Darıderesi II Göleti Dip Savak Yapısının Fluent ile Sayısal Modellenmesi

Abstract

Hidrolik yapılar ve hidrolik yapıların farklı öğeleri için, hidrolik hesaplamalar çeşitli deneysel çalışmalara başvurarak yapılabilmektedir. Yapılan deneysel çalışmalar ile hidrolik hesaplamalar desteklenmeye çalışılmaktadır. Ancak, deneysel çalışmaların maliyetli olması ve uzun bir zamana yayılması sebebi ile, 3 boyutlu simülasyon programları tercih edilmektedir. Hidrolik yapılar için, hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi (HAD) ile çalışan programların kullanılmaya başlanması ile deneysel çalışmalara olan ihtiyaç gittikçe azalmıştır. Sonlu elemanlar, sonlu hacimler gibi sayısal yöntemlerin de katkısıyla, akış ayrıntılı bir şekilde incelenebilmektedir. Bu çalışma, Isparta’da bulunan, içme ve kullanma suyu ihtiyacını karşılamak için yapılan, Darıderesi II Göleti’ne ait dip savak yapısı için yapılmıştır. Ölü hacim üzerindeki suyun mansaba iletilmesini sağlayan dip savak yapısında türbülanslı ve laminer akım halleri incelenmiştir. Dip savak yapısı, sonlu elemanlar ile çalışan ANSYS programı Fluent modülü ile modellenmiştir. Geliştirilen 3 boyutlu modele ait, kesitte meydana gelecek olan toplam basınç, hız büyüklüğü ve boruya ait kesme gerilme değerleri incelenmiştir. Türbülanslı akım hali için elde edilen kinematik büyüklükler hidrolik şartnamede verilen sınır şartlarına daha yakın değişimler göstermiştir. Dip savak yapılarında laminer akım hali yerine türbülanslı akım halinin seçilmesi daha uygun bulunmuştur.

Keywords

• Baraj
• Dip Savak
• ANSYS
• Sayısal Modelleme
• HAD

Numerical Modeling of the Deep Sluice Structure of Darıderesi II Pond by Fluent

Abstract

Hydraulic calculations can be made by referring to various experimental studies for hydraulic structures and different components of hydraulic structures. Hydraulic calculations are tried to be supported by experimental studies. However, 3D simulation programs are preferred because experimental studies are costly and spread over a long time. For hydraulic structures, the need for experimental studies has gradually decreased with the use of programs that work with the computational fluid dynamics method CFD. Flow can be examined in detail with the contribution of numerical methods such as finite elements, finite volumes. This study was carried out for the deep sluice structure of Darıderesi II Pond in Isparta, which was built to meet domestic water need. The turbulent and laminar flow conditions in the deep sluice that enable the transfer of water over the dead volume to the downstream were investigated. The deep sluice was modeled with the ANSYS program Fluent module, which works with finite elements. In the developed 3D model, the total pressure, velocity and shear stress values of the pipe that will occur in the cross section were examined. Kinematic quantities obtained for turbulent flow showed closer changes to the boundary conditions given in the hydraulic specification. It has been found more appropriate to choose turbulent flow instead of laminar flow in deep sluice structures.

Keywords

• Dam
• Deep Sluice
• CFD
• ANSYS
• Numerical Modelling

References

1. [1] M. C. Aydın, A. E. Ulu and Ç. Karaduman, “CFD analysis of Ilısu Dam sluice outlet,” Fırat University Turkish Journal of Science & Technology, vol. 13, no. 1, pp. 119-124, 2018.
2. [2] S. Li, S. Cain, M. Wosnik, C. Miller, H. Kocahan and R. Wyckoff, “Numerical modeling of probable maximum flood flowing through a system of spillways,” Journal of Hydraulic Engineering, vol. 137, no. 1, pp. 66-74, 2011.
3. [3] M. Alihosseini and P. U. Thamsen, “Numerical and experimental investigation of flow in partially filled sewer pipes,” Technische Mechanik. Scientific Journal for Fundamentals and Applications of Engineering Mechanics, vol. 39, no. 1, pp. 113-124, 2019.
4. [4] M. Yaylacı ve C. Terzi, “Temas problemlerinde sonlu elemanlar yönteminin doğruluğunun incelenmesi,” Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, c. 6, s. 3, ss. 511-519, 2018.
5. [5] N. Yılmaz ve İ. Çiçek, “Standart test pervanesi analizleri ile hesaplamalı akışkanlar dinamiği analiz altyapısının doğrulanması,” Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, c. 6, s. 4, ss. 681-690, 2017.
6. [6] N. A. Beg, R. F. Carvalho, J. Leandro, P. Lopes and L. Cartaxo, “Investigation of the flow field inside a drainage system: Gully-Pipe-Manhole,” presented at 6th International Junior Researcher and Engineer Workshop on Hydraulic Structures, 2016, Lübeck, Germany, 2016.
7. [7] P. Lopes, J. Leandro, R. F. Carvalho, P. Páscoa and R. Martins, “Numerical and experimental investigation of a gully under surcharge conditions,” Urban Water Journal, vol. 12, no. 6, pp. 468-476, 2015.
8. [8] S. Kumar and A. K. Pentakota, “Computational fluid dynamics simulations of pipe elbow flow,” International Journal of Professional Engineering Studies, vol. 9, no. 2, pp. 32-42, 2017.

9. [9] M. Patel. (2020, September 17). CFD Modeling Services [Online]. Available: https://cfdmodelingservices.wordpress.com/2013/06/12/4-advantages-and-disadvantages-of-cfd/.
10. [10] S. Chandra, “Computational fluid dynamics analysis of rectangular microchannel heat sink,” Ph.D. dissertation, Delhi College of Engineering, Delhi Technological University, Delhi, India, 2017.
11. [11] U. C. Liestyarini, “CFD Analysis internal pipe flow,” M.S. thesis, Offshore Technology / Subsea Technology, Faculty of Science and Technology, University of Stavanger, Stavanger, Norway, 2016.
12. [12] H.K. Versteeg and W. Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics, England: Pearson Education Limited, 2007.
13. [13] M. Sümer, İ. Ünsal ve M. Bayazıt, Hidrolik, İstanbul, Türkiye: Birsen Yayınevi, 2013.
14. [14] D.L. Logan, A First Course in The Finite Element Method, Canada: Thomson, 2007.
15. [15] O.C. Zienkiewicz, The Finite Element Method, England: Tata Mcgraw Hill, 2001.
16. [16] T. Aydın, “Darıderesi II Göleti’nin dinamik analizlerinin ANSYS ile incelenmesi,” Yüksek Lisans tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, Türkiye, 2017.