Testing the Reliability of Numerical Model Studies for a Broad-Crested Weir

Year 2024, , 73 - 81, 26.09.2024

Mahmut Aydoğdu

https://doi.org/10.46810/tdfd.1487662

Abstract

The increase in population causes the need for water to increase day by day. The fact that water resources are limited further emphasizes the effective use of water. For this purpose, level-flow control of water transmitted through open channels is very important. Broad-crested weir types are widely used in these controls carried out through weirs. In this study, a newly designed broad-crested weir type that has not been used before was used. The model created in the laboratory environment was tested for two different flows. Flow depths and velocity values were measured. To test the study's accuracy, three-dimensional solutions were performed with Ansys-Fluent software. It was observed that there was general agreement between experimental and numerical data. It was seen that this study allowed different designs to be tested at less cost before moving on to field applications. In addition, it has been understood that the weir structures applied in the field can be detected through computer software to determine the sections where they may be damaged.

Keywords

weir, flow rate, broad-crested weir, Ansys-Fluent, free water surface profile

Ethical Statement

There is no need for an Ethics Committee Certificate for our study.

Supporting Institution

-

Project Number

-

Thanks

The author would like to thank the Inonu University Department of Civil Engineering for providing the use of the laboratory for the experiments and Dr. Fatih Kantarcı for helping.

FARKLI EĞİMLİ YÜZEYLERE SAHİP YENİ TİP GENİŞ-BAŞLIKLI SAVAĞIN SAYISAL MODELLEMESİ

Abstract

Nüfusun artması suya olan ihtiyacın da her geçen gün artmasına neden olmaktadır. Su kaynaklarının kısıtlı olması ise, suyun etkin kullanımını daha da ön plana çıkarmaktadır. Bu amaçla açık kanallar vasıtasıyla iletilen suların seviye-debi kontrolü çok önemlidir. Savaklar aracılığıyla yapılan bu kontrollerde geniş başlıklı savak tipleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında daha önce kullanılmamış yeni tasarlanmış geniş başlıklı bir savak tipi kullanıldı. Laboratuvar ortamında oluşturulan model iki farklı debi değeri için test edildi. Akım derinlikleri, hız değerleri ölçüldü. Çalışmanın doğruluğunu test etmek için Ansys-Fluent yazılımı ile üç boyutlu çözümler gerçekleştirildi. Genel olarak deneysel ve sayısal veriler arasında uyum olduğu görüldü. Bu çalışmanın saha uygulamalarına geçmeden önce, yapılacak farklı tasarımların daha az maliyetle test edilmesine imkân sağladığı görüldü. Ayrıca sahada uygulanmış olan savak yapılarının, hasar alabileceği bölgeleri belirleme durumlarını da bilgisayar yazılımları aracılığıyla tespitinin olabileceği anlaşıldı.

Keywords

savak, debi, geniş-başlıklı savak, Ansys-Fluent, serbest su yüzü profili

Ethical Statement

-

Supporting Institution

-

Project Number

-

Thanks

-

References

• Soydan Oksal NG, Akoz MS, Simsek O. Numerical modelling of trapezoidal weir flow with RANS, LES and DES models. Sādhanā. 2020;45(1):91.
• Felder S, Islam N. Hydraulic performance of an embankment weir with rough crest. J Hydraul Eng. 2017;143(3):4016086.
• Özlük A. Trapez Geniş Başlıklı Savaklara Ait Debi Katsayısının Yapay Zeka Yöntemleri İle Belirlenmesi. 2022.
• Hager WH, Schwalt M. Broad-crested weir. J Irrig Drain Eng. 1994;120(1):13–26.
• Tracy HJ. Discharge characteristics of broad-crested weirs. Vol. 397. US Department of the Interior, Geological Survey; 1957.
• Isaacs LT. Effects of laminar boundary layer on a model broad-crested weir. 1981;
• Faltas MS, Hanna SN, Abd-el-Malek MB. Linearised solution of a free-surface flow over a trapezoidal obstacle. Acta Mech. 1989;78:219–33.
• Clemmens AJ, Replogle JA, Reinink Y. Field predictability of flume and weir operating conditions. J Hydraul Eng. 1990;116(1):102–18.
• Sargison JE, Percy A. Hydraulics of broad-crested weirs with varying side slopes. J Irrig Drain Eng. 2009;135(1):115–8.
• Azimi AH, Rajaratnam N, Zhu DZ. Discharge characteristics of weirs of finite crest length with upstream and downstream ramps. J Irrig Drain Eng. 2013;139(1):75–83.
• Madadi MR, Dalir AH, Farsadizadeh D. Control of undular weir flow by changing of weir geometry. Flow Meas Instrum. 2013;34:160–7.
• Şimşek O, İşlek H, Aköz MS. Ağ Elemanı Özelliklerinin Sayısal Model Sonuçları Üzerine Etkisinin Belirlenmesi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Derg. 2020;35(1):195–210.
• Sarker MA, Rhodes DG. Calculation of free-surface profile over a rectangular broad-crested weir. Flow Meas Instrum. 2004;15(4):215–9.
• Bal H. Geniş başlıklı savak içeren açık kanal akımının sayısal modellenmesi. Çukurova Üniversitesi, Adana, Türkiye. 2011;
• Felder S, Chanson H. Free-surface profiles, velocity and pressure distributions on a broad-crested weir: A physical study. J Irrig Drain Eng. 2012;138(12):1068–74.
• Soydan NG, Aköz MS, Şimşek O, Gümüş V. Trapez Kesitli Geniş Başlıklı Savak Akımının ke Tabanlı Türbülans Modelleri ile Sayısal Modellenmesi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Derg. 2012;27(2):47–58.
• İlkentapar M, Öner AA. Geniş Başlıklı Savak Etrafındaki Akımın İncelenmesi. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilim Derg. 2017;6(2):615–26.
• YILDIZ MC, Yarar A. GENİŞ BAŞLIKLI SAVAKLARDAKİ SAVAK YÜKLERİNİN DENEYSEL VE SAYISAL OLARAK MODELLENMESİ. Konya J Eng Sci. 2020;8(1):164–74.
• Subramanya K. Flow in open channels. Tata McGraw-Hill; 2009.
• Raupach MR, Shaw RH. Averaging procedures for flow within vegetation canopies. Boundary-layer Meteorol. 1982;22(1):79–90.
• Guide AFT. ANSYS FLUENT Theory Guide. Release 18.2, 15317 (November). 2013;
• Hirt CW, Nichols BD. Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries. J Comput Phys. 1981;39(1):201–25.