Su alma ağzı akımı etkisindeki taban sedimenti tanesinin harekete başlama koşullarının ve ağız membasındaki hız dağılımının incelenmesi
Investigation of incipient motion of a bed-sediment particle and upstream velocity distribution under the effect of an intake flow
- Tez No: 988336
- Danışmanlar: PROF. DR. KEREM TAŞTAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, dikdörtgen bir kanaldaki ölüson duvarından yatay olarak su alan bir su alma ağzı akımı etkisi altında, kanal tabanında bulunan küresel bir sediment tanesinin harekete başlama koşulları deneysel ve teorik yöntemlerle araştırılmıştır. Su alma ağzının ölüson duvarına ve kanal tabanına olan mesafeleri ile densimetrik Froude sayısının tane hareketinin başlangıcına etkileri ortaya konulmuştur. Tanenin akıma dik net izdüşüm alanının yüzdesi olan yerleşim katsayısının, tanenin harekete başlamasında belirleyici bir etkiye sahip olduğu; benzer yüzey alan katsayılarına sahip tanelerin, farklı çaplarda olsalar dahi benzer davranış sergilediği belirlenmiştir. Su alma ağzının tabandan uzaklaştırılmasının, özellikle ağza yakın bölgelerde tane hareketi için gerekli debiyi önemli ölçüde artırdığı, ancak bu etkinin ağızdan uzak konumlarda giderek azaldığı görülmüştür. Benzer şekilde, ağız ile ölüson duvarı arasındaki mesafenin artmasının da gerekli debiyi arttırdığı; ancak bu etkinin, söz konusu mesafenin yaklaşık olarak bir ağız iç çapı mertebesini aşmasının ardından belirgin biçimde azaldığı tespit edilmiştir. Tane hareketinin teorik incelemesinde, taneye etki eden sürükleme, kaldırma ve ağırlık kuvvetleri ile bu kuvvetleri belirleyen parametreler ve akımın türbülanslık derecesi değerlendirilmiştir. Su alma ağzının kanal tabanına olan mesafesi arttıkça veya tanenin ağza göre daha uzak konumlarda yer alması durumunda, türbülansın tane hareketi üzerindeki etkisinin azaldığı görülmüştür. Tane hareketinde hız gradyanına, Magnus etkisine ve su alma ağzının düşey hız bileşenine bağlı üç kaldırma kuvveti bileşeni değerlendirilmiş; bunlar arasında dönme kaynaklı Magnus kuvvetinin en baskın etkiye sahip olduğu ve hareket başlangıcında belirleyici rol oynadığı belirlenmiştir. Ayrıca, su alma ağzı membasındaki hız dağılımları ve bu dağılımlar üzerindeki sınır etkileri hem deneysel hem de sayısal yöntemlerle incelenmiştir. Ağzın tabana olan düşey mesafesindeki değişim, merkez çizgisindeki hızı yaklaşık %38; ölü son duvarına olan yatay mesafesindeki değişim ise yaklaşık %23 oranında etkilemiştir. Boyuna ve yatay hız bileşenleri genel olarak simetrik bir dağılım sergilerken, ağızdan uzaklaştıkça sınır etkileri zayıflamış ve farklı deney düzeneklerinin hız profilleri birbirine yaklaşmıştır. Sınır etkilerinin en belirgin gözlendiği bileşen düşey hızdır. Hız profilleri için geliştirilen ampirik eşitliklerin, belirtilen kullanım aralıklarında akım sınır şartlarını da kapsayacak biçimde profillerin davranışını güvenilir şekilde yansıttığı ve FLOW-3D HYDRO sayısal sonuçlarının deneysel verilerle yüksek uyum gösterdiği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
In this study, the initiation of motion of a spherical sediment particle resting on the channel bed under the influence of a horizontal intake flow located in a dead-end channel was investigated through experimental and theoretical approaches. The effects of the intake's vertical distance from the bed, its horizontal distance from the dead-end wall, and the densimetric Froude number on the onset of particle motion were examined. The placement coefficient, defined as the percentage of the particle's projected area normal to the flow, was found to have a decisive role in incipient motion, showing that particles with similar coefficients exhibited similar initiation characteristics even when having different diameters. Increasing the intake's vertical distance from the bed considerably raised the discharge required to initiate motion, particularly near the intake, while this influence diminished farther along the channel. Similarly, enlarging the horizontal distance between the intake and the dead-end wall also increased the required discharge, but this effect became negligible once the distance exceeded approximately one intake diameter. In the theoretical analysis, the drag, lift, and submerged weight forces acting on the particle, together with the parameters governing these forces and the influence of turbulence, were evaluated. As the intake was elevated or the particle positioned farther away, the effect of turbulence on motion decreased. Among the lift components examined—those due to velocity gradient, Magnus effect, and vertical velocity—the Magnus force was dominant and played a key role in motion initiation. Furthermore, velocity distributions upstream of the intake and the influence of flow boundaries were analyzed experimentally and numerically. Variations in the intake's vertical position relative to the bed altered the centerline velocity by up to 38%, while changes in horizontal distance from the wall affected it by about 23%. The longitudinal and transverse velocity components are symmetric, and boundary effects diminish with distance from the intake, causing the velocity profiles of different experimental configurations to converge. Although the vertical velocity component exhibited lower magnitudes than the other components, it was the one most strongly influenced by boundary proximity. Empirical equations developed for velocity profiles successfully represented flow behavior, and FLOW-3D HYDRO simulations showed strong agreement with experimental data, confirming the model's accuracy in capturing key flow characteristics and boundary effects.
Benzer Tezler
- Su alma ağzı membasında oluşan oyulma çukuru karakteristiklerinin deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigations of scour hole characteristics upstream of intakes
BERKAY ERAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KEREM TAŞTAN
- Çoklu su alma ağızları için kritik batıklığın süperpozisyon yöntemiyle hesabı
Prediction of critical submergence for multiple intakes by superposition method
KEREM TAŞTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. NEVZAT YILDIRIM
- Çoklu su alma ağızları için kritik batıklık
Critical submergence for dual pipe intakes
MUAMMER MUSTAFA ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVZAT YILDIRIM
- Su alma yapılarında oluşan havalı çevrintinin özellikleri
Characteristics of air-entraining vortex at intake structures
KEREM TAŞTAN
Doktora
Türkçe
2013
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVZAT YILDIRIM
- Çoklu su alma ağızlarına ait kritik batıklığın hesaplamalı akışkanlar dinamiği modeli kullanılarak bulunması
Prediction of critical submergence for multiple pipe intakes bya computational fluid dynamics model
FATİH ÜNSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KEREM TAŞTAN