Time evolution of the horseshoe vortex system forming around a bridge abutment

Scour forming around an isolated bridge abutment with curved end is investigated in this study. Clear water scour experiments are conducted for an abutment in a 25 m long sediment flume at a Reynolds number of 45000. 3D scour patterns forming around the abutments are obtained using an array of acoustic transducers along a grid refined up to 1-2 cm spacing at different stages of the scour. Detached Eddy Simulation (DES) is performed at the same channel Reynolds number for flat bed case (initiation of the scour) and for two deformed bed cases (intermediate stages of scour). Incoming flow in the simulations were fully turbulent containing unsteady velocity fluctuations. Variations in the structure and intensity of the horseshoe vortex system are investigated. At the initial stage of the scour the main and secondary horseshoe vortices undergo aperiodic bimodal oscillations. Those oscillations cause the horseshoe vortices to induce large bed shear stress values beneath them. As the scour hole starts forming secondary necklace vortex, HV2, gets closer to the primary necklace vortex, HV1, and merges with it at a location close to the abutment tip. © 2010 American Society of Civil Engineers

TİROL TİPİ SU ALMA YAPILARINDA İLETİM HATTINA EN AZ KATI MADDE YÖNLENDİRECEK DÜZENLEMELERİN ARAŞTIRILMASI

TÜBİTAK MAG Proje15.10.2017Nehirler tarafından taşınan ve Tirol tipi savakların ızgara aralıklarından geçmeye çalışan katımaddeler sadece ızgara aralıklarını tıkayarak sisteme istenilenden daha az su alınmasınaneden olmayıp, aynı zamanda çökeltim havuzlarını da çok kısa sürede doldurarak sisteminuzunca bir süre devre dışı kalmasına sebep olmaktadırlar.Bu çalışmanın amacı iki başlık altında ifade edilebilir: Birincisi, ana kanal içerisinden geçendebinin ve ızgara çubuk ara mesafelerinin fonksiyonu olarak su alma kapasitesi en yüksekolan Tirol tipi savağın eğimini bulmaktır. Literatürde, ızgara eğiminin Tirol tipi su almayapılarının performansına etkisi üzerine yapılmış bazı çalışmalar bulunmaktadır(Yılmaz,2010; Şahiner, 2012). Adı geçen çalışmalarda denenmemiş ızgara eğimleriniaraştırmak üzere; Orta Doğu Teknik Üniversitesi Hidromekanik Laboratuvarında dahaönceden yapılmış olan bir Tirol tipi su alma yapısı modeli üzerinde 2 farklı ızgara eğiminde 3farklı ızgara tipi üzerinde geniş bir debi aralığında bir dizi deney yapılmıştır. Bu deneylerinneticesinde eğimi 22 ? ? ? ? 25? aralığında bulunan ızgaraların, bu çalışma kapsamında testedilen 2 adet ızgara ve Yılmaz( 2010) ve Şahiner (2012) tarafından test edilenler arasında eniyi performansı verdiği görülmüştür. Aynı zamanda, konu ile ilgili önemli boyutsuzparametrelerin birbirleriyle değişimleride grafikler halinde sunulmuştur. , ki bunlar kullanılarakverilen bir ana kanal debisi ve ızgara tipi için gerekli olan ızgara boyu hesaplanabilir.İkincisi ise, en ideal eğime sahip Tirol tipi savağın ? su ve katı madde toplama kanalı? içindeyeni bir düzenleme yaparak, savağın içine giren katı maddeleri çökeltim havuzunagöndermeden tekrar savaktan nehrin mansap kısmına iletebilmektir. Bu durumda, sistemebüyük ölçekli bir çökeltim havuzunun yapılmasına gereksinim olmayacak ve enerji hattınaiçinde katı madde olmayan, sadece kabul edilebilir boyutlarda askı halinde az miktarda katımadde bulunan suyun türbinlere iletilmesi mümkün olacaktır.Yukarıda 1. Çalışma kapsamında kullanılmış olan Tirol tipi savak modeli üzerinde gereklideğişiklikler yapılarak, bu yeni modelin performansını tespit edebilmek için; önce sadece suile ve daha sonra su ve katı madde ile bir dizi deney yapılmıştır. Test edilen her katı maddegrubu farklı boyutlarda katı madde gruplarından oluşturulmuştur. Su ve katı madde toplamakanalında yapılmış olan 4 farklı değişimin her birisinde, farklı ?e? değerlerine sahip 4 adetızgara tipi test edilmiştir. En ideal çalışma şartlarının elde edildiği duruma ait önemli boyutsuzparametrelerin değerleri tespit edilmiş ve bu şartlarda; toplama kanalı içerisine ızgaradangirerek gelen katı maddenin en az %70? inin sistemin çökeltme havuzuna gelmeden tekrarana kanalın mansap kısmına yönlendirilebileceği belirlenmiştir. Burada belirlenen kriterleregöre projelendirilecek olan Tirol tipi savakların su alma verimleri de oldukça yüksek olacaktır

