Dere ağzı hidrodinamiğinin 3 boyutlu modellenmesi: Karışım ve tabakalı akım durumları

Year 2017, Volume: 19 Issue: 2, 21 - 34, 28.09.2017

Ahmet Ozan Çelik Volkan Kiriççi

https://doi.org/10.25092/baunfbed.340344

Abstract

Dere ıslahı
çalışmalarının tasarım süreçlerinde, dere ağzı yakınlarında ve haliçlerde
geleneksel metotların karakterize edemediği ve etkin sonuç vermediği durumlar
yaşanabilir. Bunun sebebi olarak tek boyutlu ampirik denklemlerin tabakalı
akımda veya karışım bölgesinde olayın fiziğini yansıtamaması gösterilebilir. Bir
dere ağzı çıkışı yakınlarında tabakalı bir akım durumu olduğu varsayıldığında, akım
üst bölgesinde tabakalanan tatlı su katı cidarla temas halinde olmayacak ve
böylelikle taban pürüzlülüğü, kanal boyutlandırılması gibi hesaplamalarda
etkinliğini yitirecektir. Bu durumda boyutlandırma için (kullanılan ama
geçerliliği olmayan “n” yardımıyla) Manning denkleminden elde edilecek olan
hidrolik yarıçap gerçekçi olmayacaktır. Etkin sonuçlar alınamadığı durumlarda
ise gereğinden daha büyük boyutlandırmalar ya da yetersiz kalabilecek kesitler
ortaya çıkabilmektedir. Bu durum taşkınlara ve dolayısıyla geri dönüşü olmayan mal
ve can kayıplara yol açabilmektedir. Riva Deresi’nde meydana gelen taşkınlar bu
duruma verilebilecek bir örnektir. Bu çalışmada söz konusu dere ağzındaki
tatlı-tuzlu su karışım bölgeleri sayısal olarak modellenmiş ve bu modelde
gerçeğe yakın kesit ve debiler kullanılmıştır. 3 farklı senaryoda
karşılaştırmalı değerlendirme yapılarak kesit tasarımında problem yaratan
durumlar belirlenmiştir. Uygulanan Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) modelinin
sonuçları ortaya konularak modelin yeterlilikleri ve geliştirilmesine yönelik
yorumlar da değerlendirilmiştir.

Keywords

Dere ağzı, haliç, HAD, karışım, tabakalı akım

3D modeling of rivermouth hydrodynamics: Mix and stratified flow cases

Abstract

The design stages in river restoration work may encounter
situations such as mix or stratified flow regions, river mouths or estuaries
where conventional methods can not characterize the flow or be effective. This
is due to the fact that one dimentional empirical equations fail to represent
the physics of this phenomenon. That is, for instance for a stratified flow
near a river mouth, the fresh water flowing on the top layer (above the denser
saline water) will not be in contact with the bed, as a result the bed
roughness will no longer be effective in design calculations of channel
cross-section. Consequently, the back calculations of channel sizing from the
hydraulic radius in the Manning equation will not be realistic. In such
ineffective cases the calculations may result in unnecessarily large or
inadequate cross sections. This leads to irreversible losses. Riva River can be
considered as an example to such river mouths. In this study, the saline-fresh
water mix region near the mouth of the questioned river has been modelled using
realistic cross sections and discharge values. The problematic approaches have
been identified using 3 different benchmark scenarios. The comments regarding
the detailes of the employed computational fluid dynamics model have been also
presented.

Keywords

River mouth, estuary, CFD, mix, stratified flow

References

• Kim, S.E. ve Boysan, F., Application of CFD to environmental flows, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 81, 145-158, (1999).
• Bombardelli, F.A., Cantero, M.I., Buscaglia, G.C. ve Garcia, M.H., Comparative study of convergence of CFD comercial codes when simulating dense underflows, In: Mecánica Computacional, G. Buscaglia, E. Dari ve O. Zamonsky (Eds.), 23, 1187 -1199, Bariloche, Argentina, (2004).
• Shteinman, B. ve Gutman, A., Flow turbulence and dispersion of different matter in the river mouth, Water Science and Technology, 27, (7-8), 397-404, (1993).
• Ofei, T.N. ve Ismail, A.Y., Eulerian-Eulerian simulation of particle-liquid slurry flow in horizontal pipe, Journal of Petroleum Engineering, dx.doi.org/10.1155/2016/5743471.
• Abdolkarimi, V. ve Ganji, H., CFD modeling of two immiscible fluids mixing in a commercial scale static mixer, Brazilian Journal of Chemical Engineering, 31, 4, 949-957, (2014).
• Georgoulas, P.A., Angelidis, P.B., Panagiotidis, T.G. ve Kotsovinos, N.E., 3D numerical modelling of turbidity currents, Environmental Fluid Mechanics, 10, 603-635, (2010).
• Hetland, R.D., The effects of mixing and spreading on density in near-field river plumes, Dynamics of Atmospheres and Oceans, 49, 37-53, (2010).
• Giardino, A., Ibrahim, E., Adam, S., Toorman, E.A. ve Monbaliu, J., Hydrodynamics and cohesive sediment transport in the Ijzer Estuary, Belgium: Case study, Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, 135, 4, 176-184, (2009).
• Balakin, V.B., Hoffmann, A.C., Kosinski, P. ve Rhyne, L.D., Eulerian-Eulerian CFD model for the sedimentation of spherical particles in suspension with high particle concentrations, Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 4, 1, 116-126, (2010).
• Socolofksy, S.A. ve Jirka, G.H., Environmentak fluid mechanics. Part I: Mass transfer and diffusion, Engineering Lectures, Universitat Karlsruhe, Germany, 2 nd Edition, (2002).
• ANSYS CFX Tutorials, Canonsburg, PA US, Release 12.1, (2009).
• ANSYS CFX-Pre User’s Guide, Canonsburg, PA US, Release 15, (2013).