Şütlerdeki Enerji Kırıcı Blokların Akımın Hidrolik Karakteristikleri Üzerine Etkisinin Sayısal Analizi

Abstract

Hidrolik mühendisliğinde belirli bir yükseklikten düşürülen veya bir boşaltım kanalı ile düşürülen suların enerjilerinin sönümlenmesi önemli bir yer tutmaktadır. Enerjinin sönümlenmesi hidrolik yapının emniyeti açısından hayati önem taşımaktadır. Şütlerdeki enerjinin sönümlenmesi için; basamaklı dolusavaklar, enerji kırıcı bloklara sahip boşaltım kanalları, şüt kanalı uç kısmına yerleştirilen sıçratma uçlu yapılar veya enerji kırıcı havuza sahip boşaltım kanalları gibi farklı hidrolik yapılar yaygın olarak kullanılmaktadır. Enerji kırıcı bloklara sahip boşaltım kanalları, kırsal ve meskûn bölgede yağmur sularının deşarjında, sulama projelerinde, yükleme havuzunda fazla suların kuru derelere verilmesinde sık kullanılan bir yapıdır. Bu yapıların kullanım amacı, mansapta oluşacak oyulmayı engellemek ve yapının emniyetini sağlamaktır. Bu çalışmada, aynı hidrolik koşullarda, hem klasik boşaltım kanalları ve hem de enerji kırıcı bloklara sahip boşaltım kanalları için sayısal analizler yürütülmüştür. Literatürde enerji kırıcı bloklara sahip boşaltım kanalları ile ilgili deneysel çalışmaların USBR tarafından yapıldığı görülmektedir. Bu konu ile ilgili, bu çalışma kapsamında, sayısal analiz yapılarak literatüre katkı konulması beklenmektedir. Bu amaçla, memba ve mansap noktalarındaki akım hızları, su derinlikleri ve enerji yükseklikleri, sayısal simülasyonlardan elde edilmiştir. Sayısal simülasyonlar RNG (Renormalized Group) türbülans model ile üç boyutlu olarak Flow3D yazılımı kullanılarak yürütülmüştür. Çözümler, yaklaşık olarak 5 saniye sonunda yakınsamasına rağmen tam kararlı akım hali elde etmek için 20 saniye boyunca devam ettirilmiştir. Sayısal sonuçların meş hassasiyetini azaltmak için yaklaşık 1,250,000 yapısal hücre kullanılarak meşleme yapılmıştır. Elde edilen sayısal sonuçlara göre, dolusavak şüt kanalları üzerine yerleştirilen enerji kırıcıların, akımın enerjisini yaklaşık olarak %70 oranında sönümlediği görülmüştür.