Serbest Düşülü Savakların Mansabında Oluşan Yerel Oyulmanın Deneysel ve Sayısal Araştırılması

Abstract

Serbest düşülü savakların mansabındaki yerel oyulmalar, hidrolik yapıların yıkılmasına veya hasar görmesine ve böylece kendisinden beklenen işlevi yerine getirememesine neden olmaktadır. Her savak türünün akım karakteristikleri birbirinden farklıdır. Aynı akım şartlarında serbest düşen jetin mansap kanalında oluşturduğu jet genişliği, jet kalınlığı, jet çarpma hızı ve açısı, penetrasyon derinliği, akım içerisine soktuğu hava kabarcıkları konsantrasyonu, havalandırma performansları ve jet yörüngeleri değişmektedir. Böylece, savakların mansap kanalında oluşturacakları oyulma çukurları da farklı olmaktatır. Onaylanan Bütçe: Bu çalışmada; (1) Dikdörtgen, üçgen ve trapez büzülmeli (contracted) savakların, (2) Trapez labirent büzülmeli ve büzülmesiz (suppressed) savakların ve (3) Büzülmesiz eşikli ve eşiksiz savakların mansabındaki yerel oyulmalar, hem deneysel ve hem de sayısal olarak araştırılmıştır. Bu çalışma, iki ayrı deney düzeneğinde yürütülmüştür. Birinci deney düzeneği, ikinci deney düzeneğinin prototipi olacak şekilde tasarlanmıştır. Serbest düşülü dikdörtgen, üçgen ve trapez şekilli büzülmeli savak türlerinin mansap kanalında oluşturduğu oyulma derinliklerinin araştırılması ile ilgili ve özellikle labirent savaklar konusunda literatürde bir eksiklik vardır. Jet genişliği, jet yörüngesi ve penetrasyon derinliğinin oyulma derinliğine olan etkisinin doğrudan incelenmesi açısından da literatürde bir eksiklik söz konusudur. Labirent savaklar, bu çalışmanın önemli bir ayağını oluşturmaktadır. Maksimum oyulma derinliği; değişik savak türleri, değişik savak şekilleri ve boyutları, değişik düşü yükseklikleri, değişik kuyruksuyu derinlikleri, değişik medyan dane çapları, değişik eşik yükseklikleri, değişik birim debi gibi etkili parametreler dikkate alınarak problem detaylı bir şekilde incelenmiştir. Her bir savak türü için doğrusal olmayan eşitlikler elde edilmiştir. Elde edilen eşitliklerin prototipte güvenle kullanılabilmesi için model ile prototip arasındaki ilişki belirlenmiştir. Sayısal çalışma Flow-3D yazılımı kullanılarak gerçekleştirilecektir. Serbest yüzeyli akımı modelleyebilmek için VOF (Volume of Fluid) metodu kullanılmıştır. Momentum denklemleri olarak Reynolds ortalamalı Navier-Stokes denklemleri ve k-? türbülans modeli kullanılmıştır. Deney sonuçları literatür ve sayısal sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Değişik savak türlerinin mansabında oluşan oyulma çukurunun geometrisi, aynı akım koşullarında, birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Olayın hidrodinamik özelliklerinin yeterince belirlenmesine de çalışılmıştır. Çalışma sonuçlarının uygulamadaki mühendislere ve literatüre önemli katkı sağlaması beklenmektedir.