Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11527/13924
Title: Açık Kanal Akımlarında Kararsızlık Derecesinin Hidrolik Karakteristikler Üzerine Etkisi
Other Titles: The Influence Of Unsteadiness Degree On Hydraulic Characteristics In Open Channel Flow
Authors: Yağcı, Oral
Erdog, Eryılmaz
10042451
İnşaat Mühendisliği
Civil Engineering
Keywords: Kararsızlık Derecesi
Taşkın Değişken Akım
Türbülans
Unsteadiness Degree
Flood Unsteady Flow
Turbulence
Issue Date: 1-Jul-2014
Publisher: Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Abstract: Doğada karşılaşılan akımların büyük bir çoğunluğu karasız özellik sergilerler. Son yıllarda yaşanan iklim değişiklikleri nehir akımlarını büyük ölçüde etkilmiştir. Şiddetli ve ani yağışlar taşkınlara sebebiyet vermekte ve bu sebeple bir taşkının veya değişken bir akımın geçişi sırasında hidrolik özelliklerinin ne derecede değiştiğinin saptanması büyük önem kazanmıştır. Kararsız akımlar belli bir bölgede hidrolik özelliklerin zaman içerisinde değiştiği akım tipleridir. Bu tip akımların hidrolik olarak incelenmesi zor olması sebebiyle genel olarak çoğu hidrolik mühendislik formülü kararlı akım kabulü ile çıkarılmıştır. Her ne kadar bu kabül faydalı ve kullanışlı olsa da değişken akım koşullarını tanımlamak konsusunda yeterli olamazlar. Bu sebeple hidrolik formüllerin kararsız akım koşullarına göre düzeltilmeleri gerekmektedir. Kararsız akımların hidrolik özellikler üzerinde en önemli etkilerinden biri histerik etkilerdir. Histerik etkiler bir hidrolik özelliğin, aynı derinlik ve koşullar altında farklı özelliker göstermesi durumudur. Histerik etkilerin incelenmesi, bu çalışmada önemli amaçlarından biridir. Bir akım ortamında değişken bir akımın geçişi ele alındığında, bu durum seviyenin yükselmesi ve seviyenin alçalması olarak iki evreden oluşmaktadır. Histerik etkiler bu akım koşullarında çok net olarak gözlenir. Değişken akımın geçişi boyunca su seviyesi-debi grafiği çizilecek olduğunda aynı su derinliği için seviyenin yükselmesi evresinde daha yüksek, seviyenin alçama evresinde ise daha düşük debi gözlenir.  Bu çalışmada değişken akımların hidrolik özellikleri nasıl ve ne seviyede etkilediğini araştırmak amaçlanmıştır. Bu sebeple İstanbul Teknik Üniversitesi, Hidrolik Laboratuvarında deneyler yapılmıştır. 26 m uzunluğunda ve 1 m genişliğinde bir kanalda akım deneyleri gerçekleştirilmiştir.  Bu deneyler iki setten oluşup ilk set 20 cm eşik derinliği ile ikinci set ise 14 cm eşik derinliğinde gerçekleştirilmiştir. Kontrol edilebilir vana sayesinde debi regüle edilerek farklı tiplerde hidrograflar oluşturacak akımlar yaratılmıştır.  Deneyler boyunca hız ve su derinliği ölçümleri alınmıştır. Hız ölçümleri ADV cihazları, su derinliği ölçümleri ise akıma temas etmenden ölçüm alabilen akustik sensörler ile 100 Hz freakansla yapılmıştır. İki hız ölçüm cihazı ile hem taban hem de serbest su yüzü için hız değerleri alınmıştır. İki akustik sensör biri hız ölçüm aletlerinden menba tarafında diğeri ise mansap kısmında olacak şekilde yerleştirilmiştir. Bütün ölçüm aletleri birbiri ile senkronize edilmiş ve tüm aletler aynı anda ölçüm almaya başalatılarak deneyler gerçekleştirilmiştir. Alınan veriler bilgisayar ortamında incelenmiştir. ADV hız ölçüm cihazları her ne kadar kullanışlı ve isabetli sonuç veren cihazlar olasalarda bazı sebeplerden aykırı değerler verebilmektdir. Bu sebeple, verilerde bir gerçek dışı gözlem oluşmaması için ilk olarak veriler literatürde sıkça kullanılan bir metod ile aykırı değerlerden arındırılmıştır. Temizlenen veri setleri analiz edilmiştir. Analizler için ilk olarak hız ve su derinliği ölçümlerinin zamansal ortalamaları alınmıştır. Bu sayede hız değerleri ortalama ve çalkantı bileşenleri olarak ikiye ayrılmış ve çalışmanın önemli kısımlarından biri olan türbülans bileşenleri hesaplanabilir hale gelmiştir. Zamansal olarak ortalamaları alınan tabandan serbest su seviyesi kadar olan noktalar her an için tabandan su seviyesine kadar birleşitirilerek anlık hız profilleri elde edilmiştir. Hız profilleri derinlik boyunca integre edilerek anlık debi değerleri bulunmuştur. Bulunan debi su derinliğine bölünerek derinlik boyunca ortalama hız elde edilmiştir. Derinlik boyunca ortalama hızın elde edilmesi akım özelliklerini tanımlayıcı Reynols ve Froude sayıları hesaplanmıştır. Hidrolik parametrelerin bulunması ile tüm hidrolik parametrelerin değişken akımın geçişi boyunca su derinliğine göre nasıl değiştiğini gözlemlenmiştir. Yapılan tüm deneyler için bütün hidrolik değerler histerik etkiler gösterdiği görülmüştür.   