KARAKURT BARAJI DOLUSAVAK YAPISI HİDROLİK KARAKTERİSTİKLERİNİN 3-BOYUTLU SAYISAL ANALİZLERLE BELİRLENMESİ

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "KARAKURT BARAJI DOLUSAVAK YAPISI HİDROLİK KARAKTERİSTİKLERİNİN 3-BOYUTLU SAYISAL ANALİZLERLE BELİRLENMESİ"

Eren Çimen
5 yıl önce
İzleme sayısı:

1 KARAKURT BARAJI DOLUSAVAK YAPISI HİDROLİK KARAKTERİSTİKLERİNİN 3-BOYUTLU SAYISAL ANALİZLERLE BELİRLENMESİ İnşaat Y. Mühendisi Eray USTA, Hidro Dizayn ŞUBAT, 2017

2 KARAKURT BARAJI YERİ : KARS - SARIKAMIŞ ARAS NEHRİ TİPİ : ASFALT ÇEKİRDEKLİ KAYA DALOGU TALVEGTEN YÜKSEKLİĞİ : m KURULU GÜÇ : 99.5 MW Q : m 3 /s DOLUSAVAK TİPİ : KARŞIDAN ALIŞLI, RADYAL KAPAKLI DOLUSAVAK GENİŞLİĞİ : m DEŞARJ KANALI UZUNLUĞU : m ENERJİ KIRICI TİPİ : TİP II ENERJİ KIRICI UZUNLUĞU : m Q PMF : m 3 /s

3 KARAKURT BARAJI

4 KARAKURT BARAJI

5 HESAPLAMALI AKIŞKAN DİNAMİĞİ ANALİZİ AŞAMALARI İŞLEM ÖNCESİ (PRE-PROCESSOR) Çözülecek akış probleminin girdi parametreleri oluşturulur. ÇÖZÜM (SOLVER) Akış denklemleri tüm hesap hücreleri için çözülür. İŞLEM SONRASI (POST-PROCESSOR) Elde edilen büyük miktardaki veriyi analiz edebilmek için görselleştirme işlemi yapılır.

6 FLOW-3D SONLU HACİMLER TEKNİĞİ (VOLUME OF FLUID) RANS DENKLEMLERİ (REYNOLDS AVERAGED NAVIER-STOKES) TÜRBÜLANS MODELLERİ KARTEZYEN KOORDİNAT SİSTEMİ (x, y, z) ORTOGONAL HESAP HÜCRELERİ

7 SAYISAL MODEL GEOMETRİK TANIMLAMA SERBEST AKIŞKAN YÜZEYİ TANIMLAMA

8 GEOMETRİK TANIMLAMA FAVOR KONSEPT (Fractional Area/Volume Obstacle Representation) katının kontrol hacminin her bir yüzeyinde ne kadar alanı kapattığı (Fractional Area) kontrol hacmi içerisinde bulunan bir katının kontrol hacminin ne kadarını kapladığı (Volume Fraction)

9 GEOMETRİK TANIMLAMA FAVOR KONSEPT (Fractional Area/Volume Obstacle Representation) Kontrol hacmi tamamen katı ile doluysa 0 Kontrol hacmi tamamen boşsa 1 Kısmen katı ile dolu kısmen boşsa bu değer hücrede kapladığı hacim yüzdesine bağlı olarak sıfır ile 1 arasında bir değer alır

10 SERBEST YÜZEY TANIMLAMA TruVOF KONSEPT Bu yöntem ile, FAVOR yöntemine benzer biçimde hücrelerin boş, tamamen veya kısmen akışkan ile dolu olduğu belirlenir.

11 SAYISAL MODELİN HAZIRLANMASI 3 Boyutlu katı modelin hazırlanması Hesap hücrelerinin oluşturulması Sınır koşullarının tanımlanması Yüzey ve akışkan özelliklerinin belirlenmesi Türbülans modelinin seçilmesi

12 KARAKURT BARAJI DOLUSAVAK YAPISI GEOMETRİSİ Havalandırma Basamağı

13 HESAP AĞI Flow-3D'de hesap ağı direkt olarak çözüm süresini etkiler. Hesap ağını mümkün olduğunca optimize etmek gerekir. Hesap ağındaki hücre sayısını azaltmak için çözüm için gerekmeyen alt kısım katı ile doldurulmuştur.

