Değişken Enkesitli Açık Kanal Akımının Deneysel ve Sayısal Modellemesi

Bu çalışmada, açık kanal içerisinde daralma ve genişleme kesiti oluşturan trapez başlıklı yapı ile etkileşimde bulunan akım, deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda, hız alanı akustik doppler hız ölçer (Acoustic Doppler Velocimeter-ADV) ve su yüzü profili ise limnimetre kullanılarak ölçülmüştür. Sayısal modellemelerde Standart k- ε (SKE), Renormalization Group k- ε (RNG), Realizeble k- ε (RKE), Standart k-ω (SKW), Kayma gerilmesi taşınımı (Shear Stress Transport-SST), Reynolds gerilme modeli (Reynolds Stress Model-RSM) ve Bağımsız Girdap Benzetimi (Detached-Eddy Simulation-DES) ve Büyük Girdap Benzetimi (Large Eddy Simulation-LES) modelleri kullanılarak, akım hız alanı ve su yüzü profili belirlenmiştir. Kullanılan modellerin performansları, Ortalama Karesel Hata (OKH) ve Ortalama Mutlak Göreceli Hata (OMGH) parametrelerine göre değerlendirilmiştir. Sayısal model sonuçları üzerinde etkisinin olduğu bilinen hesaplama ağının analizinde Ağ Yakınsama İndeksi (Grid Convergence Index-GCI) yöntemi, serbest su yüzünün belirlenmesinde ise Akışkan Hacimleri Yöntemi (Volume of Fluids-VOF) kullanılmıştır. Çalışma sonucunda, akım hız alanı ve serbest su yüzü profilinin belirlenmesinde, DES modelinin kullanılan diğer modellere göre daha başarılı sonuç verdiği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Açık kanal akımları, Akustik doppler hız ölçer, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, Hız alanı, Türbülans kapatma modelleri

PDF

___

[1] D. Ho, B. Karen, D. Shane, C. Brain, Numerical Flow Analysis for Spillways. 43rd ANCOLD Conference, Hobart, Tasmania, 127-138, 2003.
[2] A. Daneshkhah, H. Vosoughifar, Solution of flow field equations to investigate the best turbulent model of flow over a standard ogee spillway in finite volume method. The first international conference on dams-hydropower, Iran, 1-9, 2012.
[3] N. G. Soydan, O. Şimşek, M. S. Aköz, Prediction and validation of turbulent flow around a cylindrical weir, European water, 57: (2017) 85-92,
[4] N. G. Soydan, O. Şimşek, M. S. Aköz, Köprü ayağı etrafındaki türbülanslı akımın sayısal ve deneysel analizi. Politeknik dergisi, 21: 1 (2018) 137-147
[5] M, Aköz, O. Şimşek, N. G. Soydan, Numerical modeling of interaction of turbulent flow with a buried circular cylinder on a plane surface. İMO teknik dergi, 30: 6 (2019) 1-25.
[6] B. E. Launder, D. B. Spalding, Lectures in mathematical models of turbulence. Academic Press, New York, 169s, 1972.
[7] T.H. Shih, W. W. Liou, A. Shabbir, Z. Yang, J. ZHU, A new k-ϵ eddy viscosity model for high Reynolds number turbulent flows. Computers & Fluids, 24:3 (1995), 227-238.
[8] V. Yakhot, S. A. Orszag, Renormalization-group analysis of turbulence. Physical Review Letters, 57:14 (1986), 1722-1724.
[9] V. Yakhot, S. A. Orszag, S. Thangam, T. B. Gatski, C. G. Speziale, Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique. Physics of fluids a-fluid dynamics, 4:7 (1992), 1510-1520.
[10] D. C. Wilcox, Turbulence modeling for CFD (Third Edition), DCW Industries, Inc., California, 522s, 2006.
[11] F. R. Menter, 2-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA journal, 32:8 (1994), 1598-1605.
[12] B. E. Launder, G. J. Reece, W. Rodi, Progress in the development of a Reynolds-stress turbulence closure. Journal of fluid mechanics, 68:3 (1975), 537.
[13] ANSYS (2018).
[14] P. J. Roache, Perspective-a method for uniform reporting of grid refinement studies. Journal of fluids engineering-transactions of the ASME, 116:3 (1994), 405-413.
[15] P. J. Roache, Verification of codes and calculations. AIAA journal, 36:5 (1998), 696-702.
[16] P. J. Roache, Quantification of uncertainty in computational fluid dynamics. Annual review of fluid mechanics, 29 (1997), 123-160.
[17] C. W. Hirt, B. D. Nichols, Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries. Journal of computational physics, 39:1 (1981), 201-225.
[18] V. Gümüş, Dolusavak akımının sayısal modellemesi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstiütsü, Doktora Tezi, Adana, 129s, 2014.
[19] M.S. Aköz, N. G. Soydan, O. Şimşek, Kritik üstü açık kanal akımının detached eddy ve large eddy simülasyon ile sayısal modellenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri dergisi part: c, tasarım ve teknoloji, 4:4 (2016), 213-224.
[20] V. Gümüş, O. Şimşek, N.G. Soydan, M.S. Akoz, M.S. Kirkgöz, Numerical modeling of submerged hydraulic jump from a sluice gate. Journal of irrigation and drainage engineering 142:1 (2015), 04015037.
[21] O. Şimşek, M.S. Aköz, N.G. Soydan, Numerical validation of open channel flow over a curvilinear broad-crested weir. Progress in computational fluid dynamics, an international journal, 16:6 (2016), 364-378.