Derin kuyu pompalarında kritik dalma derinliğinin boyutsuz büyüklükler ile ilişkisi

Yıl 2024, Cilt: 39 Sayı: 1, 177 - 190, 21.08.2023

Nuri Orhan

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.706122

Öz

Bu çalışmada, derin kuyu pompalarının kritik dalma derinliğinin belirlenmesinde boyutsuz büyüklükler ile ilişkilendirilmesi yapılmıştır. Genellikle kritik dalma derinliği belirli bir çapa sahip su girişlerinde ve santrifüj pompalarda yapılmıştır. Farklı anma çapına sahip iki adet milli pompa için üç farklı su giriş ağzı modelleri oluşturulması, kesit alanına sahip su giriş ağızları çap ile ilişkilendirilmesi ve kritik dalma derinliğinin boyutsuz büyüklükler ile ilişkilendirilmesi bu çalışmanın özgünlüğünü oluşturdu.
Pompaların kritik dalma derinliği vakum ölçüm yöntemine göre belirlendi. Her bir modelin değişik debi değerlerindeki kritik dalma derinliği seviyesi, diğer araştırmacıların Froude sayısına bağlı dalma derinliği eşitlikleri ile karşılaştırıldı. Pompaların kritik dalma derinliklerinin belirlenmesinde bu çalışmada geliştirilen eşitliğin kullanılması pompaların güvenilir (vorteksiz) bölgede çalışmasını sağlayacaktır. Vortekslerin oluşum derinliğine ve tipine fiziksel modellerin etkili olduğu ortaya çıktı. P1 pompasının fiziksel modelleri için Fcr (kritik froude sayısı) ≤1,40, P2 pompası için ise Fcr≤1,44 olması gerektiği bulundu. Bu değerler pompaların kuyuya yerleştirme yüksekliğinin belirlenmesinde kullanılabilir. Pompaların su giriş alanlarının artması kritik Weber sayısı ile Reynolds sayısını düşürdü. Her iki pompa içinde vorteks oluşum derinliği bakımından orjinal fiziksel modellerinin (D2) kullanılması uygun olacaktır. Sonuç olarak boyutsuz büyüklükler derin kuyu pompalarının kritik dalma derinliklerinin belirlenmesinde kullanılabilir.

Anahtar Kelimeler

Kritik dalma derinliği, Derin kuyu pompaları, Boyutsuz büyüklük, Froude sayısı, Votreks

