Trapez labirent savakların hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) kullanılarak analizi

Abstract

Labirent tipi dolusavaklar, etkili kret uzunluklarının arttırılması sayesinde klasik dolusavaklara nazaran daha yüksek savaklama kapasitesine sahiptirler. Bu tür savakların hidrolik performanslarını araştırmak için son yıllarda birçok deneysel çalışma yürütülmüştür. Günümüzdeki gelişmiş sayısal yöntemlerin deneysel çalışmalarla birlikte kullanılmasıyla araştırmacılar bu tür sistemlerin davranışları hakkında daha fazla bilgiye sahip olabilmekte ve daha iyi tasarımlar elde edebilmektedirler. Bu çalışmada, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi kullanılarak, dört faklı savak yan duvar açısına sahip trapez labirent savakların farklı hidrolik koşullar altında analizleri yapılmıştır. Ayrıca, elde edilen sonuçlar deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Çalışmada incelenen modelin üç farklı savak yan duvar açısı ile 3-B sayısal modeli hazırlanmış uygun sınır şartları altında FLOW-3D yazılımı kullanılarak sayısal analizleri yapılmıştır. HAD analizlerinde türbülanslı akım modeli ve VOF (Volume of Fluid) metodu kullanılmıştır. HAD tekniği yardımıyla labirent savakların farklı akım koşullarındaki su yüzü ve hız profilleri elde edilerek detaylı analizler yapılmış ve elde edilen sonuçlar doğrultusunda savağın hidrodinamik davranışı ortaya konmaya çalışılmıştır. Daha sonra sayısal simülasyonlardan elde edilen debi katsayıları deneysel bazı sonuçlarla karşılaştırılarak sayısal modelin doğrulaması yapılmış ve savaklama performansı belirlenmiştir. Sayısal simülasyon çıktıları incelenerek tasarımları hakkında detaylı sonuçlar elde edilmiştir. Elde edilen deneysel ve sayısal sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Analiz sonuçlarından savak yan duvar açının düşmesiyle (dolayısıyla kret uzunluğunun artmasıyla) savaklama veriminin arttığı görülmüştür.

Labyrinth spillways have higher discharge capacity than conventional spillways due to effective crest length enhancement. Several experimental studies have been conducted in recent years to investigate the hydraulic performances of labyrinth weirs. By using advanced numerical methods together with experimental studies, researchers can gain more knowledge about the behavior of such systems and obtain better designs. In this study, trapezoidal labyrinth weirs with four different side wall angles were analyzed under different hydraulic conditions by using the Computational Fluid Dynamics (CFD) method. In addition, the results obtained were compared with experimental data. Numerical simulation outputs have been examined and detailed results have been obtained about their designs.