Değişken enkesitli açık kanal akımının deneysel ve sayısal modellemesi / Experimental and numerical modeling of open channel flow in various cross-section

Abstract

Bu çalışmada, açık kanal içerisinde daralma ve genişleme kesiti oluşturan trapez başlıklı yapı ile etkileşimde bulunan akım, deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda, hız alanı akustik doppler hız ölçer (Acoustic Doppler Velocimeter-ADV) ve su yüzü profili ise limnimetre kullanılarak ölçülmüştür. Sayısal modellemelerde Standart k- ε (SKE), Renormalization Group k- ε (RNG), Realizeble k- ε (RKE), Standart k-ω (SKW), Kayma gerilmesi taşınımı (Shear Stress Transport-SST), Reynolds gerilme modeli (Reynolds Stress Model-RSM) türbülans modelleri ve Bağımsız Girdap Benzetimi (Detached-Eddy Simulation-DES), Büyük Girdap Benzetimi (Large Eddy Simulation-LES) modelleri kullanılarak, akım hız alanı ve su yüzü profili belirlenmiştir. Kullanılan modellerin performansları, Ortalama Karesel Hata (OKH) ve Ortalama Mutlak Göreceli Hata (OMGH) parametrelerine göre değerlendirilmiştir. Sayısal model sonuçları üzerinde etkisinin olduğu bilinen hesaplama ağının analizinde Ağ Yakınsama İndeksi (Grid Convergence Index-GCI) yöntemi, serbest su yüzünün belirlenmesinde ise Akışkan Hacimleri Yöntemi (Volume of Fluids-VOF) metodu kullanılmıştır. Çalışma sonucunda, akım hız alanı ve serbest su yüzü profilinin belirlenmesinde DES modelinin kullanılan diğer modellere göre daha başarılı sonuç verdiği belirlenmiştir. In this study, the flow that interacts with the trapezoidal head structure, which constitutes the narrowing and expansion section in the open channel, has been investigated experimentally and numerically. In experimental studies, the velocity field and flow profile are measured using acoustic doppler velocimeter (ADV) and limnimeter, respectively. In numerical modeling, Standard k-ε (SKE), Renormatization Group k-ε (RNG), Realizeble k- ε (RKE), Standard k-ω (SKW), Shear Stress Transport (SST), Reynolds Stress Model (RSM) ) turbulence models and Detached-Eddy Simulation (DES), Large Eddy Simulation (LES) models are used. The successful model to estimate the velocity field and flow profiles are evaluated. In the evaluation of the model performance, Mean Square Error (MSE) and Mean Absolute Relative Error (MARE) parameters are used. Grid Convergence Index (GCI) method is used to determine the mesh density and the Volume of Fluids (VOF) method is used to determine the free surface profile. As a result of the study, it is determined that DES model is more successful than used other models in determining velocity field and flow profile.