Baraj Göllerinde Deprem Sırasında Oluşan Hidrodinamik Basınçların Sayısal Benzetimi

Year 2009, Volume: 22 Issue: 3, 35 - 43, 31.12.2009

Ender Demirel , İsmail Aydın

Abstract

Deprem sırasında baraj-hazne sisteminde oluşan hidrodinamik basınçların benzetimi için serbest yüzey ve sıkışma etkilerini içeren bir hesaplama modeli geliştirilmiştir. Navier-Stokes denklemleri ve basınç denklemi boyutsuzlaştırılarak boyutsuz sayılar tanımlanmıştır. Hareket denklemleri sonlu hacim metodu ile çözülmüştür. Serbest yüzeyin konumu derinlik boyunca integre edilmiş süreklilik denklemi ile takip edilmiştir. Basınç ve yüzey dalgalarının gölün mansabından yansıyarak geri dönmesini önlemek için yansımayan sınır koşulu ve sönümleyici bölge metodu eş zamanlı uygulanmıştır. Baraj yüzeyinde oluşan hidrodinamik basınçlar sıkışır ve sıkışmaz durumlar için hesaplanmış ve sonuçlar literatür verileri ile karşılaştırılmıştır.

Keywords

Deprem, baraj gölü, serbest yüzey, sonlu hacim, yansımayan sınır.

Numerical Simulation Of Hydrodynamic Pressure In Dam-Reservoirs During Earthquakes

Abstract

A computational model is developed to simulate hydrodynamic pressure in damreservoir

during earthquakes including free-surface and compressibility effects. Navier-Stokes

equations and pressure equation are non-dimensionalized and relevant dimensionless numbers

are identified. Governing equation ns are discretized using finite volume method. Free-surface

position is tracked using depth-integrated continuity equation. Non-reflecting boundary

condition and dissipation zone method are applied simultaneously to prevent the pressure and

surface waves reflecting from the boundary back into the domain. Hydrodynamic pressures on

dam-face are computed for compressible and incompressible cases and results are compared to

data available in the literature.

Keywords

Earthquake, dam reservoir, free-surface, finite volume, non-reflecting boundary.

References

• [1] E. Demirel and İ. Aydın, “Total volume conservation in simulation of unsteady free-surface flows”, Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, Vol.31, pp. 311-321, 2007.
• [2] E. Demirel ve İ. Aydın, “Zamanda Değişken Serbest Yüzeyli Akımların Benzetiminde Hacim Korunumu“, III. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu, 10-14 Eylül 2007, İzmir, Bildiri Kitabı, ss. 75-86.
• [3] V. Casulli, “A semi-implicit finite difference method for non-hydrostatic, free surface flows”, International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol .30, pp. 425-440, 1999.
• [4] V. Casulli and P. Zanolli. “Semi-implicit numerical modeling of nonhydrostatic freesurface flows for enviromental problems”, Mathematical and Computer Modeling, Vol.36, pp.1131-1149, 2002.
• [5] E. Demirel, "Baraj Göllerinde Deprem Sırasında Oluşan Hidrodinamik Basınçların Analizi", ESOGÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Eskişehir, 2008.
• [6] M. Griebel, T. Dornseifer and T. Neunhoeffer, “Numerical Simulation in Fluid Dynamics”. SIAM: Philadelphia, 1998.
• [7] K.M.T. Kleefsman, G. Fekken, A.E.P. Veldman, B. Iwanowski and B. Buchner, “A volume-of-fluid based simulation method for wave impact problems”, Journal of Computational Physics, Vol. 206, pp. 363-393, 2005.
• [8] J.H. Westhuis, “The Numerical Simulation of Nonlinear Waves in a Hydrodynamic Model Test Basin”, Doktora Tezi, University of Twente, The Netherlands, 2001.
• [9] M. Rahman, “Water Waves”, Oxford University Press Inc., New York, 1995.
• [10] A.K. Chopra, “Hydrodynamic pressures on dams during earthquakes”, Journal of The Engineering Mechanics Division, ASCE, Vol.93, pp. 205-223, 1967.