Geri Dön

Yer altı drenaj sistemleri hidrodinamiğinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi

Numerical and experimental investigation of hydrodynamic properties of underground drainage systems

PDF İndir

  1. Tez No: 536060
  2. Yazar: KENAN KAYA
  3. Danışmanlar: PROF. DR. OKTAY ÖZCAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Isı Proses Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 152

Özet

Bu tez çalışmasında öncelikli olarak yeraltı atık su ve yağmur suyu toplama/aktarım sistemlerinde kullanılan boruların iç yüzeyine yarım-daire kesitli pürüzlülük elemanlarının düzenli aralıklarla yerleştirilmesinin türbülanslı üniform açık kanal akışı şartları altında akış direnci üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu amaçla; 7% eğime sahip 0.6, 0.8, 1.2 ve 2.2 m çaplı borularda 0.1 ile 2.5 m3/s arasında değişen debiler için sayısal çözümler yapılarak Manning pürüzlülük katsayısı n' nin pürüzlülük elemanlarının genlik-dalga boyu oranı ile değişimi incelenmiştir. Kullanılan sayısal modelin doğruluğunu kontrol etmek amacıyla 0.8 m çapındaki pürüzsüz ve iki farklı genlik-dalga boyu oranına sahip pürüzlü borularda farklı debi değerleri için 1:1 ölçekli deneyler yapılmış ve sayısal çözümlerin öngördüğü Manning sayısı değerlerinin deneylerden elde edilen sonuçlar ile uyumlu olduğu görülmüştür. Elde edilen sayısal çözüm sonuçları kullanılarak Manning pürüzlülük katsayısı n ile pürüzlülük elemanlarının genlik-dalga boyu oranı arasında yeni bir bağıntı önerilmiştir. Sayısal çözüm sonuçları büyük çaplı borularda pürüzlülük genlik-dalga boyu oranındaki belli bir artışın, Manning sayısında görece küçük çaplı borulardakine göre daha büyük bir artışa neden olduğunu göstermiştir. Sayısal çözümler yardımıyla ayrıca Manning pürüzlülük katsayısı n' nin dairesel kesitli pürüzsüz ve pürüzlü kanalda çap, eğim ile birlikte üniform akış bölgesindeki Reynolds xviii sayısı, Froude sayısı ve doluluk oranı gibi parametreler ile değişimi incelenmiştir. Manning sayısının verilen bir kanal geometrisi için sadece kanal pürüzlülüğüne bağlı geometrik bir parametre olduğu varsayımı yapılarak; ortalama n değerleri çapları 0.1, 0.2, 0.4 ve 0.6 m olan borular için pürüzsüz kanal akışında 0.008, pürüzlü kanal akışında ise 0.012 olarak bulunmuştur. Sonuç olarak pürüzlülüğün artmasıyla Manning sayısında dikkate değer bir artış sağlandığı görülmüştür. Bu da yüksek eğimlerde yeraltı atık su hatlarında akışkanın hızının düşürülerek aşındırıcı etkisinin azaltılması açısından istenen bir sonuçtur. Dairesel kesitli pürüzsüz ve pürüzlü kanallardaki açık kanal akışında geçiş bölgesi uzunluğunun kanal giriş şartları ve bazı geometrik parametrelerle değişimini incelemek amacıyla ayrıca sayısal çözümler yapılmıştır. Burada ele alınan parametreler kanal eğimi ile giriş kesitindeki Reynolds sayısı, Froude sayısı ve derinlik oranıdır. Buna göre, boru akışındakinin tersine, açık kanal akışında geçiş bölgesi uzunluğu ve Reynolds sayısı arasında genel olarak ters orantılı bir değişim görülmüştür. Geçiş bölgesi uzunluğunun ayrıca Froude sayısı, doluluk oranı ve kanal eğimiyle değişimini belirten genel fonksiyonel biçimler tespit edilmiştir. Sayısal çözüm sonuçlarına göre kanal çapı ile boyutsuzlaştırılmış geçiş bölgesi uzunluğu için pürüzsüz kanal akışında üniform akışın büyük oranda garanti altına alındığı değer kabaca 110, pürüzlü kanal akışında ise 60 olarak alınabilir. Son olarak, dairesel kesitli bir düşü bacasında gerçekleşen üç özel akış rejimi hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Baca içerisindeki akışın hesaplanmasında kullanılan sayısal çözüm yönteminin doğruluğunun kontrol edilmesi amacıyla, yatay bir düzleme çarpan jet akımı farklı türbülans modelleri ve duvar fonksiyonları kullanılarak çözülmüş ve bu sayısal çözümlerin sonuçları literatürde daha önce sunulmuş olan deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Baca içerisindeki bağıl enerji kaybı ve havuz derinliğini en iyi tahmin eden türbülans modelinin  − < realizable, duvar fonksiyonunun ise non-equilibrium duvar fonksiyonu olduğu tespit edilmiştir. Bu sayısal model kullanılarak jet akımının doğrudan baca tabanındaki su yastığına, çıkış hattı ağzına ve baca duvarına çarptığı üç farklı çarpma durumu için sayısal çözümler yapılmıştır. Sayısal sonuçlar bağıl enerji kaybı, yerel kayıp katsayısı, havuz derinliği gibi bazı değişkenler cinsinden düşü bacası ile ilgili literatürde sunulmuş olan bir deneysel çalışmanın sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak sayısal çözümlerin öngördüğü bağıl enerji kaybının deneysel sonuçlarla uyumlu olduğu görülmüştür. Ek olarak, baca içerisindeki hız ve basınç alanına ilişkin sonuçlar seçilen bazı düzlemler üzerinde akım geometrisine ilişkin kritik noktalar ile birlikte sunulmuştur.

