Farklı batıklık oranlarına sahip batık hidrolik sıçramanın sayısal modellemesi

Abstract

Hidrolik sıçrama, akımın sahip olduğu enerjinin büyük miktarının sönümlendiği ve aşırı türbülansın oluştuğu oldukça karmaşık akım problemidir. Bu çalışmada, farklı akım durumlarında kayar kapak mansabında oluşan batmış hidrolik sıçramanın sayısal modellemesi yapılmıştır. ANSYS- Fluent programı kullanılarak akımı idare eden temel denklemlerin sayısal olarak çözümünde, türbülans viskozitesinin hesap edilmesinde Reynolds Ortalamalı Navier Stokes (RANS) tabanlı Reynolds Gerilme Modeli (Reynolds Strees Model-RSM) ve su- hava arakesitinin belirlenmesinde ise Akışkan Hacimleri Yöntemi (Volume of Fluids) kullanılmıştır. Q6 durumunun sayısal modellemesinden elde edilen hız profilleri, deneysel hız profilleriyle karşılaştırılmıştır. Farklı batıklık oranlarına sahip batmış hidrolik sıçramanın sayısal modellemesi sonucunda, meydana gelen hidrolik sıçrama ve geri dönüş bölgesi uzunlukları ve hız alanında meydana gelen değişimler değerlendirilmiştir. Bunun yanında, hidrolik sıçramada meydana gelen sınır tabakası kalınlığı farklı akım durumlarında incelenmiştir. Çalışma sonucunda, sayısal modelleme tekniklerinin, farklı batıklık oranlarında oluşan hidrolik sıçramanın sayısal modellemesinde oldukça başarılı olduğu ve deneysel çalışmalara kıyasla akımla ilgili detaylı bilgi sunma avantajından dolayı su yapılarının tasarımında tercih edilebileceği belirlenmiştir.

Hydraulic jump is a highly complex flow problem in which a large amount of the energy is absorbed, and turbulence occurs in the flow. In this study, the numerical modelling of the submerged hydraulic jump occurring in the downstream sluice gate in different flow conditions is performed. The basic equations governing the flow are solved with ANSYS-Fluent program. In numerical solution of the basic equations, Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) based Reynolds Stress Model (RSM) is used to calculate turbulent viscosity and Volume of Fluid (VOF) method is used to determine the flow-air intersection. The velocity profiles obtained from the numerical modeling of the Q6 state were compared with the experimental velocity profiles. As a result of the numerical modeling of the submerged hydraulic jump with different submergence ratios, the lengths of the hydraulic jump and roller zone and the changes in the velocity field were evaluated. Besides, boundary layer development occurring in hydraulic jump has been investigated in different flow conditions. As a result of the study, it has been determined that numerical modeling techniques are quite successful in numerical modeling of hydraulic jump occurring at different submergence rates and can be used safely due to the advantage of providing very detailed information about flow compared to experimental studies.