Türbülanslı açık kanal akışlarında türbülans dağıtıcı sistemler ve kesit optimizasyonu

Abstract

Açık kanal akışlarıyla ilgili birçok çalışma olmasına rağmen, türbülansın neden olduğu çevrintilerin giderilmesi, azaltılması ya da başka bir alana taşınması amacıyla yapılan çalışmalar çok sayıda değildir. Bu amaçla ilk olarak açık kanal akışları detaylı olarak incelenmiştir. Açık kanal akışları ile ilgili olarak yapılan çalışmaların genellikle hidrolik bilim dalıyla ilgili olduğu bilinmektedir. Açık kanal akışlarıyla türbülans konusu beraber olarak incelendiğinde dahi yeterli görülebilecek çalışmalara ulaşılamamıştır. Açık kanal akışlarının incelenmesinden sonra türbülans modellerinin incelemesi yapılmıştır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği programlarından özellikle Fluent programının kullandığı türbülans modellerinin altyapısı gözden geçirilmiştir. Buradaki amaç yapılacak olan analiz çalışmalarında kullanılabilecek potansiyel türbülans modellerinin belirlenmesi üzerinedir. Türbülans modellerinin incelenmesi sonucunda dört farklı türbülans modeli seçilmiştir. Seçilen türbülans modelleri anahat k-ω modeli, SST k-ω modeli, gerçekleşebilir k-ε modeli ve Reynolds gerilme modelidir. Açık kanal akışlarının ve türbülans modellerinin incelemesine paralel olarak deneysel çalışmalar yürütülmüştür. Deneysel çalışmalarda iki farklı debide dört farklı parça üzerinden sekiz farklı akışın profili gözlemlenmiş, her akıştan üç farklı noktada yükseklik ölçümleri alınmıştır. Deney çalışmalarında kullanılan açık kanal yapılarının kesit tipleri ya da eğrilik oranları birbirlerinden farklıdır. Yapılan deneysel çalışmalardaki açık kanal akışları Fluent programında modellenerek seçilen dört farklı türbülans modeliyle analizleri yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda gözlemlenen akış profili ile ölçülen değerler analiz sonuçlarıyla karşılaştırılarak en yakın sonucu veren SST k-ω türbülans modeli ana model olarak seçilmiştir. Ana model seçilmesindeki amaç yapılacak olan analiz çalışmalarında kullanılmak üzere uygun modelin bulunması üzerinedir. Ana model seçildikten sonra çevrintileri önleyebilecek sistemlerin analizleri yapılmıştır. İlk olarak türbülansın yüksek olduğu kısma katı bir malzeme konularak türbülanstaki değişim gözlenmiştir. İkinci sistem olarak ta türbülansın yapısını değiştirmesi amacıyla türbülansın yüksek olduğu kısımda analizlerde hava kabarcıkları oluşturulmuştur. Bu çalışmaların ardından dairesel, eliptik, dikdörtgen ve karmaşık geometrideki kanal kesitleri belirli eğimlerde ve dönüş açılarında analiz edilerek akış profili gözlemlenmiş, kesitlerle ve akışla ilgili bilgiler edinilmiştir.