Barajların deşarj yapılarındaki akış karakteristikleri ve enerji kırıcı yapıların etkinliğinin sayısal analizi

Öz

Su gücü(Hydropower) endüstrisinde su kaynaklarının gelişimi bakımından son 60 yılda özellikle son 30 yılda büyük ilerleme ve yenilikler ortaya çıkmış, buna paralel dünyada büyük hidroelektrik projeler inşa edilmiştir. Hidroelektrik güç üretilen büyük ve kompleks yapıların karakteristikleri başlıca; baraj tasarım yükü yüksekliği, büyük deşarj, birim genişlikteki deşarj kapasitesi ve karmaşık jeolojik koşullardır. Üretilen güç miktarı onlarca veya yüzlerce gigawatt kadar yüksek olabilen bu derece yüksek güç üreten potansiyel enerjiyi dağıtmak, sönümlemek baraj mühendisliğinin elbette zor olan konularındandır. Dolayısıyla baraj mühendisliğinin araştırma konularından olan barajların deşarj yapılarının hidrolik karakteristikleri ve ortaya çıkan enerjinin güvenli ve ekonomik olarak dağıtımının sağlanması hususu dikkate alındığında etkin bir proje tasarımı için yapılacak fiziksel modelleme, prototip deneyleri ve sayısal modelleme sonuçlarının birlikte değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada yapılan fiziksel model çalışmalarıyla belirlenen deşarj yapılarındaki hidrolik karakteristikler ve enerji kırıcı yapıların etkinliği Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmanın sayısal modellemesinde özellikle açık kanal akımı, sediment taşınımı, oyulma gibi problemlerin çözümünde başarılı bir yazılım olan Flow3D kullanılmış olup sayısal hesaplamalardan elde edilen su yüzü, basınç değerleri ve hız profilleri model ölçeğiyle (1/100) yapılan fiziksel model deney ölçümleriyle karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Barajlar
• Deşarj Yapıları
• Enerji
• Flow-3D

References

1. [1] Z.Şen,Kur’an-ı Kerim ve Su Bilimi,Su Vakfı Yayınları,2006
2. [2] N.Ağıralioğlu,Baraj Planlama ve Tasarımı Cilt 1,Su Vakfı Yayınları,2007
3. [3] United States Department of the Interior Bureau of Reclamation, Design of Small Dams, Third Edition,1987
4. [4] Khatsuria, R. M.,Hydraulics of Spillways and Energy Dissipators,2005
5. [5] Gao, J., Liu Z.P., Guo J., Energy Dissipation and High Velocity Flow Dam Construction in China - A Sixty-Year Review, China Water Power Press, 2014
6. [6] Mason, P. J. The choice of hydraulic energy dissipator for dam outlet works based on a survey of prototype usage. Proc. Instn. Civil Engineers, Part I. Vol 72,May 1982,
7. [7] Rajan BH, Shivashankara Rao KN. Design of trajectory buckets. J. Irrig. Power India 1980; 37(1): 63–76, ISSN : 0974-4711.
8. [8] Steiner, R., Heller, V., Hager, W.H., Minor, H.-E.( 2008), Deflector ski jump hydraulics, J. Hydr. Eng.,ASCE, Vol. 134, No. 5, pp. 562-571

9. [9] Vischer, D. L., and Hager, W. H. (1998). Dam hydraulics, Wiley, Chichester, England, and New York
10. [10] Chanel, P. G. and DOERING J. C. (2007), An evaluation of computational fluid dynamics for spillway modelling, Proc. 16th AMFC, 1201-1206
11. [11] Ho, D., Cooper, B., Riddette, K., Donohoo, S., Application of Numerical Modelling to Spillways in Australia, in Dams and Reservoirs, Societies and Environment in the 21st Century – Berga et al (eds). Taylor and Francis Group, London, 2006, 951-959
12. [12] Gessler, D.,CFD Modeling of Spillway Performance, 2005
13. [13] Savage, B.M. & Johnson, M.C., Flow over Ogee Spillway: Physical and Numerical Model Case Study, Journal of Hydraulic Engineering 127, No. 8, 2001, 640-649.
14. [14] Dursun, Ö. F., ve Öztürk, M., 2009. Basamaklı Dolusavakların Akımın Enerjisini Sönümleme Özelliğinin Sayisal Analizi. Engineering Sciences, 4(2):165- 174
15. [15] Babaali, H., Shamsai, A. & Vosoughifar, H. Computational Modeling of the Hydraulic Jump in the Stilling Basin with Convergence Walls Using CFD Codes. Arab J Sci Eng 40, 381–395 (2015)
16. [16] Valero, D.,Rafael, G.B. Calibration of an Air Entrainment Model for CFD Spillway Applications. Adv. Hydroinform. 2016,38, 571–582.
17. [17]Usta, E.,Numerical Investigation of Hydraulic Characteristics of Laleli Dam Spillway and Comparison with Physical Model Study. PhD thesis, Middle East Technical University, Ankara, Turkey, 2014
18. [18] Daneshfaraz R, Ghaderi A, Akhtari A, Di Francesco S. On the Effect of Block Roughness in Ogee Spillways with Flip Buckets. Fluids. 2020; 5(4):182
19. [19] Zhenwei, M., Zhiyan, Z., Tao, Z.,Numerical Simulation Of 3-D Flow Field Of Spillway Based On VOF Method, 2012 International Conference On Modern Hydraulic Engineering, SciVerse ScienceDirect, Procedia Engineering 28 (2012) 808-812.
20. [20] Khani, S.,Moghadam,M.A.,Nikookar, M., (2017). Pressure Fluctuations Investigation on the Curve of Flip Buckets Using Analytical and Numerical Methods. Computational Research Progress in Applied Science & Engineering: An international Journal (CRPASE) - ISSN : 2423-4591. 03. 165-171.
21. [21] Yavuz,C.(2022),Energy Dıssıpatıon Scale For Dam Prototypes, Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16 (2022) 105-116
22. [22] Aydın,M.C.,İkincioğulları,E.,Emiroğlu,M.E. Şütlerdeki Enerji Kırıcı Blokların Akımın Hidrolik Karakteristikleri Üzerine Etkisinin Sayısal Analizi, Uluslararası Su ve Çevre Kongresi, SUCEV2018 Bildiriler Kitabı 22-24 Mart 2018, Bursa
23. [23] DSİ, 2010. Ilısu Barajı ve HES İnşaatı Rehber Projeleri, Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü, Ankara
24. [24] Okyay S, 1982, Ilısu Barajı Dolusavak Model Raporu, DSİ Genel Müdürlüğü, Araştırma ve Geliştirme Daire Başkanlığı, Yayın no: Hİ-715, Model no: M-192, Ankara, s: 110.
25. [25] Flow 3D, 2014. Flow-3D User Manual, v11.2. Flow Science, Inc