___
- Aydın, M.C., Işık E., (2015). Using CFD in
Hydraulic Structures. International Journal of
Scientific and Technological Research. 1(5):7-13.
- Bormann, N.E., Julien, P.Y., (1991). Scour
downstream of grade control structures. Journal
of Hydraulic Engineering, 117(5):579–594.
- Chamani, M.R., Beirami, M.K., (2002). Flow
characteristics at drops. Journal of Hydraulic
Engineering, 128(8):778–791.
- Dey, S., Raikar, R.V., (2007). Scour below a High
Vertical Drop. Journal of Hydraulic Engineering,
133(5): 564-568.
- Dick, R., Mastbergen, Jan, H., Berg., V.D., (2003).
Breaching in fine sands and the generation of
sustained turbidity currents in submarine
canyons. Sedimentology, 50(4):625–637,
doi:10.1046/j.1365-3091.2003.00554.x.
Flow 3D, (2014). Manual, Sediment Scour Model.
- Flow-3D User Manual, v11.0.3. Flow Science,
Inc.
- Ghodsian, M., Mehraein, M., Ranjbar H.R., (2012).
Local scour due to free fall jets in non-uniform
sediment. Sharif University of Technology,
Scientia Iranica, 19(6):1437-1444.
- Ghodsian, M., Melville, B., Coleman, S., (2012).
Local scour due to sediment carrying freeoverfall
water jet. Proceedings of the Institution
of Civil Engineers - Water Management,
165(WM1):21-29.
- Ghodsian, M., Melville, B., Tajkarimi, D., (2006).
Local scour due to free overfall jet, Proceedings
of the Institution of Civil Engineers - Water
Management, 159(4):253-260.
- Jia, Y., Kitamura, T., Wang, S.S.Y., (2001).
Simulation of scour process in plunging pool of
loose bed-material. Journal of Hydraulic
Engineering., 127(3):219–229.
- Little, W.C., Murphey, J.B., (1982). Model study of
low drop grade control structures. Journal of
Hydraulic Division, 108(10):1132–1146.
- Mason, P.J., Arumugam, K., (1985). Free jet scour
below dams and flip buckets. J. Hydraul. Eng.,
111(2):220–235.
- Meyer-Peter, E., Müller, R., (1948). Formulas for
bed-load transport. Proceedings of the 2nd
Meeting of the International Association for
Hydraulic Structures Research, pages 39–64.
- Schoklitsch, A., (1932). Kolkbildung unter
uberfallstrahlen. Wasserwirtschaft, 24, 341–343.
- Soulsby, R., (1997). Ch. 9: bedload transport. In
Dynamics of Marine Sand. Thomas Telford
Publications, London.
- Stein, O.R., Julien, P.Y., Alonso, C.V., (1993).
Mechanics of jet scour downstream of a headcut.
Journal of Hydraulic Research, 31(6):723–738.
- Van, R. L., (1984). Sediment transport, Part I: bed
load transport. Journal of Hydraulic Engineering,
110(10):1431–1456. doi:10.1061/(ASCE)0733-
9429(1984)110:10(1431)