Türbülans parametrelerinin ölçümü ve türbülans kinetik enerjisinin oksijen transferine etkisi

Sığ bir dağ akarsuyunda derinlik boyunca ve bir kaya etrafındaki akışın türbülans özelliklerini incelemek amacıyla deneysel bir çalışma yapılmıştır. Türbülans, hidrolik ve ekolojik süreçlerde önemli rol oynar, her zaman üç boyutlu olduğundan, hesaplamalar her üç yöndeki akım değerleri için yapılmıştır. Lazer Doppler velocimeter (LDV) ve akustik Doppler velocimeter (ADV) gibi yüksek çözünürlüklü hız ölçüm cihazlarının üretimini takiben dünyadaki türbülans araştırmaları hız kazanmıştır. Bu çalışmadaki deneyler dört bileşenli bir ADV kullanılarak yapılmıştır. Sapınç (çalkantı) hızları, varyanslar, kök ortalama kareleri, türbülans şiddetleri, Reynolds gerilmeleri, integral zaman ölçekleri, integral uzunluk ölçekleri ve türbülans kinetik enerji dağılımları, su derinliği boyunca ve bir kayanın çevresinde hesaplanarak yorumlanmıştır. Korelasyon ve spektral yoğunluk fonksiyonları hazırlanmış ve türbülanslı çevrintilerin yaklaşık boyutları hesaplanmıştır. Bu araştırmanın nispeten yeni bir yönü, türbülans kinetik enerji ve çözünmüş oksijen konsantrasyonu arasındaki ilişkinin vurgulanması ve belirlenmesidir.

Anahtar Kelimeler:

Akarsu türbülans parametreleri, türbülans kinetik enerjisinin oksijen transferine etkisi

PDF

___

[1] Bennett, SJ., Ghaneeizad, S.M., Gallisdorfer, M.S., Cai, D., Atkinson, J.F., Simon A, et al. Flow, turbulence, and drag associated with engineered log jams in a fixed-bed experimental channel, Geomorphology,248,172-184, 2015.
[2] Davidson, P., Turbulence: an introduction for scientists and engineers, Oxford University Press, 2015.
[3] Franca, MJ., Brocchini, M., Turbulence in rivers. Rivers–Physical, Fluvial and Environmental Processes, Springer,51-78, 2015.
[4] Termini, D., Experimental Analysis of Horizontal Turbulence of Flow over Flat and Deformed Beds, Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics, 62,77-99, 2015.
[5] Czernuszenko, W., Holley, E.R., Open-channel turbulence measurements with a three-component acoustic Doppler velocimeter. Publications of the Institute of Geophysics Polish Academy of Sciences, E-7,401,49-79, 2007.
[6] Jain, R.K., Kumar, A., Kothyari, U.C., Turbulence statistics of flow through degraded channel bed of sand–gravel mixture, Journal of Hydro-environment Research,9,508-518, 2015.
[7] Stone, M.C., Hotchkiss. R.H., Turbulence descriptions in two cobble-bed river reaches, Journal of Hydraulic Engineering, 133,1367-1378, 2007.
[8] Strom, K.B., Papanicolaou, A.N., ADV measurements around a cluster microform in a shallow mountain stream, Journal of Hydraulic Engineering,133,1379-1389, 2007.
[9] Tritico, H.M., Hotchkiss, R.H., Unobstructed and obstructed turbulent flow in gravel bed rivers, Journal of Hydraulic Engineering,131,635-645, 2005.
[10] Maddock, I., Harby, A., Kemp, P., Wood, P.J., Ecohydraulics: an integrated approach, John Wiley & Sons, 2013.
[11] Öztürk, M., Sediment Size Effects in Acoustic Doppler Velocimeter-Derived Estimates of Suspended Sediment Concentration, Water,9,529, 2017.
[12] Nikora, V., Goring, D., Flow turbulence over fixed and weakly mobile gravel beds, Journal of Hydraulic Engineering, 126, 679-690, 2000.
[13] Nezu, I., Nakagawa, H., Turbulence in open channels, IAHR/AIRH Monograph Balkema, Rotterdam, The Netherlands, 1993.
[14] Sukhodolov, A.N., Structure of turbulent flow in a meander bend of a lowland river, Water Resources Research, 48, 2012.
[15] Köse, O., Distribution of turbulence statistics in open-channel flow, International Journal of Physical Sciences, 6, 3426-3436, 2011.
[16] Konsoer, K.M., Rhoads, B.L., Spatial–temporal structure of mixing interface turbulence at two large river confluences. Environmental Fluid Mechanics, 14,1043-1070, 2014.
[17] Kundu, P.K., Cohen, I., Fluid mechanics, Elsevier Acad Press, London, 199-400, 2008.
[18] Lacey, R.J., Roy, A.G., The spatial characterization of turbulence around large roughness elements in a gravel-bed river, Geomorphology, 102,542-553, 2008.
[19] Zappa, C.J., McGillis, W.R., Raymond, P.A., Edson, J.B., Hintsa, E.J., Zemmelink, H.J., Environmental turbulent mixing controls on air‐water gas exchange in marine and aquatic systems, Geophysical Research Letters 34, 2007.
[20] Hall, R.O., Kennedy, T.A., Rosi‐Marshall, E.J., Air–water oxygen exchange in a large whitewater river, Limnology and Oceanography, Fluids and Environments, 2,1-11, 2012.
[21] Lee, S-M., Kang, B-H., Lim K-H., Chae M-S., Kim D-W., Effect of turbulence intensity on oxygen transfer efficiency in mbr coupled pure oxygen hcr for high organiz loading wastewater. Circulation,5500:500.