Modeling of river flow and flow dynamics near junctions
Nehir akımının ve nehir birleşimlerindeki akış dinamiklerinin modellenmesi
- Tez No: 803620
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ ERCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 152
Özet
Akarsu ağlarındaki birleşme noktaları, hidrolojik, jeomorfolojik ve ekolojik özellikleriyle akışın mansap kısımları üzerinde önemli etkilere sahip kritik bileşenlerdir. Bu bölgelerdeki akış davranışı titiz bir dikkatle incelenmelidir, çünkü bu bileşenler, akış dinamiğinde, sedimantasyon taşınmasında/birikiminde ve yatak morfolojisinde önemli değişikliklerle ilişkilidir. Bu çalışmanın temel amacı, büyük ölçekli model davranışını anlamak için 1 boyutlu HEC-RAS hidrolik modelini kullanarak nehir birleşmelerini araştırmak ve daha sonra 3 boyutlu CFD modeli olan Flow-3D'yi kullanarak birleşme bölgesindeki akış dinamiklerini kapsamlı bir şekilde anlamaktır. HEC-RAS modeli kullanılarak, Ohio-Mississippi birleşmesinde hassasiyet analizi yapılmış, model parametreleri pertürbe edilerek varsayımsal durumlar oluşturulmuş ve incelenmiştir. Ardından, gözlem verileri kullanılarak yaklaşık 9 km'lik bir nehir bölümünde bir durum çalışması modellemiştir. Burada, HEC-RAS modelinin gerçek bir durum senaryosunu basit bilgilerle simüle etme yeteneği incelenmiştir.3 boyutlu CFD analizinde Flow-3D kullanılmıştır. Ağ bağımsızlık analizi yapıldıktan sonra standart k-ε, k-ω ve RNG k-ε türbülans modellerinin performansı, 90° birleşim açılı kanal geometrisi ile incelenmiştir. En uygun türbülans modeli ve ağ boyutu belirlendikten sonra, 90°, 60° ve 30° olmak üzere farklı birleşim açılarından kaynaklanan akış davranışı, kararlı akış durumunda incelenmiştir. Daha sonra, akış oranının akış dinamikleri üzerindeki etkileri, birleşme açısı 90° olan durumda araştırılmıştır. Plan görünümlü akış analizlerinde türbülanslı kinetik enerji, yüzey hızı, derinlik ortalamalı hız ve Froude Sayısı; kesit akış analizlerinde hız büyüklüğü, ikincil hız ve türbülanslı kinetik enerji; noktasal konum analizlerinde hız, Froude Sayısı, akış derinliği, toplam hidrolik yük, ve türbülans kinetik enerjisi gibi değişkenlere önem verilmiştir. Dört farklı akış oranının, 0.429, 0.500, 0.600, ve 0.667, birleşim bölgesie yakın akış dinamikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir Literatürle tutarlı olarak, birleşme açısı azaldıkça devridaim bölgesinin genişliğinin ve uzunluğunun azaldığı saptanmıştır. Ayrıca, birleşme açısı 30°'den 90°'ye çıktığında ikincil hızların da büyüklükleri artmaktadır. Ayrıca, akış oranının sadece devridaim bölgesinin özelliklerini etkilemekle kalmayıp aynı zamanda birleşim noktasından sonraki akış dinamiklerini de etkilediği gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In river networks, confluences are critical components where their hydrological, geomorphological, and ecological properties substantially impact the downstream characteristics of a river. Particular attention should be paid to the flow behavior in these regions since they are correlated with substantial alterations in flow dynamics, sediment transport/deposition, and riverbed morphology. The primary purpose of this study is to investigate river confluences by a) using the 1D hydraulic model, HEC-RAS, to understand large-scale model behavior, and b) utilizing the 3D CFD model, Flow-3D, to understand the flow behavior comprehensively near the confluence area. In the HEC-RAS model, a sensitivity analysis was carried out on the Ohio-Mississippi confluence, and hypothetical cases were generated and investigated by perturbing model parameters. A case study was also modeled at a nearly 9 km river reach with observed inputs to compare the model's capability in simulating a real case scenario with simple information. In the 3D CFD analysis, Flow-3D was utilized. After performing a mesh independence analysis, the performance of standard k-ε, k-ω, and RNG k-ε turbulence models was investigated with a 90° confluence channel geometry. After defining the most appropriate turbulence model and mesh size, the flow behavior at different confluence angles, 90°, 60°, and 30°, was investigated in the equilibrium flow state. Then, the effects introduced by flow ratio on flow dynamics were examined when the confluence angle is 90°. Specific attention was given to variables including turbulent kinetic energy, surface velocity, depth-averaged velocity, and Froude Number in plan view flow analyses; velocity magnitude, secondary velocity, and turbulent kinetic energy in cross-sectional flow analyses; velocity, Froude Number, flow depth, total hydraulic head, and turbulent kinetic energy in point location analyses. The effects of four discharge ratios, 0.429, 0.500, 0.600, and 0,667, were investigated. Consistent with the literature, it was found that the length and width of the recirculation zone decrease as the confluence angle decreases. Additionally, the magnitudes of the secondary velocities become more significant as the confluence angle increases from 30° to 90°. Furthermore, it was perceived that the flow ratio affects the features of the recirculation zone and influences the flow dynamics downstream of the confluence.
Benzer Tezler
- Yerçekimi etkili newtonyen olmayan düşen film akışı
Gravity-driven non-newtonian falling film flow
YUSUF YEĞİNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Matematikİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM OZKOL
- Su yapılarında hidrodinamik etkiler ve Şanlıurfa tunelleri çıkış yapıları örneği
Hydrodynamic effectfs on water structures and the examples of outlet structures of Şanlıurfa tunnels
ERSEN KONCA
- Particulate organic matter transport in experimental riverbed sand columns
Deneysel nehir yatağı kum kolonlarında parçacıklı organik madde taşınması
ECENUR BULUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Jeoloji MühendisliğiUniversity of Wisconsin-MadisonDOÇ. DR. MATTHEW GINDER-VOGEL
- Nutrient dynamics in coastal lagoons: Dalyan lagoon case study
Kıyı lagünlerinde nütrient dinamiği: Dalyan lagünü örneği
MELİKE GÜREL