Hidrolik Sıçrama Etkisiyle Tabanda Oluşan Basınç Çalkantıları

Abstract

Baraj, hidroelektrik tesis gibi günümüzün vazgeçilmez su yapılarında istem dışı oluşan suyun enerjisini kırmak ve güvenli bir şekilde suyu akarsu yatağına vermek için hidrolik sıçramadan yararlanılan enerji kırıcı havuzlar ve düşü yatakları inşa edilmektedir. Hidrolik sıçramanın yeraldığı yapının stabilitesinin sağlanması, sıçramanın etkisi ile tabanda oluşacak hidrodinamik basınç dağılımının bilinmesi ile mümkün olmaktadır. Hidrolik sıçrama sırasında akımda oluşan şiddetli türbülans ve tabanda sınır tabakasından ayrılmalar nedeni ile bu basınç çalkantıları tamamen zamanla değişen rastgele bir karakterdir. Pratikte akımın permanan olduğu kabulu ile yapılan hesaplar sonucunda birçok enerji kırıcı havuz ve düşüm yatağında önemli hasarlar meydana gelmiştir (Ramos 1988). Basınç çalkantılarında görülen negatif değerlerin tabanda oluşturduğu kaldırma kuvveti bu hasarların başlıca sebebidir. Günümüzde hidrolik sıçramanın yarattığı basınç çalkantıları yapının laboratuvar modeli veya prototipi üzerinde elektronik algılayıcı-dönüştürücüler ve bilgisayar desteği ile belirlenmektedir. Bu konuda literatürdeki çalışmalar genel olarak projelendirilmiş yapının model deneylerinden oluşmakta ve elde edilen sonuçlar sadece o yapıya ait sınır ve akım şartlarında geçerli olmaktadır. Bu çalışmada dikdörtgen kesitli bir laboratuvar deney kanalında yaratılan hidrolik sıçramanın tabanda oluşturacağı basınç değişimleri ölçülerek, sıçramanın etkisi ile oluşan basınç dağılımı belirlenmiştir. Ölçülen basınç çalkantılarının istatistik parametreleri ve dağılımları belirlenmiştir. Hidrolik sıçrama yanında hidrolik sıçrama sırasında suyun havalanması da önemli bir konudur. Sunulan bu çalışmada, hidrolik sıçramanın havalandırma kazanımı incelenerek amprik bir ifade sunulmuştur.

Stilling Basins and Spillways are constructed utilizing hydraulic jump to the break the energy of water which is not desired in the important hydraulic structures like dam and hydroelectric plant and to transport the water to the river bed in under control. The stability of the structure, where hydraulic jump occurs, is provided only when the hydraulic pressure distribution on the bed is known These pressure fluctuations are totally of a random varying character in time due to the dense turbulence occurring on the flow while the hydraulic jump and due to the separation on the boundary layer on the bed. As a result of the calculations based on the permanent flow assumption considerable damages have occurred on many stilling basins and spillways (Ramos,1988). The lift force formed due to the negative values observed in pressure fluctuations is the main cause of these damages. Today, pressure fluctuations due to the hydraulic jump are determined via the electronic transducers and the computer support on the laboratory models or prototype of the structures. The studies on the literature about this subject consist of the model experiments of the designed structure and the obtained results are valid for the boundary and flow conditions. In this study, the pressure distributions due to the hydraulic jump determined measuring the pressure variations to be formed on the ground by the hydraulic jump on the laboratory channel having rectangular section. The statistical parameters and distributions of the measured pressure fluctuations will be determined. Beside the pressure variation, another important issue is areation during the hydraulic jump. The present study, areation performance of the hydraulic jump invastigated and results showed that hydraulic increase dissolved oxygen in the flow. Amprical formulae is given for areation also in the study.