Trapez Kesitli Geniş Başlıklı Savak Akımının k-e Tabanlı Türbülans Modelleri ile Sayısal Modellenmesi

Öz

Bu çalışmada, laboratuarda modellenen trapez kesitli geniş başlıklı savak üzerinden geçen akımın su yüzü profili, farklı akım koşulları için deneysel olarak ölçülmüştür. Aynı deney koşullarındaki açık kanal akımı için temel denklemler, sonlu hacimler yöntemine dayalı ANSYS-Fluent paket programı yardımıyla sayısal olarak hesaplanmıştır. Sayısal hesaplamalarda, Standart k-, Renormalization group k- ve Realizable k- türbülans modelleri kullanılmış ve su yüzü profilleri VOF ile belirlenmiştir. Sayısal olarak elde edilen akım profilleri, deneysel olarak ölçülen değerlerle karşılaştırılmıştır. Sayısal ve deneysel bulguların karşılaştırılmasından, bu çalışmada kullanılan türbülans modellerinin, akım profillerinin tahmininde oldukça başarılı oldukları görülmekle birlikte, Standart k- modelinin, niceliksel karşılaştırmada esas alınan ortalama karesel hata değerlerine göre, az da olsa, daha başarılı olduğu belirlenmiştir

Anahtar Kelimeler

• Trapez kesitli geniş başlıklı savak, VOF, Sayısal model, Su yüzü profili, Türbülans modeli

Numerical Modeling of Flow Over a Trapezoidal Broad Crested Weir With k-e Based Turbulence Models

Öz

In this study, the free surface profile of flow over a trapezoidal-broad crested weir is measured in a laboratory channel for two different flow cases. Basic equations of the present problem are solved numerically by ANSYS-Fluent package program based on finite volume method. Standard k-ε, Renormalization Group k-ε and Realizable k-ε turbulence models are used in the numerical modeling and the flow profile is computed using VOF method. The numerical results for the free surface of flow are compared with the experimental data. Based on the comparisons of numerical and experimental results, all of the turbulent closure models are successful in predicting the free surface profile. However, the Standard k-ε model is determined quantitatively to be a little bit more successful than the other models used in this study

Anahtar Kelimeler

• Trapezoidal broad crested weir, VOF, Numerical solution, Free surface profile, Turbulence model

Kaynakça

1. 1. Faltas, M.S., Hana, S.N., Abd-El-Malek, M.B. (1989).“ Linearized Solution of a Free Surface Flow Over a Trapezodial Obstacle”, Acta Mechanica, 78:219-233.
2. 2. Sarker, M. A., Rhodes, D. ,G. (2004). “Calculation of free-surface profile over a rectangular broad – crested weir”, Flow measurement and Instrumentation, 15 , 215– 219.
3. 3. Kırkgöz, M.S., Aköz, M.S., Öner, A.A. (2008). “Experimental and theoretical analyses of 2D fows upstream of broad-crested weirs”, Canadian Journal of Civil Engineering, 35(9): 975–986.
4. 4. Öner A.,A., Kırkgöz, M., S., Aköz, M., S. (2007). “Geniş Başlıklı Savak Akımının Deneysel ve Sayısal Yöntemle İncelenmesi”, III. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu, 3- 12, İzmir.
5. 5. Wang, X. K., Hao, Z. Y., Tan, S. K. (2010). “Hydrodynamics of Trapezoidal Embankment Weirs”, Journal of Hydrodinamics, 22(5):386- 390.
6. 6. Şimşek, O., Aköz, M. S., Gümüş, V. (2011). “Eğrisel Geniş Başlıklı Savak Üzerinde Geçen Açık Kanal Akımının Deneysel ve Teorik Analizi”, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 26(2), ss. 47-55.
7. 7. Bal, H., Kırkgöz, M. S., Gümüş, V. (2011). “Geniş Başlıklı Savak Akımının Deneysel ve Sayısal Modellenmesi”, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 26(2), ss. 33-45
8. 8. Kırkgöz, M.S., Gümüş, V., Soydan, N.G., Şimşek, O., Aköz, M.S. (2012). “Experimental and Numerical Modeling of Flow over a GateControlled Semi-Cylinder Weir”, 10th International Congress on Advances in Civil Engineering, 17-19 October, Ankara, 0184:1- 10.

9. 9. Launder B. E., Spalding D. B. (1972). “Lectures in Mathematical Models ofTurbulence. Academic Press”, London, England.
10. 10. Yakhot, V., Orszag, S.A., Thangam, S., Gatski, T.B., Speziale, C.G. (1992). “Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique”, Physics of Fluids A, 4(7), 1510-1520.
11. 11. 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 - Model Development and Validation”, Computers Fluids, 24(3).227–238.
12. 12. Hirt, C. W., Nichols, B. D., (1981). “Volume of Fluid (VOF) Method for the Dynamics of Free Boundaries”, J. Comput. Phys., 39, pp., 201–225.
13. 13. Ansys Inc. (2012). Release 14.0. www.ansys.com. 14. Roache, P.J., (1998).“ Verification of codes and calculations”, AIAA Journal, 36(5), 696- 702.
14. 15. Çelik, İ.B., Ghia, U., Roache, P.J., Freitas, C.J., Coleman, H., Raad, P.E., (2008). “Procedure for estimation and reporting of uncertainty due to discretization in CFD applications”, ASME Journal of Fluids Engineering, 130(1), 1-4.