Akımın çalkantı bileşini kullanılarak, değişken akımın geçişi süresince türbülans kinetik enerjisi hesaplanmıştır. Bulunan değer taban akışı için elde edilmiş olan türbülans kinetik enerjisine bölünerek  birimsiz hale getirilmiştir. Bu aşamadan sonra su derinliği makisimum su derinliğine bölünerek boyutsuz hale getirilmiş ve bu iki boyutsuz değer bir grafiğe çizilmiştir. Diğer tüm hidrolik parametreler gibi türbülans da değişken akım boyunca histerik karakteristik göstermiştir. Çalışma kapsamında histerik etkilerin ne ölçüde değiştiğini gözlemlemek için histerik etkiler boyutsuz olarak sayısallaştırılmıştır. Bunun için bir döngü şeklinde olan histerik grafiklerin dikey ve yatay olarak genişlikleri çarpılmış ve bu boyutsuz sayıyla göre histerik etki tanımlanmıştır. Bu sayı ne kadar büyük olursa histeri o kadar fazla etkin ve ne kadar küçük olursa histeri o kadar etkisiz olarak değerlendirilmiştir. Geniş diyagrama sahip olan grafikler dolayısıyla daha büyük histeriye sahip olup dar diyagramlar etkisiz histeriye sahip olacaktır. Bu düşünceden yola çıkarak histerik etkilerin sayısallaştırılması kıyaslanmalarını sağlamıştır. Bu sayede her zamansal değişkenlik derecesine karşılık gelen histeriklik değeri bir grafiğe çizilmiştir. Bu grafikler açıkça göstermiştir ki artan kararsızlık dereceleri histerik değerleri net bir şekilde arttırmaktadır.  Çalışmanın bir başka önemli sonucu ise akımların kararlı ya da kararsız olarak tanımlanmasını sağlayacak bir kriterin geliştirilmiş olmasıdır. Histerik etkiler ve kararsızlık derecesinin aynı grafiğe çizilmesinin ardından değerler bir eğilim çizgisi ile birleştirilmiştir. Bu eğilim çizgilerinin grafiğin kararsızlık derecesini kestiği yer histerinin sıfır olduğu yer olması sebebiyle ile bu noktaya kararsızlık etkilerinin belirginleşmeye başladığı yer denmiştir. Bu nokta kararsılık derecesinin 0.01-0.02 arasındaki bölgeye denk gelmektedir.  Çalışma göstermiştirki kararsızlığın etkili olmaya başladığı değerden yüksek kararsızlağa sahip akımlar kararsız akım olarak değerlendirilip formüller ona göre düzeltilmelidir. Bu değerin altına kararsızlığa sahip olan akımlar ise kararlı olarak kabul edilip kararlı akım formülleri geçerli olarak kullanılabilir.
Due to climate change, and intese rainfall events unsteady flow and flood occurs more frequently globally in recent years. The unsteady conditions changes all the formulas created by single value approach and injustifies it.  The unsteady flow conditions and its efects on hydraulic characteristics is investigated in the present study.  The hysterisis effects are very significant features of unsteady flows. The hysterisis of hydraulic characteristics  and the relationship between unsteadiness and hysterisis pattern is observed for different types of flow conditions.  In this experimetal study, different types of hydrographs are generated under controlled laboratory conditions with a globe valve and a control unit. The flow velocities were measured with two ADVs and with two acoustic sensors water depth values were simultaneous recorded troughout the each experiment.  The experimental data is analyzed and the variation of hydraulic characteristics during the passage of an unsteady flow is calculated. The variaton of flow parameters with respect to both time and water depth calculated and represented in the study. For each experiment, all of the hydraulic parameters showed an hysterical pattern. This clearly showed the influence of unsteadiness on hydraulic characterisitcs in unsteady flows. A quantification for hysteresis is made by an dimensionless number which represent the size of the hysterical loop. Based on this quantification the realtionship between hysterisis and unsteadiness degree is observed. The results clearly showed that for increasing values of unsteadiness degree, hysteresis effects also increases. A criterion was derived to decide about whether the flow condition is unsteady or not. Based on this creteria is decided that if the unsteadiness degree is under the interval of 0.01-0.02 the flow can be considered as steady and single value approach can be applicable. But for the flows having a larger unsteadiness degree than this treshold value, the flow definitely should be considered as unsteady and hysterical effects are not neglectable.
Description: Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2014
URI: http://hdl.handle.net/11527/13924
Appears in Collections:İnşaat Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
10042451.pdf3.9 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.