Experimental and Numerical Modeling of Head Over Broad Crested Weirs

Abstract

The cross section of an open channel is closed by a barrier, in order to measure and control to the flow. Weirs are one of the hydraulic structures, constructed fort his aim. Flow pass over the weir to the downstream. Weirs can be classified as sharped crested weirs, broad crested weirs and ogee spillways. Crest width of the broad crested weir is designed according to flow conditions on upstream, so, critical flow can be obtained throughout the crest. In this study, the effect of the broad crested weirs models, having different slopes, on the flow conditions, by experimental. Three different broad crested weirs were made and 41 head were measured for different discharge on each model. Numerical models, having the same conditions with the experimental models, were also done by ANSYS-FLUENT, computational fluid dynamics (CFD) software. Results of the experimental and numerical models were compared and it was seen that the results are consistent with each other.

Keywords

• Broad crested weir,open channel flow,computational fluid dynamics,ANSYS-FLUENT

GENİŞ BAŞLIKLI SAVAKLARDAKİ SAVAK YÜKLERİNİN DENEYSEL VE SAYISAL OLARAK MODELLENMESİ

Öz

Açık kanallarda akışın kontrol edilebilmesi ve ölçülebilmesi maksadıyla kanalın enkesiti bir engel yerleştirilerek kapatılır. Bu amaçla inşa edilen hidrolik yapılardan birisi de savaklardır. Akış, savak yapısı üzerinden mansaba geçer. Savaklar keskin kenarlı, geniş tepeli ve ogee savakları olarak sınıflandırılabilir. Geniş başlıklı savakların memba kısmındaki akım şartlarına bağlı olarak kret genişliği tasarlanmakta olup kret boyunca kritik akımın oluşması sağlanır. Bu çalışmada farklı şev açılarına sahip geniş başlıklı savak modellerinin akım üzerindeki etkileri deney ortamında incelenmiştir. Üç farklı geniş başlıklı savak modeli oluşturulmuş ve her bir modelde 41 farklı debi için savak yükü okuması yapılmıştır. Yapılan deneylerle aynı şartları sağlayan sayısal modeller, hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı olan ANSYS-FLUENT ile çözülmüştür. Deneysel ve sayısal modellerden elde edilen sonuçlar kıyaslanmış ve sonuçların oldukça uyumlu olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Geniş başlıklı savak,açık kanal akışı,hesaplamalı akışkanlar dinamiği,ANSYS- FLUENT

References

1. Bal, H., Geniş Başlıklı Savak İçeren Açık Kanal Akımının Sayısal Modellenmesi. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Adana, Türkiye, 2011.
2. Chanson, H., Montes, J. S., 1998. Overflow characteristics of circular crested weirs: Effects of inflow conditions. J. Irrig. Drain Eng. 124(3), 152 –162.
3. Çengel, Y.A., Cimbala, J.M., 2015, Akışkanlar Mekaniği Temelleri ve Uygulamaları, Palme Yayıncılık, Ankara, 766-767.
4. Felder, S, Chanson, H. “Free-surface Profiles, Velocity and Pressure Distributions on a Broad-Crested Weir: a Physical study”, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 138, 1068–1074, 2012.
5. Filinte, E.G., Konveksiyon-Difüzyon Problemlerinin Sonlu Hacim Yöntemi ile Analizi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Adana, Türkiye, 2006.
6. Hager, M.W.H., Chwalt, M., “Broad Crested Weir”, Journal of Irrigation and Drainage Engineering ,43-85, 1994.
7. Hirt, C.W., Nichols, B.D., Volume of Fluid Method for The Dynamics of Free Boundaries, Journal Of Computational Physics 39:201-225, 1981.
8. Kırkgöz, M. S., Öner, A. A.,Yatay Bir Dairesel Silindir EtrafındakiAkımda Hız Alanının Deneysel ve Teorik İncelenmesi. Ç.Ü. Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 21:85-98, 2006.

9. Moukalled, F., Magani, L., Darwish. M.,2016, The Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics, Springer İnternational Publishing, Switzerland, 4-5.
10. Öner, A.A., Kırkgöz, M.S., Aköz, M.S., “Geniş Başlıklı Savak Akımının Deneysel ve Sayısal Yöntemle İncelenmesi”, III. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu, 3-12, İzmir, Türkiye, 2007.
11. Romijin, D. G. Eeen regelbare mmetoverlaat als tertiaire aftapsluis. (A movable mesuring weir turnout structure.) De waterstaatsingenieur, nr. 9, 1932.
12. 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.
13. Yıldız, M. C., 2019. Farklı Şev Eğimlerine Sahip Geniş Başlıklı Savakların Deneysel ve Sayısal Olarak Modellenmesi, Konya Teknik Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.