Özet (Çeviri)

In this thesis, first, effect of inserting uniformly distributed semi-circular ribs on friction factor is investigated for different height-to-pitch ratios inside circular pipes to be used in underground drainage systems for turbulent uniform open channel flow conditions. For this purpose; variation of Manning's roughness coefficient n with amplitude-towave length ratio of ribs is determined by means of numerical simulations conducted for circular pipes having diameters of 0.6, 0.8, 1.2 and 2.2 m and a slope of 7% with discharges varying between 0.1 and 2.5 m3/s. To be able to assess accuracy of the numerical model employed, full-scale experiments are conducted for smooth and ribroughened pipes of 0.8 m diameter, where two distinct inner roughness profiles and various flow rates are employed; and it is seen that the values of Manning's roughness coefficient predicted by the numerical solutions are in accordance with the ones obtained from experiments. Considering the numerical results, a new correlation between Manning's n and amplitude-to-wave length ratio of rib-roughness is proposed. Results of the numerical solutions have shown that an increase in amplitude-to-wave length ratio leads to a larger increase in Manning's roughness coefficient in pipes of large diameter than it does in pipes of respectively smaller diameter. Moreover; variation of Manning's roughness coefficient n with Reynolds number, Froude number and filling ratio specified in uniform flow region, as well as with pipe xx diameter and slope is investigated by means of numerical solutions for smooth and ribroughened channel with circular cross-section. Assuming that Manning's roughness coefficient is a pure geometrical parameter dependent solely on channel roughness; average value of n is found to be 0.008 for smooth pipes and 0.012 for rib-roughened pipes with diameters of 0.1, 0.2, 0.4 and 0.6 m. Consequently, it is found that Manning roughness coefficient can be increased significantly, which is a favorable outcome with regard to reducing abrasive effect of water by lowering its velocity to more plausible values for steep slopes in an underground pipe network. Further numerical calculations for open channel flow in smooth and rough channels of circular cross-section were conducted to investigate variation of the length of the transitory zone with inlet conditions and some geometrical parameters. The parameters considered here are Reynolds number, Froude number and filling ratio specified at the channel inlet section; as well as channel diameter and slope. Accordingly, unlike the case in pipe flow, there is an inversely proportional relation between the length of the transitory zone and Reynolds number. Functional forms describing the variation of the length of the transitory zone with Froude number, filling ratio and channel slope are also established. According to the results; safe values for the length of the transitory zone, which is non-dimensionalized by the pipe diameter, can be taken as 110 for smooth channel, and 60 for rib-roughened channel. Finally, three regimes of flow inside a drop manhole with circular cross-section are investigated by means of computational methods. To check the accuracy of the numerical method used to calculate the flow inside a drop manhole, jet flow impinging onto a horizontal plane is calculated by employing different turbulence models and wall functions and results of these numerical solutions are compared with those of the experimental studies presented previously in the literature. It is concluded that the turbulence model and wall function predicting the relative energy loss and pool depth the best is  − < realizable and non-equilibrium wall function, respectively. By adopting this numerical method, numerical solutions are conducted to calculate three particular cases; i.e. direct impact of the jet stream to the water cushion formed at the manhole base, to the invert of the outlet pipe and to the manhole shaft. Numerical results are compared with those presented in a previous experimental study concerning drop manholes; in terms of relative energy loss, local loss coefficient and pool depth. As a result, it is observed that values of relative energy loss estimated by numerical solutions are in accordance with those obtained from the experimental study. In addition, results related to the velocity and pressure field, as well as ciritical points related to flow geometry inside drop manhole are presented on some preferred planes.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    128943

    Drenaj yetersizliğinin yol üst yapısına ve trafik güvenliğine etkilerinin araştırılması

    An investigation on the effects of drainage insufficiency to the road pavement and traffic safety

    NİYAZİ UĞUR TERZİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    İnşaat MühendisliğiNiğde Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. NECATİ GÜLBAHAR

  2. Tez No

    201999

    Harran Ovası'nda yüzey altı drenaj sistemlerinde toprağın bazı özelliklerinden yararlanılarak zarf malzemesi gereksiniminin belirlenmesi

    Determination of envelope material requirements of the subsurface drainage system for Harran Plain using certain properties

    MEHMET NUR BAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2007

    ZiraatHarran Üniversitesi

    Tarımsal Yapılar ve Sulama Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İDRİS BAHÇECİ

  3. Tez No

    243793

    Çatı oluklarında oluşan değişik akımların deneysel ve teorik araştırılması

    Experimental and theoretical study of various flows along roof flumes

    FERİT SERKAN AKDOĞAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    İnşaat MühendisliğiDokuz Eylül Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. MEHMET ŞÜKRÜ GÜNEY

  4. Tez No

    310543

    Konvansiyonel yağmur suyu yönetim sistemleri ile sürdürülebilir yağmur suyu yönetim sistemlerinin karşılaştırılması: İTÜ Ayazağa yerleşkeşi örneği

    The comparision of conventional rainwater management systems and sustainable rainwater management systems: ITU Ayazağa campus example

    DİREN DEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. OSMAN ATİLLA ARIKAN

  5. Tez No

    153492

    Neotectonics and seismicity of the Ankara Region: A case study in the Uruş area

    Ankara'nın neotekniği ve depremselliği ve Uruş civarını kapsayan çalışma

    TÜLİN KAPLAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2004

    Jeoloji MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. ALİ KOÇYİĞİT

Geri Dön