Coherent structures around isolated spur dikes at various approach flow angles

The turbulent flow structures around an isolated spur dike located at three different approach flow angles are investigated. Detached eddy simulation is used at a channel Reynolds number of 45,000. Experimental velocity measurements were also conducted using acoustic Doppler velocimetry for validating the simulations. It is found that the size and orientation of the horseshoe vortex system change considerably with the approach flow angle. The main necklace vortex is largest in size and most coherent for 90 degrees. Within this orientation it has larger amplitude bimodal oscillations compared to the 60 degrees and 120 degrees cases. A new scour mechanism is defined for the 60 degrees case which is expected to generate more scour upstream of the spur dike. The possible scour area around the spur dike is found to be the maximum in the 90 degrees case which is roughly by 15% larger than that of the 120 degrees case

Hidrolik Kapaklardaki Hidrodinamik Yüklerin Hesplamali Akiskanlar Mekanigi Kullanilarak Belirlenmesi

Hidroelektrik santrallerinin su alma yapisinda mevcut olan hirdolik kapaklara gelen hidrodinamik yüklerin belirlenmesi kapagin dizayni için önem teskil etmektedir. Bu çalismada, kapaklara etkiyen hidrodinamik yükler farkli kapak açikliklarinda ve farkli kapak dudak geometrileri için hesaplamali akiskanlar mekanigi kullanilarak incelenecektir

Cidar Kanunu'nun genelleştirilmesi

In this study the classical law of the wall, which is obtained for the flat plate, is generalized such that it will hold true for the turbulent axisymmetrical flow as well. A turbulent boundary layer on a transversly curved surface has a different structure from that of a flat plate boundary layer. This transverse curvature effect is of importance in computations of the boundary layer near the tail of a body of revolution^ in estimating the surface resistance of ship models, or other three- dimensional elongated bodies. Classical law of the wall expressions do not hold true for these cases. A new logarithmic mixing length* which takes into consideration the effect of transverse curvature on turbulance, is proposed in the law of the wall region. Making use of the Navier-Stokes Equations and the new mixing length model the generalized law of the wall expressions are obtained. Obtained expressions are verified for the various velpcity profile data.Bu çalışmada düz levhalar için elde edilen cidar kanununun eksen simetrili akım için de geçerli olmasını sağlayacak bir genelleştirme yapılmıştır. Türbülanslı akımda eğri yüzeylerde oluşan sınır tabakası; düz levhalarda oluşan sınır tabakasından farklı bir yapıya sahiptir. Eğri yüzeyin oluşturduğu etki, eksen simetrili yüzeylerin uçlarındaki sınır tabakası hesaplarında, gemi modellerinin ve diğer üç boyutlu uzun cisimlerin yüzey dirençlerinin tayininde önemlidir. Bu durumlarda mevcut cidar kanunu denklemleri geçersizdir. Bu çalışmada; cidar kanunu sınırlan içerisinde eğri yüzeylerin türbülans üzerindeki etkilerini göz önüne alan yeni bir logaritmik karışım boyu öngörülmüştür. Bu yeni karışım boyu ve Navier-Stokes denklemlerinin kullanımı ile, genelleştirilmiş cidar kanunu denklemleri elde edilmiştir. Elde edilen denklemler daha sonra çeşitli hız profili verileri ile doğrulanmıştır

A DES Study for the Role of Contraction Ratio on the Coherent Structures Caused by Two Spill Through Abutments

Detached Eddy Simulation (DES) is used to investigate the changes in the horseshoe vortex system and the bed shear stress distribution forming around the base of spill-through bridge abutments located at two sides of the channel for two different contraction ratios. DES is conducted at a channel Reynolds number of 45,000, and the incoming flow was fully turbulent that contains resolved turbulence fluctuations. Simulations are conducted at flat bed conditions representing the initiation of the scour process. The horseshoe vortex system is the main mechanism responsible for the local scour around the abutments and once the contraction ratio is increased some changes in the structure of the horseshoe vortex is observed. Moreover, a pair of coherent vortices, which were not present in the low contraction ratio, form in the middle of the channel oriented in the streamwise direction. These changes result in a large difference in the magnitude and pattern of the shear stress and pressure fluctuation distributions on the bed and hence thought to have a huge impact on the sediment entrainment and scour mechanism at the initial stages of scour

Yatay Plakalı Köprü Yan Ayaklarında Taban Oyulmasının Deneysel Olarak İncelenmesi

