Comparative Hydrodynamic Numerical Analysis of Flow in Wastewater Pipe Model with Egg and Circular Cross-Section Geometry

Abstract

In this study, the hydraulic evaluation and comparison of the use of egg sections as an alternative to circular section pipelines, which are widely used in wastewater piping systems, was carried out. In this context, 750 mm circular section and 600mmx900mm egg section concrete pipelines with equivalent cross-sectional area were used. They were hydraulically evaluated as single phase (water) with Star CCM+, a computational fluid dynamics (CFD) program, and it was determined that the average velocity values of the egg section pipeline were higher and the pressure values were lower. In this context, it is thought that the use of egg section pipelines will be a longer-term solution method, especially since it will prevent bottom sediment accumulation and offer a more economical lifetime due to the lower in-pipe pressure.

Keywords

• Waste water piping systems
• Computational fluid dynamics
• Egg section pipes

Yumurta ve Dairesel Enkesit Geometrisine Sahip Atıksu Boru Modeli İçerisindeki Akışın Hidrodinamik Açıdan Karşılaştırmalı Sayısal Analizi

Abstract

Çalışmada atık su boru sistemlerinde yaygın olarak kullanılan dairesel kesitli boru hatlarına alternatif olarak yumurta kesitlerin kullanılmasının hidrolik açıdan değerlendirilmesi ve karşılaştırılması yapılmıştır. Bu kapsamda eşdeğer kesit alanına sahip 750 mm dairesel kesitli ve 600mmx900mm yumurta kesitli beton boru hatları kullanılmıştır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) programı olan Star CCM+ ile hidrolik açıdan tek fazlı (su) olarak değerlendirilmiş ve yumurta kesitli boru hattının ortalama hız değerlerinin daha yüksek, basınç değerlerinin daha düşük olduğu tespit edilmiştir. Bu kapsamda yumurta kesitli boru hatlarının kullanımının özellikle taban tortu birikiminin önüne geçeceği ve boru içi basınç düşüklüğünden dolayı daha ekonomik kullanım ömrü sunacağı için daha uzun vadeli bir çözüm yöntemi olacağı düşünülmektedir.

Keywords

• Atık su boru sistemleri
• Hesaplamalı akışkanlar dinamiği
• Yumurta kesitli borular

References

1. Ağaçkaya, Ç. (2024). 2011 Van depremi sonrasında Erciş ilçesindeki kanalizasyon hatlarında meydana gelen hasarların incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Van, Türkiye.
2. Dikici, M. (2021). Büyükşehirlerin Kanalizasyon Hatlarının Etkili İşletmesi ve İstanbul Örneği. ALKÜ Fen Bilimleri Dergisi, 3(1), 29-43. https://doi.org/10.46740/alku.841422
3. Dündar, O. (2024). Kanalizasyon ve yağmur suyu toplama şebekesi bacalarının hidrolik etkilerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi, Doktora Tezi, Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Zonguldak, Türkiye.
4. Erdemgil, N., Sırma, M. & Yavuz, M. (1976). Su Getirme ve Kanalizasyon, Birsen Kitabevi Yayınları, Ankara, Türkiye.
5. Gerger, R., Tulpar, H., Toplamacı, M. M. & Gerger E. (2021). Kanalizasyon Şebekelerinde Kullanılan Boruların Hidrolik ve Maliyet Açısından Değerlendirilmesi. Harran Üniversitesi Mühendislik Dergisi, 6(2), 91-101. https://doi.org/10.46578/humder.890819
6. Gök, S. & Fırat, M. (2021). Analysis of Faults in Sewage Systems with Geographical Information Systems, 4th International Conference of Contemporary Affairs in Architecture and Urbanism (ICCAUA-2021), 786-797, 20-21 Mayıs 2021, Alanya, Antalya, Türkiye. https://doi.org/10.38027/ICCAUA2021TR0050N9
7. Lamsal, A. (2023). Analyzing Pipe Flow Scenarios using Computational Fluid Dynamics (CFD), International Journal of Engineering Applied Sciences and Technology, 8(3), 162-166.
8. Metcalf & Eddy Inc., Tchobanoglous, G., Burton, F.L., Tsuchihashi, R & Stensel, H.D. (2013). Wastewater engineering: Treatment and resource recovery, 5th edition. McGraw-Hill Education, ISBN:9780073401188, New York, ABD.

9. Regueiro-Picallo, M., Naves, J., Anta, J., Puertas, J., & Suárez, J. (2016). Experimental and Numerical Analysis of Egg-Shaped Sewer Pipes Flow Performance. Water, 8(12), 587. https://doi.org/10.3390/w8120587
10. Tan, E., Sadak, D., & Ayvaz, M. T. (2020). Kanalizasyon Sistemlerinin Diferansiyel Evrim Algoritması Kullanılarak Optimum Tasarımı. Teknik Dergi, 31(5), 10229-10250. https://doi.org/10.18400/tekderg.541507
11. URL-1, (2024). https://webdosya.csb.gov.tr/db/altyapi/icerikler/ekler-20180215122652.pdf, 22.05.2024
12. URL-2, (2017). https://webdosya.csb.gov.tr/db/altyapi/editordosya/file/TOPLANTI%20NOTU-22_09_2017.pdf, 27.05.2024
13. Yavuz, M., & Çavdar, P. (2021). CFD Modelling of Non-Newtonian Fluid Flow in a Pipe Including Obstacle. Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 17(2), 129-136. https://doi.org/10.18466/cbayarfbe.865261