Kapak Altı Hidrolik Sıçramanın Deneysel ve Sayısal Yöntemlerle İncelenmesi

Abstract

Açık kanallarda akımın sel rejiminden nehir rejimine geçişi hidrolik sıçrama yoluyla mümkün olmaktadır. Hidrolik sıçramadan genellikle enerji kırıcı olarak faydalanılabildiği gibi, kanallarda veya akarsu yataklarında su seviyesinin yükseltilmesi, çevri hareketiyle suyun havalandırılması gibi farklı amaçlar için de yararlanılmaktadır. Hidrolik sıçramadan faydalı bir şekilde faydalanmak için hidrolik sıçrama özelliklerinin iyi bilinmesi gerekmektedir. Bu amaca yönelik olarak, araştırmacılar tarafından literatürde farklı deneysel ve sayısal analiz yöntemleri geliştirilmiştir. Bu çalışmada, laboratuvar ortamında bir açık kanalda meydana gelen kapak altı hidrolik sıçrama olayına ait temel özellikler deneysel ve sayısal yöntem kullanılarak incelenmiştir. Bunun için, Kırıkkale Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik Laboratuvarı’nda açık kanal düzeneği kullanılarak bir dizi deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. Kanal akımında hız ölçümü için ADVP (Akustik Doppler Hız Profil Ölçer) cihazı kullanılmıştır. Sayısal modelleme amacıyla HEC-RAS programından faydalanılmıştır. Açık kanalda elde edilen deney sonuçları ile HEC-RAS programı kullanılarak elde edilen tek boyutlu hidrolik model sonuçları birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Yapılan değerlendirmeye göre, deneysel ve hidrolik model sonuçlarının genel olarak birbirine yakın olduğu tespit edilmiştir. Böylece, HEC-RAS programı kullanılarak kapak altı hidrolik sıçrama için güvenilir tahminlerin elde edilebileceği görülmüştür.

Keywords

• Hidrolik Sıçrama
• Açık Kanal Akımı
• Hız Ölçümü
• ADVP
• HEC-RAS

Investigation of Hydraulic Jump Downstream of a Sluice Gate by Experimental and Numerical Methods

Abstract

In open channels, the transition of flow from supercritical regime to subcritical regime is possible by hydraulic jump. Hydraulic jump is generally used as an energy dissipator, as well as for different purposes such as raising the water level in channels or stream beds, and aeration of the water by circulating movement. In order to benefit from the hydraulic jump efficiently, its properties must be well known. For this purpose, different experimental and numerical analysis methods have been developed by researchers in the literature. In this study, the basic properties of hydraulic jump downstream of a sluice gate in a laboratory channel were investigated by experimental and numerical methods. For this, a series of experimental studies were carried out using the open channel system in Kırıkkale University Civil Engineering Department Hydraulics Laboratory. ADVP (Acoustic Doppler Velocimetry Profiler) device was used to measure the velocity in the channel flow. The HEC-RAS program was used for numerical modeling. The experimental results obtained in the open channel and the one-dimensional hydraulic model results obtained using the HEC-RAS program were compared with each other. According to the evaluation, it has been determined that the experimental and hydraulic model results are generally close to each other. Thus, it was shown that reliable estimates of hydraulic jump downstream of a sluice gate can be obtained using the HEC-RAS program.

Keywords

• Hydraulic Jump
• Open Channel Flow
• Velocity Measurement
• ADVP
• HEC-RAS.

References

1. [1] Macián-Pérez, J.F.; Vallés-Morán, F.J.; Sánchez-Gómez, S.; De-Rossi-Estrada, M.; García-Bartual, R. (2020). Experimental characterization of the hydraulic jump profile and velocity distribution in a stilling basin physical model. Water, 12, 1758. https://doi.org/10.3390/w12061758. [2] Bohr, T., Ellegaard, C., Hansen, A. E., Haaning, A. (1996). Hydraulic jumps, flow separation and wave breaking: an experimental study. Physica B: Condensed Matter, 228(1-2), 1-10.
2. [3] Zhou, J. G., Stansby, P. K. (1999). 2D shallow water flow model for the hydraulic jump. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 29(4), 375-387.
3. [4] Gümüş, V., Aköz, M. S., Kırkgöz, M. S. (2013). Kapak mansabında batmış hidrolik sıçramanın deneysel ve sayısal modellenmesi. Teknik Dergi, 24(117).
4. [5] Sathe, N. J., Surve, A. V., Hinge, G. A. (2018). Study of end weir using HEC-RAS of Gunjwani Dam Spillway. International Journal of Innovations in Engineering Research and Technology, 5(6), 1-6.
5. [6] Şimşek, O., Aköz, M. S. , Soydan, N. G. & Gümüş, V. (2018). Dolusavak mansabında oluşan hidrolik sıçramanın su yüzü profilinin belirlenmesi. Harran Üniversitesi Mühendislik Dergisi, 3 (3), 31-37.
6. [7] Hromadka II, T. V., Rao, P. (2019). Examination of computational precision versus modeling complexity for open channel flow with hydraulic jump. Journal of Water Resource and Protection, 11(10), 1233-1244.
7. [8] Parmaksız, M. (2019). Serbest hidrolik sıçramanın deneysel ve sayısal modellemesi.Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Harran Üniversitesi, Şanlıurfa.
8. [9] Gümüş, V., Parmaksız, M., Şimşek, O., Avşaroğlu, Y. (2019). Farklı akım koşullarına sahip serbest hidrolik sıçramanın deneysel ve sayısal modellemesi. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 6 (2) , 447-466.

9. [10] Retsinis, E., Papanicolaou, P. (2020). Numerical and experimental study of classical hydraulic jump. Water, 12(6), 1766.
10. [11] Şimşek, O., Kösen, M., Gümüş, V. (2021). Farklı batıklık oranlarına sahip batık hidrolik sıçramanın sayısal modellemesi. Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 15 (2021) 427-441.
11. [12] Ateş, H. (2022). Hidrolik sıçramanın deneysel ve sayısal yöntemlerle incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kırıkkale Üniversitesi, Kırıkkale.
12. [13] DANESHFARAZ, R., ABBASZADEH, H., & AMİNVASH, E. (2022). Theoretical and Numerical Analysis of Applicability‏ of Elliptical Cross-Section on Energy Dissipation of Hydraulic Jump. Türk Hidrolik Dergisi, 6(2), 22-35.
13. [14] Abbaszadeh, H., Daneshfaraz, R., & Norouzi, R. (2023). Experimental Investigation of Hydraulic Jump Parameters in Sill Application Mode with Various Synthesis. Journal of Hydraulic Structures, 9(1), 18-42.
14. [15] Vectrino II Tip ADVP -Vectrino II, Manuel, 2019.
15. [16] Kırkgöz, S. (2013). Akışkanlar Mekaniği. Birsen Yayınevi, İstanbul.
16. [17] French, R. (1985). Open-Channel Hydraulics. McGraw-Hill, Inc. New York, USA.
17. [18] Silvester, R. (1964). Hydraulic jump in all shapes of horizontal channels. Journal of the Hydraulics Division, 90(1), 23-55.
18. [19] HEC-RAS User’s Manuel, 2020. https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/documentation/HEC-RAS_6.0_UsersManual.pdf.