Nehirlerde meydana gelen taşkınlar nehir yatağının oyulmasına sebep olarak özellikle nehir üzerindeki köprülerin hasar görmesine yol açmaktadır. Oyulma kimi kez köprü ayaklarının temellerine kadar ulaşarak köprünün yıkılmasına dahi sebep olabilir. Bu yüzden uygulamada köprü ayakları ve yan ayaklarının fazla oyulmaya maruz kalmasını önleyici çeşitli tedbirler alınmaktadır. Kolay uygulanabilir ve ekonomik oluşu sebebiyle özellikle köprü yan ayakları için tercih edilen önlemlerden bir tanesi de yatay plaka uygulanmasıdır. Bu çalışmanın amacı, öncelikle farklı uzunluklardaki (5 farklı uzunluk) dairesel burunlu köprü yan ayakları etrafında oluşacak olan oyulmaları inceleyerek köprü yan ayağı uzunluğunun oyulmaya olan etkisini ortaya koymaktır. Sonrasında ise farklı uzunluklardaki köprü yan ayakları etrafına oyulmayı azaltmak için yerleştirilen yatay plakaların oyulmanın şekli ve büyüklüğüne olan etkisini incelemektir

HİDROMEKANİK LABORATUVARI ÇOK AMAÇLI KURPLU KANAL İNŞASI VE ÖN DENEYLER 1. KISIM

Menderesli nehirlerde kurpların yarattığı ikincil akımlar, özellikle taban malzemesinin zayıf olduğu durumlarda nehir dış kenarı boyunca oyulmaya yol açmaktadır. Kurplu kanallarda oluşan ikincil akımlar ve türbülanslı akım yapıları akım koşullarını oldukça karmaşık hale getirmektedir. Hidromekanik Laboratuvarında kurplu kanallarla ilgili çalışmalar yapılacak bir deney düzeneği bulunmamaktadır. Böyle bir deney düzeneği ile dikdörtgen veya bileşik kesitli kurplu kanallarda oluşacak olan akım koşulları ve oyulma; bu tür kanallarda oyulma önleyici mahmuzlar etrafında oluşacak olan akım; kurplu kanallarda su temini gibi çeşitli konular çalışılabilecektir. Bununla birlikte bu kanalda çeşitli akım koşullarında yapılacak olan ölçümler, laboratuvarımızda yapılmakta olan farklı sayısal model çalışmaları için de çok değerli kalibrasyon verilerinin elde edilmesini sağlayacaktır. Bu projenin amacı, ODTÜ Hidromekanik Laboratuvarında kurpların oluşturduğu ikincil akımlarla ilgili çeşitli araştırmaların yapılmasına imkan sağlayacak olan bir kanalın inşa edileceği bölgenin temizlenmesi ve kanal için gerekecek olan vana ve debimetrenin alınmasıdır. Bu projenin ikinci ayağı da tamamlandığında laboratuvarımız, envanterinde bulunmayan ve ihtiyacı olan çok farklı amaçlar için kullanılabilecek bir kurplu kanala kavuşacaktır

Köprü yan ayaklarının oluşturduğu daralmanın atnalı vorteks sistemi ve oyulmaya etkisinin DES modellemesi ile İncelenmesi

Bu çalışmada, düz bir kanalın karşılıklı iki duvarına yerleştirilen dökme tip köprü yan ayakları etrafında oluşan atnalı vorteks sisteminin ve zemindeki kayma gerilmelerinin değişimi iki farklı daralma oranı için incelenmiştir. Benzetimler, 45000’lik Reynolds sayısında ayrışan döngü benzetimi (DES) kullanılarak yapılmıştır. Kanal girişinde zamanla değişen hız çalkantılarını içeren bir sınır koşulu uygulanmıştır. Benzetimler oyulmanın başlangıcını temsil eden düz zemin koşullarında yapılmıştır. Köprü yan ayakları etrafında oluşan atnalı vorteks sistemi ayak etrafında oluşan oyulmadaki ana mekanizmadır ve ayaklar sebebiyle kanalda oluşan daralma miktarı arttıkça atnalı vorteks sisteminin yapısında önemli değişiklikler meydana gelmektedir. Bunun dışında artan daralma miktarı ile kanal merkezinde akım yönünde uzanan bir çift güçlü vorteks oluşmaktadır. Tüm bu farklılıklar, değişik daralma oranlarında zeminde birbirinden oldukça farklı kayma gerilmesi ve basınç çalkantısı dağılımlarının oluşmasına sebep olmaktadır. Bu yüzden, oyulmanın başlangıç safhasında daralma oranı değiştikçe köprü yan ayakları etrafındaki sediment sürüklenmesi ve oyulma mekanizmasının çok farklılaştığı düşünülmektedir

Coherent structures at different contraction ratios caused by two spill-through abutments

Detached eddy simulation (DES) at a channel Reynolds number of 45,000 is used to investigate the coherent structures forming around spill-through abutments located at opposite sides of a rectangular channel which contract the flow section. Changes in the coherent structures are investigated for two contraction ratios at two different scour stages. It is observed that at the small contraction ratio the coherent structures forming around the abutments are similar to the ones observed for isolated abutments. However, at the larger contraction ratio there are important changes in these structures. At the beginning of the scour process two counter rotating contraction vortices form close to the bed at the centre of the channel, oriented in the streamwise direction. At this initial scour stage, the upstream part of the main horseshoe vortex is incoherent. On the other hand, at a later stage of scour with the development of the scour hole contraction vortices disappear and the main horseshoe vortex regains its original shape