Eğimli Açık Kanal Akımının Farklı Türbülans Modelleri ile Sayısal Modellemesi

Öz

Eğimli açık kanal akımının hız alanı, Lazer Doppler Anemometresi (LDA) ile ölçülmüş ve aynı deney koşullarındaki akımlar için, temel denklemler, sonlu hacimler yöntemine dayalı ANSYS-Fluent paket programı ile çözülmüştür. Sayısal hesaplamalarda, Standard k-, Renormalization-group k-, Realizable k-ε, Modifiye k- ve Shear Streess Transport türbülans kapatma modelleri kullanılmış, su yüzü profili VOF yöntemi ile hesaplanmıştır. Sayısal modellerden elde edilen akım hızları ve su yüzü profilleri deneysel ölçümlerle karşılaştırılmıştır. Farklı türbülans modellerinin deneysel olarak doğrulanması amacıyla yapılan karşılaştırmalarda, Renormalization-group k- türbülans modelinin, hız alanının hesaplanmasında ve su yüzünün belirlenmesinde, kullanılan modeller arasında en başarılı olduğu görülmüştür

Anahtar Kelimeler

• Eğimli açık kanal akımı, Hız profili, Sayısal modelleme, Türbülans kapatma modelleri, VOF

Numerical Modeling of Sloping Open Channel Flow Using Different Turbulence Closure Models

Öz

The velocity field of sloping open channel flow is measured using Laser Doppler Anemometry (LDA). Basic equations of the problem are solved by ANSYS-Fluent program package, using finite volume method, for the flow case having the same experimental conditions. In the numerical simulations, Standard k-, Renormalization-group k-, Realizable k-ε, Modified k- and Shear Stress Transport turbulence closure models are used, and the flow profile is computed using VOF method. Computational results for velocities and free surface profiles are compared with measured data. Experimental validations of the turbulence models show that, Realizable k-ε turbulence model, among using the other turbulence models, is in general the most successful one in predicting the velocity field and free surface profiles of the present flow case

Anahtar Kelimeler

• Sloping open channel flow, Velocity profile, Numerical modeling, Turbulence closure models, VOF

Kaynakça

1. 1. İspir, M.A., Kırkgöz, M.S., Gümüş, V., 2014. Yavaş Değişen Kritik-Altı Açık Kanal Akımının k-ε Türbülans Kapatma Modelleri ile Sayısal Hesabı. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 29(1): 145-155.
2. 2. Şimşek, O., Aköz, M.S., Gümüş, V., 2011. Eğrisel Geniş Başlıklı Savak Üzerinden Geçen Açık Kanal Akımının Deneysel ve Teorik Analizi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 26(2): 45-53.
3. 3. Kırkgoz, M.S., Aköz, M.S., Öner, A.A., 2008. Experimental and Theoretical Analyses of TwoDimensional Flows Upstream of Broad-Crested Weirs. Canadian Journal of Civil Engineering. 35(9): 975-986.
4. 4. Öner, A.A., Aköz, M.S., Kırkgoz, M.S., Gümüş, V., 2012. Experimental Validation of Volume of Fluid Method for a Sluice Gate Flow. Advances in Mechanical Engineering. 2012: 10.
5. 5. Gümüş, V., Aköz, M.S. ve Kırkgöz, M.S., 2013. Experimental and Numerical Modeling of Submerged Hydraulic Jump Downstream of a Sluice Gate. Teknik Dergi. 24(2): 6379-6397.
6. 6. Ramamurthy, A.S., Qu, J.Y., Vo, D., 2006. VOF Model for Simulation of a Free Overfall in Trapezoidal Channels. Journal of Irrigation and Drainage Engineering-Asce. 132(4): 425-428.
7. 7. Aydin, M.C., 2012. CFD Simulation of FreeSurface Flow over Triangular Labyrinth Side Weir. Advances in Engineering Software. 45(1): 159-166.
8. 8. Haun, S., Olsen, N.R.B., Feurich, R., 2011. Numerical Modeling of Flow over Trapezoidal Broad-Crested Weir. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 5(3): 397-405.

9. 9. Kırkgöz, M.S., Aköz, M.S., Öner, A.A., 2008. Experimental and Theoretical Analyses of Two-Dimensional Flows Upstream of Broad-Crested Weirs. Canadian Journal of Civil Engineering. 35(9): 975-986.
10. 10. Öner, A.A., Aköz, M.S., Kırkgoz, M.S., Gümüş, V., 2012. Experimental Validation of Volume of Fluid Method for a Sluice Gate Flow. Advances in Mechanical Engineering.
11. 11. Kırkgöz, M.S., Aköz, M.S. ve Öner, A.A., 2009. Numerical Modeling of Flow over a Chute Spillway. Journal of Hydraulic Research. 47(6): 790-797.
12. 12. Launder, B.E., Spalding, D.B., 1972. Lectures in Mathematical Models of Turbulence. New York: Academic Press.
13. 13. Yakhot, V., Orszag, S.A., Thangam, S., Gatski, T.B.,, C.G., 1992. Development of Turbulence Models for Shear Flows by a Double Expansion Technique. Physics of Fluids a-Fluid Dynamics. 4(7): 1510-1520.
14. 14. Shih, T.-H., Liou, W.W., Shabbir, A., Yang, Z., Zhu, J., 1995. A New k-ϵ Eddy Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows. Computers & Fluids. 24(3): 227-238.
15. 15. Wilcox, D.C., 2006. Turbulence Modeling For CFD (Third Edition). California: DCW Industries, Inc.
16. 16. Menter, F.R., 1994. 2-Equation EddyViscosity Turbulence Models for Engineering Applications. Aiaa Journal. 32(8): 1598- 1605.
17. 17. Hirt, C.W., Nichols, B.D., 1981. Volume of Fluid (VOF) Method for the Dynamics of Free Boundaries. Journal of Computational Physics. 39(1): 201-225.
18. 18. ANSYS. 2012. FLUENT Theory Guide. USA: ANSYS Inc.
19. 19. Chen, H.C., Patel, V.C., 1988. Near-Wall Turbulence Models for Complex Flows Including Separation. Aiaa Journal. 26(6): 641-648.
20. 20. Roache, P.J., 1998. Verification of Codes and Calculations. Aiaa Journal. 36(5): 696-702.
21. 21. Celik, I.B., Ghia, U., Roache, P.J. ve Freitas, C.J., 2008. Procedure for Estimation and Reporting of Uncertainty Due to Discretization in CFD applications. Journal of Fluids Engineering-Transactions of the Asme. 130(7).