GENİŞ BAŞLIKLI SAVAK ETRAFINDAKİ AKIMIN İNCELENMESİ

Öz

   Savaklar hidrolik mühendisleri tarafından debi ölçmek amacıyla kullanılan en eski hidrolik yapılarındandır. Suyun debisini ölçmek, su akımını kontrol etmek ve su seviyesini düzenlemek amaçları ile açık kanal eksenine dik olarak yerleştirilmiş ve üzerinden su akıtan hidrolik yapılar savak olarak isimlendirilmektedir. Bu çalışmada, bir açık kanal içerisindeki dikdörtgen kesitli geniş başlıklı savak akımı deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde 3 farklı debi durumunda savak memba ve mansabındaki su yüzü profilleri ve hız dağılımları ölçülmüştür. Akım alanı deneylerle aynı koşullar kullanılarak sayısal olarak modellenmiştir. Sayısal modellemede kullanılan ve sonlu hacimler metoduna dayalı olarak hesap yapan FLOW-3D paket programı ile temel denklemler çözülmüştür. Farklı ağ yapılarının da denendiği çalışmada, türbülans viskozitesinin hesaplanmasında Standart k-ε türbülans kapatma modeli kullanılmış, su yüzü profilleri ise AH (Akışkan Hacmi) yöntemi ile belirlenmiştir. Sayısal olarak elde edilen su yüzü profilleri ve hız dağılımları, deneysel olarak ölçülen değerlerle karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar Standart k-ε türbülans kapatma modelinin ölçülen verilerle genel olarak uyum içerisinde olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Geniş başlıklı savak,açık kanal,hesaplamalı akışkanlar dinamiği,su yüzü profili

INVESTIGATION OF FLOW OVER A BROAD-CRESTED WEIR

Abstract

   Weirs are among the oldest hydraulic structures that have been used by hydraulic engineers to determine the discharge of an open-channel flow. They are placed perpendicular to the flow axis and built for purposes of measuring the flow of water, controlling the water flow and regulating the water level. In this study, flow over rectangular-broad crested weir was investigated experimentally in an open channel. In the experiments, water surface and velocity distributions upstream and downstream of the weir faces were measured at three different flow rates. The flow field was modelled numerically by using the same experimental conditions. Basic equations that are used for numerical model are solved by FLOW-3D package program based on finite volume method. Different mesh compositions were also tested in this study.  Standard k-ε turbulence closure model is used in the numerical modeling and the flow profile is computed using VOF (Volume of Fluid) method. The free surface and velocity distributions of flow which are obtained numerically are compared with the values measured experimentally. The results obtained using the standard k-ε model is found to be in good agreement with measured data.

Keywords

• Broad crested weir,open channel,computational fluid dynamics,water surface profiles

Kaynakça

1. [1] ŞİMŞEK, O., Eğrisel Geniş Başlıklı Savak Üzerinden Geçen Açık Kanal Akımının Deneysel ve Teorik Analizi. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Adana, Türkiye, 2011.
2. [2] BAL, H., Geniş Başlıklı Savak İçeren Açık Kanal Akımının Sayısal Modellenmesi. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Adana, Türkiye, 2011.
3. [3] SOYDAN, N.G., AKÖZ, M.S. , ŞİMŞEK, O., GÜMÜŞ, V., “Trapez Kesitli Geniş Başlıklı Savak Akımının k-Ɛ Tabanlı Türbülans Modelleri ile Sayısal Modellenmesi”, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 27(2), 47-58, 2012.
4. [4] HAGER, M.W.H., CHWALT, M., “Broad Crested Weir”, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 43-85, 1994.
5. [5] SARKER, M.A., RHODES, D.G., “Calculation of Free-Surface Profile Over a Rectangular Broad-Crested Weir”, Flow Measurement and Instrumentation 15, 215–219, 2004.
6. [6] KİRKGÖZ, M.S., ÖNER, A.A., “Yatay Bir Dairesel Silindir Etrafındaki Akımda Hız Alanının Deneysel ve Teorik İncelenmesi”, Ç.Ü. Mühendislik- Mimarlık Fakültesi Dergisi, 21, 85-98, 2006.
7. [7] ÖNER, A.A., KIRKGÖZ, M.S., AKÖZ, M.S., “Geniş Başlıklı Savak Akımının Deneysel ve Sayısal Yöntemle İncelenmesi”, III. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu, 3-12, İzmir, Türkiye, 2007.
8. [8] ŞİMŞEK, O., Eğrisel Geniş Başlıklı Savak Üzerinden Geçen Açık Kanal Akımının Deneysel ve Teorik Analizi. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Adana, Türkiye, 2011

9. [9] BAL, H., Geniş Başlıklı Savak İçeren Açık Kanal Akımının Sayısal Modellenmesi. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Adana, Türkiye, 2011.
10. [10] 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.
11. [11] SALMASI, F., YILDIRIM, G., MASOODI, A., PARSAMEHR, P. “Predicting Discharge Coefficient of Compound Broad-Crested Weir by using Genetic Programming (GP) and artificial neural network (ANN) Techniques” Arabian Journal of Geosciences, 6(7), 2709-2717, 2013.
12. [12] QASIM J.M., “Laboratory and HEC-RAS Simulations of a Single-Step Weir”, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 8(12), 1005-1011, 2013.
13. [13] HOSEINI, S.H., AFSHAR, H., “Flow over a Broad-Crested Weir in Subcritical Flow Conditions, Physical Study”, Journal of River Engineering, 2(1), 1005-1012, 2014.