14 KARAKURT BARAJI DOLUSAVAK YAPISI GEOMETRİSİ Katı ile doldurulan hücrelerde hesap yapılmadığı için çözüm süresinden tasarruf edilmiş olur.

15 KARAKURT BARAJI DOLUSAVAK YAPISI GEOMETRİSİ Yan Duvarlar

16 HESAP HÜCRELERİ MANSAPTAN BAKIŞ MEMBADAN BAKIŞ Yapı simetrik olduğu için yarısı modellenmiştir.

17 SINIR KOŞULLARI Xmin Xmax Zmin Zmax Ymin Ymax Rezervuar Su Seviyesi Mansap Su Seviyesi Katı Model Atmosfer Basıncı Katı Model Simetri

18 FİZİKSEL ÖZELLİKLER Tek Akışkan (Su, 20⁰C, ρ= 1000 kg/m 3 ) Sıkıştırılamaz Akışkan Yerçekimi İvmesi (z= m/s 2 ) Türbülans Modeli (RNG Model) Yüzey Pürüzlülüğü (Beton, Ɛ = m)

19 UYGUN HESAP AĞI SEÇİMİ FAVOR GEOMETRİ

20 UYGUN HESAP AĞI SEÇİMİ CONFORMED HESAP AĞI

21 UYGUN HESAP AĞI SEÇİMİ İlk önce geometriyi temsil eden kaba bir hesap ağı ile hızlı çözümler alınır. Daha sonra bu hesap ağı iyileştirilerek çözüm almaya devam edilir. Sonuçlar yakınsamaya başlayana kadar hesap ağı iyileştirir. Sonuçlar yakınsadıktan sonra uygun hesap ağı seçilir.

22 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI Su Yükü (m) Sayısal Analiz Hidrolik Denklem Debi (m 3 /s) DEŞARJ KAPASİTESİ

23 DEŞARJ KAPASİTESİ VİDEO

24 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI Kot (m) Kot (m) Dolusavak Eşik Kretine Mesafe (m) Dolusavak Eşik Kretine Mesafe (m) H 0 = 14 m H 0 = 13 m EŞİK ÜZERİNDEKİ BASINÇ ÇİZGİSİ

25 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI Kot (m) Kot (m) Dolusavak Eşik Kretine Mesafe (m) Dolusavak Eşik Kretine Mesafe (m) H 0 = 11 m H 0 = 9.0 m EŞİK ÜZERİNDEKİ BASINÇ ÇİZGİSİ

26 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI Literatürde yapılan incelemeler sonucunda beton dayanımını olumsuz etkileyebilecek negatif basınç değeri için kritik değer -4 m olarak verilmiştir. Eşik üzerinde yapıyı olumsuz etkileyebilecek negatif basınç değerine rastlanılmamıştır.

27 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI Kot (m) Eksen Kenar Dolusavak Eşik Kretine Mesafe (m) DEŞARJ KANALI BOYUNCA BASINÇ DURUMU

28 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI Deşarj Kanalı sonuna doğru ortalama hız 40 m/s geçmektedir. DEŞARJ KANALI BOYUNCA ORTALAMA HIZ DURUMU

29 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI Kot (m) Dolusavak Eşik Kretine Mesafe (m) DEŞARJ KANALI BOYUNCA SERBEST SU YÜZÜ PROFİLİ

30 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI Hidrolik sıçramadan sonra enerji kırıcı havuz sonlarına doğru su yüksekliği, duvar üst kotunu aşmaktadır. Hidrolik sıçrama havuz içerisinde gerçekleşmektedir. Enerji kırıcı havuz tip seçimi uygundur. Deşarj kanalında yüksek hızlar tespit edilmiştir.

