Barajların deşarj yapılarındaki akış karakteristikleri ve enerji kırıcı yapıların etkinliğinin sayısal analizi

Abstract

Baraj mühendisliğinin araştırma konularından olan barajların deşarj yapılarının hidrolik karakteristikleri ve ortaya çıkan enerjinin güvenli ve ekonomik olarak dağıtımının sağlanması hususu dikkate alındığında etkin bir proje tasarımı için yapılacak fiziksel modelleme, prototip deneyler ve sayısal modelleme sonuçlarının birlikte değerlendirilmesi gerekmektedir. Deşarj yapılarının performansını değerlendirmek için kullanılan fiziksel model yöntemi geçmişte ve günümüzde başarılı olmasına rağmen HAD (Hesaplamalı Akışkan Dinamiği) yönteminin de fiziksel modellemeye göre çeşitli avantajlar sunduğu bilindiğinden günümüzde yapılacak hidrolik alanındaki mühendislik tasarımları artık deneysel çalışmalar ile birlikte HAD yazılımının kullanılmasını gerektirmektedir. Bu tür programların birçok hidrolik yapıların projelendirilmesinde kullanılması, planlanmada daha az hata oluşmasını, daha kısa zamanda ve daha ekonomik olarak yapılmasını sağlayacaktır. Bu çalışmada fiziksel model çalışmalarıyla belirlenen Ilısu Barajı dolusavak yapısındaki hidrolik karakteristikler ve enerji kırıcı yapıların etkinliği Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmanın sayısal modellemesinde özellikle açık kanal akımı, sediment taşınımı, oyulma gibi problemlerin çözümünde başarılı bir yazılım olan Flow3D kullanılmış olup sayısal hesaplamalardan elde edilen su yüzü, basınç değerleri ve hız profileri, 1/100 ve 1/30 model ölçekleriyle yapılan fiziksel model deney ölçümleriyle karşılaştırılarak ilgili sayısal analiz yönteminin performansı değerlendirilmiştir.

Physical modeling, prototype experiments and numerical modeling results should be evaluated together for effective design, considering the hydraulic properties of the discharge structures of dams, which are research subjects of dam engineering, and the safe and economical distribution of the resulting energy. Although the physical model method used to evaluate the performance of discharge structures has been successful in the past and today, it is known that the CFD method offers various advantages over physical modeling. Engineering designs in the field of hydraulics to be made today require the use of CFD (Computational Fluid Dynamics) software together with experimental studies. Because the use of such programs in the design of many hydraulic structures will ensure that there are fewer mistakes in planning, and that it will be done in a shorter time and more economically. In this study, the hydraulic characteristics in the discharge structures determined by the physical model studies and the efficiency of the energy dissipating structures were numerically investigated by the Computational Fluid Dynamics (CFD) method. In the numerical modeling of the study, Flow3D, a successful software, was used to solve problems such as open channel flow, sediment transport, and scour, and the water surface pressure values and velocity profiles obtained from numerical calculations were compared. In this comparison, the performance of the numerical analysis method was evaluated by using the physical model test measurements made with the 1/100 and 1/30 scale models.