Numerical Analysis of Spillway Flow: Mersin Dereyurt Pond Spillway Example

Öz

In this study, the turbulent flow over Mersin Dereyurt pond spillway are modelled numerically. The governing equations of flow over the spillway are solved numerically by ANSYS-Fluent based on finite volume method using Standard k-ε, Modified k-ω, Shear Stress Transport and Reynold Stress turbulence models. The volume of fluid (VOF) method is used to determine the free surface profile. The numerical results for the flow profile are compared with the standard step method and all the turbulent closure models used in the present study are found to be successful in determining free surface profile over the spillway and chute channel. However, Reynolds Stress Model is slightly more successful than the other turbulence models according to the quantitatively comparison using the mean square error index. In addition, the numerical distributions of velocity, pressure and turbulence intensity on the approach channel, spillway and chute channel are presented and the turbulent flow over the spillway was analyzed numerically.  

Anahtar Kelimeler

• Numerical modelling,Spillway,Turbulance models,VOF,Water surface profile

Dolusavak Üzerinden Geçen Akımın Sayısal Analizi: Mersin Dereyurt Göleti Dolusavak Örneği

Öz

Bu çalışmada, Dereyurt Göleti dolusavağı üzerinden geçen türbülanslı akım sayısal olarak modellenmiştir. Akımın hareketini idare eden temel denklemler sonlu hacimler yöntemine dayalı Ansys-Fluent program yardımıyla Standart k-ε, Modifiye k-ω, Kayma Gerilmesi Taşınımı (Shear Stress Transport) ve Reynolds Gerilmeleri Modeli (Reynolds Stress Model) türbülans modelleri kullanılarak çözülmüştür. Su yüzü profilinin hesabında Akışkan Hacimler Yöntemi (VOF) kullanılmıştır. Sayısal olarak elde edilen su yüzü profilleri, standart adım yöntemiyle hesap edilen su yüzü profili ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada kullanılan tüm türbülans modellerinin dolusavak ve şüt kanalı üzerindeki akım profilini belirlemede oldukça başarılı oldukları belirlenmiştir. Bununla birlikte ortalama karesel hata kriteri kullanılarak yapılan niceliksel karşılaştırmalarından, Reynolds Gerilmeleri Modeli (RSM) türbülans modelinin akım profilini belirlemede diğer türbülans modellerine göre az da olsa daha başarılı olduğu ortaya çıkmıştır. Ayrıca, yaklaşım kanalı, dolusavak ve şüt kanalı üzerindeki hız, basınç ve türbülans şiddetlerinin sayısal dağılımları sunulmuş, dolusavak üzerinden geçen türbülanslı akım analiz edilmiştir. 

Anahtar Kelimeler

• Dolusavak,Sayısal modelleme,Su yüzü profili,Türbülans modelleri,VOF

Kaynakça

1. 1. Berkün, M., 2007. Su Yapıları Barajlar, Savaklar ve Su Kuvveti Tesisleri, Birsen Yayınevi, 667, İstanbul.
2. 2. Chatila, J., Tabbara, M., 2004. Computational Modeling of Flow Over on Ogee Spillway. Computer Structure, 82, 1805-12.
3. 3. Kirkgöz, M.S., Öner, A.A., Aköz, M.S., 2009. Numerical Modeling of Interaction of a Current with a Circular Cylinder Near a Rigid Bed, Advances in Engineering Software, 40, 1191-1199.
4. 4. Aköz, M.S., Kirkgöz, M.S., Öner, A., 2009. Experimental and Numerical Modeling of a Sluice Gate Flow. Journal of Hydraulic Research, 47, 167-176.
5. 5. 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), 47-55. 6. Anderson, J.D., 1996. Computational Fluid Dynamics: An Introduction, Springer, Berlin, Germany.
6. 7. Ashgriz, N., Barbat, T., Wang, G., 2004. A Computational Lagrangian-Eularian Advection Remap for Free Surface Flows. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 44, 1-32.
7. 8. Öner, A.A., Kırkgöz, M.S., Aköz, M.S., 2007. Geniş Başlıklı Savak Akımının Deneysel ve Sayısal Yöntemle İncelenmesi. III. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu, 10-14 Eylül, 3-12, İzmir.
8. 9. Gümüş, V., Kırkgöz, M.S., 2014. Dolusavak Akımının Farklı Türbülans Kapatma Modelleri ile Sayısal Hesabı. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 29(1), 71-81.

9. 10. Tiğrek, Ş., Şahin, A.N., Yıldırım, T., 2015. Su Yapılarında Fluent Uygulamaları. 4. Su Yapıları Sempozyumu,19-20 Kasım, 351-360, Antalya.
10. 11. Launder, B.E., Spalding, D.B., 1972. Lectures in Mathematical Models of Turbulence. Academic Press, New York.
11. 12. Menter, F.R., 1994. 2-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications. AIAA Journal, 32(8), 1598-1605.
12. 13. Wilcox, D.C., 2006. Turbulence Modeling for Cfd (Third Edition), DCW Industries, Inc., California.
13. 14. Launder, B.E., 1989. 2nd-Moment Closure and Its use in Modeling Turbulent Industrial Flows. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 9(8), 963-985.
14. 15. A NSYS. 2012. Fluent Theory Guide. USA: Ansys Inc.
15. 16. H irt, 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.