31 KAVİTASYON PROBLEMİ Yapılan hidrolik hesaplar neticesinde Karakut Barajı dolusavağında kavitasyon problemi görülmüştür ve bu duruma önlem olarak iki adet havalandırma basamağı tasarlanmıştır. Bu basamakların etkinliğini araştırmak için akıma giren havanın miktarının tahmin edilmesi gerekmektedir. Kavitasyon indeksinin 0.2 nin altına düşmesiyle kavitasyon riskinin başladığı kabul edilmektedir (Falvey, 1990). σ: Kavitasyon İndeksi P T : Toplam Basınç (Pa) P V : Buhar Basınç (Pa) ρ: Akışkan Yoğunluğu (kg/m 3 ) U: Ortalama Akım Hızı (m/s)

32 KAVİTASYON PROBLEMİ σ SAYISAL ANALİZ HİDROLİK DENKLEM Dolusavak Eşik Kretine Mesafe (m) KAVİTASYON RİSKİNİN GÖRÜLDÜĞÜ NOKTALAR

33 SAYISAL ANALİZ Hava Süreklenmesi Modeli (Air Entrainment) (ρ air = kg/m 3 ) Bu model iki fazlı çözüm yapmayı gerektirmeyeceği için çözüm süresine çok fazla bir yük getirmemektedir.

34 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI HAVALANDIRMA BASAMAĞINDAKİ HIZ VEKTÖRLERİ

35 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI AKIMA GİREN HAVA MİKTARI

36 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI Hava Miktarı (%) Dolusavak Eşik Kretine Mesafe (m) AKIMA GİREN HAVA MİKTARI

37 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI GİREN HAVANIN AKIŞKAN YOĞUNLUĞUNU AZALTMASI

38 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI Yoğunluk (kg/m 3 ) Dolusavak Eşik Kretine Mesafe (m) GİREN HAVANIN AKIŞKAN YOĞUNLUĞUNU AZALTMASI

39 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI Akıma %6-8 oranında hava karışması kavitasyon riskini azaltır (Barajlar Kongresi, 2012) Hava Miktarı (%) Dolusavak Eşik Kretine Mesafe (m) KAVİTASYON RİSKİNİN GÖRÜLDÜĞÜ NOKTALARDAKİ HAVALANMA MİKTARI

40 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI Havalandırıcı Performansının arttırılması için yapılan bazı çalışmalar yapılmıştır. Saptırıcı Rampa

41 SAYISAL ANALİZ SONUÇLARI Hava Miktarı (%) 15 OGEE-003 OGEE-003_M Dolusavak Eşik Kretine Mesafe (m)

42 AKIMA GİREN HAVA MİKTARI (VİDEO)

43 AKIMA GİREN HAVA MİKTARI (VİDEO)

44 YARALANILAN KAYNAKLAR [1] Şentürk, F. Barajların Projelendirilmesinde Hidrolik Esaslar (Hydraulic Criteria for Designing Dams), DSİ, [2] Şentürk, F. Hydraulics of Dams and Reservoirs, Water Resources Publications, [3] Falvey, H. Cavitation in chutes and spillways, USBR, Monograph No:42, [4] Vennard ve Street. Elementary fluid mechanics, New York, USA., [5] USBR Bureau of Reclamation. Design of Small Dams, Washington, USA., [6] Vischer, D.L., Hager W.H. Dam Hydraulics, J. Wiley & Sons Ltd., England., [7] Kökpınar, M.A. ve Göğüş, M. High speed jet flows over spillway aerators, Can. J. Civ. Eng. 29: , [8] Işıldak, M. Karakurt Barajı Hidrolik Hesapları, Hidro Dizayn., [9] Usta, E. Laleli Barajı Dolusavağı Hidrolik Karakteristiklerinin Sayısal Olarak Araştırılması ve Deney Modeli ile Karşılaştırılması, ODTÜ., 2014.

45 TEŞEKKÜRLER

Benzer belgeler

Yukarı Kaleköy Barajı ve HES Dolusavak Hidrolik Model Deneyleri

Yukarı Kaleköy Barajı ve HES Dolusavak Hidrolik Model Deneyleri Mustafa Göğüş, A. Burcu-Altan Sakarya, Mete Köken, Ali Ersin Dinçer, Cüneyt Yavuz, Emre Haspolat ODTÜ İnşaat Müh. Böl. Hidromekanik Lab.