Eşik yapısı mansabında oluşan yerel oyulmaların hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile analizi

Öz

Hidrolik yapıların mansabındaki yerel oyulma, su mühendisliğinin önemli problemlerindendir. Bu konuda geçmişten bugüne kadar birçok deneysel ve arazi çalışmaları yapılmış ve birçok ampirik eşitlikler elde edilmiştir. Fakat bu bağıntıların çoğu belirli koşullar altında sunulmuş ve farklı sonuçlar verebilmektedir. Bazı bağıntılar boyutlu büyüklükler cinsinden verilmekte bazılarında ise bazı değişkenler ihmal edilebilmektedir. Buna ek olarak, eğimi yüksek akarsularda eğimi düşürmek ve akımları düzenlemek amacıyla akarsu tabanında yapay düşüler kullanılabilmektedir. Bu gibi düşüler üzerindeki akım durumu, çoğu zaman serbest düşülü savak akımı şeklinde olmaktadır. Deneysel çalışmaların yanısıra son yıllarda gelişen bilgisayar teknolojileri ve hesaplama yöntemleri sayesinde çok fazlı (sıvı-katı parçacık) gibi akışkan problemlerin sayısal olarak modellenmesi mümkün olabilmektedir. Bu çalışmada, geçmişte yapılan deneysel bir çalışmanın akarsulardaki bir eşik yapısı mansabındaki su jetinin altında kohezyonsuz üniform kum yatakta meydana gelen yerel oyulmalar, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) kullanılarak analiz edilmiştir. Çalışmada eşik yapısı altındaki oyulmaları tespit etmek için, Flow 3D yazılımıyla birlikte Sediment Oyulma Modeli (Sediment Scour Model) yöntem olarak kullanılmıştır. Elde edilen sayısal model sonuçların literatürdeki deneysel verilerle yeterince uyumlu olduğu görülmüştür. Oyulmanın zamana göre değişimi exponansiyel olduğu gözlemlenmiş ve zamanla maksimum oyulma derinliğindeki değişim azalmakta sonunda kararlı oyulma durumu gerçekleşmiştir. Kohezyonsuz taban malzemesinde oyulmanın büyük çoğunluğu (yaklaşık %90’ı) ilk yarım saat içerisinde gerçekleştiği izlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Eşik yapısı,Oyulma,Hareketli taban,HAD,Hidrolik yapılar

References

1. Aydın, M.C., Işık E., (2015). Using CFD in Hydraulic Structures. International Journal of Scientific and Technological Research. 1(5):7-13.
2. Bormann, N.E., Julien, P.Y., (1991). Scour downstream of grade control structures. Journal of Hydraulic Engineering, 117(5):579–594.
3. Chamani, M.R., Beirami, M.K., (2002). Flow characteristics at drops. Journal of Hydraulic Engineering, 128(8):778–791.
4. Dey, S., Raikar, R.V., (2007). Scour below a High Vertical Drop. Journal of Hydraulic Engineering, 133(5): 564-568.
5. Dick, R., Mastbergen, Jan, H., Berg., V.D., (2003). Breaching in fine sands and the generation of sustained turbidity currents in submarine canyons. Sedimentology, 50(4):625–637, doi:10.1046/j.1365-3091.2003.00554.x. Flow 3D, (2014). Manual, Sediment Scour Model.
6. Flow-3D User Manual, v11.0.3. Flow Science, Inc.
7. Ghodsian, M., Mehraein, M., Ranjbar H.R., (2012). Local scour due to free fall jets in non-uniform sediment. Sharif University of Technology, Scientia Iranica, 19(6):1437-1444.
8. Ghodsian, M., Melville, B., Coleman, S., (2012). Local scour due to sediment carrying freeoverfall water jet. Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Water Management, 165(WM1):21-29.

9. Ghodsian, M., Melville, B., Tajkarimi, D., (2006). Local scour due to free overfall jet, Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Water Management, 159(4):253-260.
10. Jia, Y., Kitamura, T., Wang, S.S.Y., (2001). Simulation of scour process in plunging pool of loose bed-material. Journal of Hydraulic Engineering., 127(3):219–229.
11. Little, W.C., Murphey, J.B., (1982). Model study of low drop grade control structures. Journal of Hydraulic Division, 108(10):1132–1146.
12. Mason, P.J., Arumugam, K., (1985). Free jet scour below dams and flip buckets. J. Hydraul. Eng., 111(2):220–235.
13. Meyer-Peter, E., Müller, R., (1948). Formulas for bed-load transport. Proceedings of the 2nd Meeting of the International Association for Hydraulic Structures Research, pages 39–64.
14. Schoklitsch, A., (1932). Kolkbildung unter uberfallstrahlen. Wasserwirtschaft, 24, 341–343.
15. Soulsby, R., (1997). Ch. 9: bedload transport. In Dynamics of Marine Sand. Thomas Telford Publications, London.
16. Stein, O.R., Julien, P.Y., Alonso, C.V., (1993). Mechanics of jet scour downstream of a headcut. Journal of Hydraulic Research, 31(6):723–738.
17. Van, R. L., (1984). Sediment transport, Part I: bed load transport. Journal of Hydraulic Engineering, 110(10):1431–1456. doi:10.1061/(ASCE)0733- 9429(1984)110:10(1431)