Local scour due to submerged horizontal jets

Abstract

Bu tezde, yatay jetler altnda oluan lokal erozyon ile ilgili üç önemli çalma yaplmtr. Bunlar : (i) yatay jetler altnda ouan lokal erozyon hakknda geni bir literatür aratrmas, (ii) yatay jetler altnda oluan lokal erozyonun ortalama ve türbülans karaktersitikleri üzerine aratrma ve (iii) batk yatay jetin k-£ türbülans modellemesi. Bu tezde deneysel çalma yaplmamtr. Literatürdeki geni kapsaml deneysel ve nümerik çalmalar incelenmi ve `dondurulmu- erozyona uram tabanlar` üzerine çalmaya karar verilmitir. Bu, kapak alt aral, kuyruksuyu derinlii, ak yukar batk jet Froude says ve ak miktar gibi çeitli ak durumlar için tek bir erozyon profilini alp ortalama karakteristiklerinin ölçülebilmesini salamtr. Ak boyunca ortalama ve türbülans karakteristiklerinin tahmin edilebilmesi için batk yatay jetin, snr-uyumlu koordinat sistemi kullanarak, türbülans modellemesi gelitirilmitir. Türbülans niceliklerinin iki boyutlu süreklilik, momentum ve tama denklemlerinin, snr-uyumlu koordinat sisteminde sonlu hacim metodu kullanlarak, nümerik çözümü yapld. Hesaplamalar için SIMPLE algoritmas adapte edildi. Dikdörtgen eklinde olmayan batk yatay jet ve erozyon nüfuz alan, dikdörtgen hesaplama nüfuz alanna dönütürülmütür. Dönüüm denklemleri daha sonra,balangçta düz bir serbest yüzey varsaym ile çözümlendi. Her iterasyondan sonra yeni yüzey profili tekrar dönütürüldü ve a tekrar meydana getirildi. Mevcut çalmann nümerik sonuçlar sunuldu ve bakalarnn deneysel ve nümerik sonuçlaryla karlatrld. Türbülans iddeti, Reynolds gerilmesi ve taban kayma gerilmesi dalmnn, özellikle, maksimum erozyon derinlii bölgesinde en yüksek deerlere sahip olduunun farkna varlmtr. Ayrca, maximum erozyon derinlii bölgesinde ters yönde aka da rastlanmtr. Yine bu bölgede, hidrostatik basnçtan en yüksek derecede sapmalar gözlenmitir. Esas olarak, dier çalmalarn deneysel ve nümerik sonuçlar ile mevcut çalmann nümerik sonuçlar arasnda sk bir uyum elde edilmitir. Anahtar Kelimeler: Lokal erozyon, batk yatay jet, k-s türbülans modelleme, sonlu hacim metodu, snr uyumlu koordinat sistemi.

In this thesis, three major studies were done on local scour due to horizontal jets. They are : (i) a detailed literature survey on local scour due to horizontal jets, (ii) investigation on mean and turbulent characteristics of local scour due to horizontal jet and (iii) k-s turbulence modelling of submerged horizontal jet. In this thesis, no experimental studies were performed. A wide range of numerical and experimental studies in the literature have been inspected and it was decided to deal with the studies on `frozen scoured beds`. This makes it possible to take one scour profile and find the mean characteristics in it for various conditions of flow such as sluice opening, tailwater depth, upstream submerged jet Froude number, and the quantity of flow. k-s turbulence modelling of submerged horizontal jet using boundary fitted coordinates is developed to predict the mean and turbulent characteristics within the flow. Two dimensional continuity, momentum and transport equations for turbulence quantities are solved numerically by the finite volume method in boundary fitted coordinates. The SIMPLE algorithm is adapted for the computation. The non- rectangular domain of submerged horizontal jet with scoured bed is transformed to mrectangular computational plane. The transformed equations are then solved initially with a guess that the free surface is flat. After each iteration, the new surface profile is then transformed and mesh is generated again. The numerical results of this study were presented and compared with the experimental and numerical results of other researchers. It was especially noticed that the distributions of turbulent intensities, Reynolds stresses and bed shear stresses have had peak values in maximum scour depth region. Also reverse flow was observed in maximum scour depth region. The highest deviation of pressure from hydrostatic was also observed in this region. Basicly, strict agreements were obtained between both the experimental and numerical studies of other researchers and the numerical results of this present study. Keywords: Local scour, submerged horizontal jet, k-s turbulence modelling, finite volume method, boundary-fitted coordinate system.