Veysel GÜMÜŞ, Alaattin SEVEN, Oğuz ŞİMŞEK

Eğimli kritik altı açık kanal akımının sayısal modellemesi

Bu çalışmada, kritik altı akım koşullarına sahip eğimli açık kanal akımının farklı şartlarda sayısal modellemesi yapılmıştır. Sayısal modellemelerde akımın hareketini sağlayan temel denklemler, sonlu hacimler yöntemine dayalı çözüm yapan ANSYS Fluent paket programı yardımıyla iki boyutlu çözülmüştür. Su yüzü profilinin belirlenmesinde ise Akışkan Hacimleri Yöntemi kullanılmıştır. Sayısal modellemede, türbülansın çözümünde Re-Normalization Group (RNG), Kayma Gerilmesi Taşınımı (Shear Stress Transport-SST), Reynolds Gerilme Modeli (Reynolds Stress Model-RSM) ve Detached Eddy Simülasyon (DES) modelleri kullanılmıştır. Sayısal modelleme sonuçları üzerinde ağ yapısının etkisinin olup olmadığının belirlenmesi için Ağ Yakınsama İndeksi yöntemi kullanılmıştır. Farklı türbülans kapatma modelleri kullanılarak, farklı akım şartlarında elde edilen sayısal hız profilleri deneysel profillerle karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda, RNG mocdeli sadece Durum 5’te, SST modeli Durum 1, Durum 6 ve Durum 7’de, RSM modeli Durum 3’te ve DES modeli ise Durum 2 ve Durum 4’te deneysel verilere en yakın tahminde bulunmuştur. Çalışma sonucunda, hafif eğimli kritik altı açık kanal akımının sayısal çözümünde SST modelinin başarılı bir şekilde kullanılabileceği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Ağ yakınsama indeksi, Akışkan hacimleri yöntemi, Hesaplama ağı, Kritik altı açık kanal akımı, Sayısal model

Numerical modelling of sloped sub-critical open channel flow

In this study, numerical modelling of subcritical open channel flow with different conditions has been done. In numerical models, the governing equations are solved in two dimensions with the ANSYS Fluent software, which is based on the finite volume method. Volumes of Fluid Method is used to determine the free surface profile. RNG, SST, RSM and DES models are used to modelling turbulence. Grid Convergence Index method is used to determine the sensitivity of grid structure on the numerical modelling results. The numerical velocity profiles obtained in different cases with different turbulence closure models are compared with the experimental results. According to comparison velocity profiles, the best turbulence closure models are determined RNG for only Case 5, SST for Case 1, Case 6 and Case 7, RSM for Case 3, and DES for Case 2 and Case 4. As a result of the study, it is determined that the SST model can be used successfully in the numerical solution of subcritical flow in sloping open channel.

Keywords:

Grid convergence index, Volume of fluid, Calculation grid, Subcritical open channel, Numerical model,

PDF

___

Akoz, M. S., Şimşek, O. & Soydan, N. G. (2019). Numerical Modeling of Interaction of Turbulent Flow with a Buried Circular Cylinder on a Plane Surface, Teknik Dergi, 30(6), 9621-9645.
Ayhan, İ, Şimşek, O., Gümüş, V. & Avşaroğlu, Y. (2020). H2 Su Yüzü Profiline Sahip Açık Kanal Akımının Sayısal Modellemesi, Euroasia Journal of Mathematics-Engineering Natural & Medical Sciences, 8 (1), 33-42.
Bal, Ş. (2019). Değişken Enkesitli Açık Kanal Akımının Deneysel ve Sayısal Modellemesi. Yüksek Lisans Tezi, Harran Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Şanlıurfa, 97s.
Gumus, V., Simsek, O., Soydan, N. G., Akoz, M. S. & Kırkgoz, M. S. (2016). Numerical Modeling of Submerged Hydraulic Jump From a Sluice Gate, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 142(1), 04015037.
Gümüş, V. (2014). Dolusavak Akımının Sayısal Modellemesi. Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Adana, 129s.
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.
Kırkgöz, M. S. (2018). Çözülmüş Problemlerle Akışkanlar Mekaniği, Birsen Kitabevi, ISBN 978-000-003-0221, İstanbul, 561s.
Launder,B. E., Reece, G. J. & Rodi, W. (1975). Progress in the Development of a Reynolds-Stress Turbulence Closure, Journal of Fluid Mechanics, 68(3), 537-566.
Menter, F. R. (1994). 2-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications. AIAA Journal, 32(8), 1598-1605.
Roache, P. J. (1994). Perspective-a Method for Uniform Reporting of Grid Refinement Studies, Journal of Fluids Engineering-Transactions of the ASME, 116(3), 405-413.
Roache, P. J. (1998). Verification of Codes and Calculations, AIAA Journal, 36:(5), 696-702.
Simsek, O., Akoz, M. S. & Soydan, N. G. (2016). Numerical Validation of Open Channel Flow over a Curvilinear Broad-Crested Weir, Progress in Computational Fluid Dynamics, an International Journal, 16(6), 364-378.
Soydan Oksal, N. G., Akoz, M. S. & Simsek, O. (2020). Numerical Modelling of Trapezoidal Weir Flow with RANS, LES and DES Models, Sadhana, 45(91), 1-18.
Soydan, N. G., Şimşek, O. & Aköz, M. S. (2017). Prediction and validation of turbulent flow around a cylindrical weir, European water, 57, 85-92.
Yakhot, V. & Orszag, S. A. (1986). Renormalization Group Analysis of Turbulence I. Basic Theory, Journal of Scientific Computing, 1(1), 3-51.
Yakhot, V., Orszag, S. A., Thangam, S., Gatski, T. B. & Speziale, C .G. (1992). Development of Turbulence Models for Shear Flows by a Double Expansion Technique, Physics of Fluids a-Fluid Dynamics, 4(7), 1510-1520.