Kaynakça

• [1] T. Nagahara, T. Sato, and T. Okamura, "Effect of the submerged vortex cavitation occurred in pump suction intake on hydraulic forces of mixed flow pump impeller," http://resolver. caltech. edu/cav2001: sessionB8. 006, 2001.
• [2] N. Yildirim, H. Akay, and K. Taştan, "Critical submergence for multiple pipe intakes by the potential flow solution," Journal of Hydraulic Research, vol. 49, no. 1, pp. 117-121, 2011.
• [3] Z. Ahmad, K. Rao, and M. Mittal, "Critical submergence for horizontal intakes in open channel flows," Dam Engineering, vol. 19, no. 2, p. 72, 2004.
• [4] M. Khanarmuei, H. Rahimzadeh, and H. Sarkardeh, "Effect of dual intake direction on critical submergence and vortex strength," Journal of Hydraulic Research, pp. 1-8, 2018.
• [5] H. Sarkardeh, "Minimum Reservoir Water Level in Hydropower Dams," Chinese Journal of Mechanical Engineering, vol. 30, no. 4, pp. 1017-1024, 2017.
• [6] N. Yildirim and F. Kocabaş, "Critical submergence for intakes in still-water reservoir," Journal of Hydraulic Engineering, vol. 124, no. 1, pp. 103-104, 1998.
• [7] N. Yildirim and F. Kocabaş, "Prediction of critical submergence for an intake pipe," Journal of Hydraulic Research, vol. 40, no. 4, pp. 507-518, 2002.
• [8] N. Yıldırım, F. Kocabaş, and S. C. Gülcan, "Flow-boundary effects on critical submergence of intake pipe," Journal of Hydraulic Engineering, vol. 126, no. 4, pp. 288-297, 2000.
• [9] R. F. Ott, "Guidelines for design of intakes for hydroelectric plants," American Society of Civil Engineers, New York, NY (United States)1995.
• [10] D. Eswaran, Z. Ahmad, and M. Mittal, "Critical submergence at vertical pipe intakes," Dam Engineering, vol. 18, no. 1, p. 17, 2007.
• [11] Anonim, "American National Standard for Pump Intake Design," vol. ANSI/HI 9.8, ed. Hydraulic Institu, New Jersey, 1998.
• [12] G. Möller, M. Detert, and R. M. Boes, "Vortex-induced air entrainment rates at intakes," Journal of Hydraulic Engineering, vol. 141, no. 11, p. 04015026, 2015.
• [13] M. Padmanabhan and G. E. Hecker, "Scale effects in pump sump models," Journal of Hydraulic Engineering, vol. 110, no. 11, pp. 1540-1556, 1984.
• [14] L. L. Daggett and G. H. Keulegan, "Similitude Conditions in Free-Surface Vortex Formations," Army Engıneer Waterways Experıment Statıon Vıcksburg Mıss1974.
• [15] A. K. Jain, R. J. Garde, and K. G. Ranga Raju, "Vortex formation at vertical pipe intakes," Journal of the Hydraulics Division, vol. 104, no. 10, pp. 1429-1445, 1978.
• [16] H. O. Anwar, J. A. Weller, and M. B. Amphlett, "Similarity of free-vortex at horizontal intake," Journal of Hydraulic Research, vol. 16, no. 2, pp. 95-105, 1978.
• [17] Anonim, "Rotodinamik Pompalar–Hidrolik Performans Kabul Deneyleri,Sınıf 1 ve Sınıf 2," vol. TS EN ISO 9906, ed. Türk Standardları Enstitüsü: Ankara, 2002.
• [18] N. Orhan, "Dalgıç pompalarda kritik dalma derinliğinin belirlenmesi," Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2018.
• [19] H. Sarkardeh, A. R. Zarrati, and R. Roshan, "Effect of intake head wall and trash rack on vortices," Journal of Hydraulic Research, vol. 48, no. 1, pp. 108-112, 2010.
• [20] Y. A. Çengel and J. M. Cimbala, T. Engin, Ed. Akışkanlar mekaniği: temelleri ve uygulamaları. Güven Kitabevi, 2008.
• [21] F. Gürbüzdal, "Scale effects on the formation of vortices at intake structures," M. Sc. degree, scienc civil engineering, middle east technial University, 2009 . [22] C. J. G. Moreno, "Determining Critical Submergence in Tanks by Means of Reynolds & Weber Numbers," World Journal of Engineering and Technology, vol. 2, no. 03, p. 222, 2014.
• [23] J. L. Gordon, "Vortices at intake structures," Journal of Water Power, vol. 22, no. 4, pp. 137-138, 1970.
• [24] M. Amphlett, Air-entraining vortices at a horizontal intake. Hydraulics Research Station, 1976.
• [25] B. Hanson, Irrigation Pumping Plants (UC Irrigation and Drainage Specialist). Department of Land, Air and Water Resources, University of California, Davis, 2000, p. 126.
• [26] C. Christiansen. (2005) Pumping from shallow streams 2.
• [27] A. K. Jain, R. J. Garde, and K. G. Ranga Raju, "Air entrainment in radial flow towards intakes," Journal of the Hydraulics Division, vol. 104, no. 9, pp. 1323-1329, 1978.
• [28] A. J. Odgaard, "Free-surface air core vortex," Journal of Hydraulic Engineering, vol. 112, no. 7, pp. 610-620, 1986.
• [29] A. Tahershamsi, H. Rahimzadeh, M. Monshizadeh, and H. Sarkardeh, "An experimental study on free surface vortex dynamics," Meccanica, vol. 53, no. 13, pp. 3269-3277, 2018.