Investigation of flow and scour around head of a vertical wall breakwater
Düşey yüzlü dalgakıran müzvarı çevresindeki akım ve oyulmanın araştırılması
- Tez No: 582471
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ CÜNEYT BAYKAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 128
Özet
Bu çalışmada, düşey yüzlü dalgakıranının müzvar kısmındaki dalga kaynaklı hidrodinamik ve morfodinamik süreçler sayısal ve fiziksel modelleme ile incelenmiştir. Yapı etrafındaki akışı araştırmak için açık kaynak hesaplamalı akışkanlar dinamiği kodu kullanılmıştır. Kod, k-omega türbülans kapatmasıyla sıkıştırılamaz Reynolds Ortalamalı Navier Stokes denklemlerini çözmektedir. Yapı etrafındaki akım ve oyulmayı araştırmak için, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Kıyı ve Deniz Mühendisliği Laboratuvarı'nın düzensiz dalga kanalında küçük ölçekli fiziksel model deneyleri yapılmıştır. Deneyler, birinci aşamada sabit bir taban üzerinde yapının etrafındaki akımın, akım görüntüleme teknikleri ve akustik Doppler hız ölçümleri ile araştırıldığı ve ikinci aşamada, aynı hareket altındaki hareketli bir kumlu yatak üzerine monte edilen yapının etrafındaki oyulmanın araştırıldığı iki aşamadan oluşmaktadır. Deneyler çeşitli Keulegan-Carpenter (KC) sayıları ve dalga diklikleri için gerçekleştirilmiştir. Dalgaların sebep olduğu oyulma derinlikleri su altı kameralarla gözlenmiş ve yarı otomatik lazer tarayıcıyla taban değişimi kaydedilmiştir. Düzenli ve düzensiz dalgalar altında gerçekleştirilen oyulma deneylerinin sonuçları incelendiğinde; boyutsuz zaman ölçeğinde, düzenli dalgaların düzensiz dalgalara göre 25 kat daha hızlı denge durumuna ulaştığı gözlemlenmiştir. KC sayısı 5 mertebelerinde iken düzensiz dalgalar altında oluşan oyulma derinlikleri düzenli dalgalar altında oluşan oyulma derinliklerinin 7 katı kadar gerçekleşmiştir. Deneyler kapsamında farklı diklikteki ancak benzer KC sayısına sahip dalgalar incelenmiş ve bu dalgaların oyulma derinliklerinde belirgin bir farklılık gözlemlenmemiştir. Düzensiz dalgalar altında dalgakıranın kafa şeklinin etkisi incelendiğinde, keskin kenarlı kafa yapısına sahip modellerde oyulma derinliklerinin 20%'den 25%'e kadar yuvarlatılmış kafa şekline sahip modellere göre daha fazla olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Öte yandan, sayısal model sonuçları ile fiziksel model sonuçlarının ard-alan girdap boyutları ve akıma dik yöndeki hız dağılımı ölçümleri açısından benzer olduğu gözlemlenmiştir. Hem sayısal hem de fiziksel model sonuçlarında, hız dağılımı ölçüm sonuçları incelendiğinde yapı önünden 10B mesafede hızların bozulmamış hızlara yakınsadığı gözlemlenmiş ve bu mesafeden sonra tıkanma etkisinin ortadan kalktığı anlaşılmıştır. Soliter dalgalar altında denge oyulma derinliklerinin düzenli ve düzensiz dalgaların aksine yapı önünde değil, yapının ardında oluştuğu gözlemlenmiştir. Ayrıca aynı dalga yüksekliğine sahip ancak farklı derinliklerde oluşan soliter dalgalar incelendiğinde su derinliğinin artmasıyla oyulma derinliği artmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study, wave induced hydrodynamic and morphodynamic processes around the head of a vertical wall breakwater are investigated by numerical and physical modeling. An open source computational fluid dynamics code was used to investigate the flow around the head of structure. The code solves incompressible Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations with a k-omega turbulence closure. For investigating flow and scour around the structure, small-scale physical model tests were carried out in the random wave flume of Middle East Technical University, Department of Civil Engineering, Coastal and Ocean Engineering Laboratory. The experiments are composed of two stages where in the first stage the flow around the structure on a fixed bed is investigated by means of flow visualization techniques, and Acoustic Doppler Velocimeter measurements and in the second stage the scour around the structure mounted on a movable sandy bed under the same wave conditions is observed. The experiments are carried out for various Keulegan-Carpenter numbers and wave steepnesses. The wave induced scour depths are observed via underwater camcorders, and bed evolution is analyzed via semi-automatic laser scanner. When the results of scour experiments performed under regular and random waves are examined; in the dimensionless time scale, regular waves reached 25 times faster to the equilibrium state than random waves. When the KC number is around 5.5, the scour depths formed under random waves are 7 times the scour depths formed under regular waves. In the experiments, waves with different steepnesses but similar KC numbers are examined, and no significant difference was observed in the scour depths of these waves. When the shape effect of the breakwater head under random waves is examined, it is concluded that the scour depths in the tests with sharp-edged head structure are higher than the models with round head shape by 20% to 25%. Numerical model results and physical model results are found to be in agreement for the lee-wake vortex dimensions and velocity distribution measurements. In both numerical and physical model results, when the velocity distribution measurements are examined, it is observed that the velocities converge to the undisturbed velocities beyond 10B distance from the tip of the breakwater head and there is no blockage effect after this distance. It is observed that, contrary to regular and random waves, the equilibrium scour depths of solitary waves occur at the leeward of the structure, not in front of the breakwater head. Furthermore, while solitary waves have the same wave height but occur at different depths are examined, scour depth increases with increasing water depth.
Benzer Tezler
- Experimental investigation of the flow around hexagonally arrayed circular cylinder group under steady flow conditions
Altıgen dizilimli silindir grubu etrafındaki akımın kararlı akım koşulları altında deneysel olarak incelenmesi
ÖZGE KARABAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ORAL YAĞCI
- Akarsuları geçen boru hatları etrafındaki yerel oyulmaların incelenmesi
Investigation of local scours around pipelines at river crossings
İLKER YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAYRULLAH AĞAÇCIOĞLU
- Akarsu köprülerinde basınçlı akım koşulunda toplam oyulmanın incelenmesi
Investigation of the total scour at river bridges under pressurized flow condition
ZAYD ONUR BARAKAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜSTEYDE BADUNA KOÇYİĞİT
- Köprü ayağı modeli etrafındaki oyulma ve birikme desenlerinin fotogrametri ve yersel lazer tarama yöntemleri ile incelenmesi
The investigation of scour and deposition pattern around pier model with photogrammetry and terrestrial lasser scanning
MEHMET FURKAN ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZAİDE DURAN
- Kazıklı rıhtım yapıları etrafında dalga etkisi ile oluşan oyulmaların deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of scour around the pile supported quay under the waves
EREM CAN ÇOLAKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEVKET ÇOKGÖR