Sifonlu şaft savaklarda akım durumunun etüdü ve başlık şeklinin geliştirilmesi

Abstract

ÖZET Baraj haznelerinde nisbeten küçük bir sahada inşa edi lebilen sifonlu şaft savakların önemli bir avantajı, hazne seviyesinin kret kotundan itibaren bir miktar yükselmesiyle savağın maksimum kapasiteye yaklaşmasıdır. Diğer sifon savak tiplerinde olduğu gibi hazneyi kret kotunun aşağısındaki bir seviyeye kadar da boşaltabilirler. Bu savaklar pratik üstün lüklerine rağmen bir iki özel proje için yapılan model de - neyleri dışında şimdiye kadar incelenmemiştir. Bu araştırmanın konusu, girişten çıkışa kadar sifon te siri altında çalışan bir sifonlu şaft savak tipinin akım du rumunun incelenmesidir. Teorik ve deneysel çalışmalar neticesinde şaft savak - ların batmış akım durumuna göre projelendirilen şaft savak esas alınarak sifonlu şaft savak için yeni bir başlık şekli geliştirilmiştir. Birinci bölümde, sifonlu şaft savakların genel olarak tanıtılması yapılmış, şimdiye kadar konu ile ilgili yapılan çalışmalar özetlenmiş ve araştırmada ele alınacak problem ortaya konmuştur. İkinci bölümde, sifonlu şaft savak tipinin çalışma tarzı belirtilmiş, debi katsayıları ile hız ve basınç dağı lımları formüle edilmiştir. Üçüncü bölümde, Navier-Stokes denklemleri silindirik koordinatlarda eksenel simetrik sifonlu şaft savaklar için elde edilmiş ve akım alanının sınır şartları belirlenmiş - tir. Bu denklemlerden akım ve çevrinti fonksiyonları lami - ner permenant akım için çıkarılmıştır. Potansiyel halde de akım fonksiyonu ve sınır şartları elde edilmiştir. Bütün buVI ifadeler akım alanının karakteristik büyüklüklerine bağlı olarak boyutsuz parametrelerle gösterilmiştir. Dördüncü bölümde, üçüncü bölümde matematik modeli ku rulan probleme sonlu farklar metodu uygulanmış ve nümerik çözümler elde etmek için Fortran dilinde bir program geliş tirilmiştir. Uygulama sonunda potansiyel hal için akım çiz gileri ve laminer durum için akım ve çevrinti eğrileri el - de edilmiştir. Ayrıca akım fonksiyonlarından bulunan hızlar, boyutsuz büyüklükler halinde grafiklerle değerlendirilmiş - tir. Beşinci bölümde model teknikleri ve laboratuvarda ya pılan deneyler açıklanmış ve farklı şekil ve boyuttaki baş lıklarla ilgili deney programları belirlenmiştir. Altıncı bölümde, model deneyleri değerlendirilmiş ve teorik neticelerle mukayesesi yapılmıştır. Ayrıca bazı pro je kriterlerinin tesbitini kolaylaştırmak için çeşitli di - yagramlar çizilmiştir. Sonuç olarak, teorik ve deneysel neticeler birbirinden çok az farklı olduğundan, sifonlu şaft savaklar için yapılan çalışmalarda geliştirilen matematik modelin akım şartlarını iyi bir şekilde temsil ettiği söylenebilir. Sifonlu şaft sa vaklarda ele alınan başlık şekilleri karşılaştırıldığında teorik ve deneysel esaslara dayanarak geliştirilen başlık şekli, projelendirmede optimum çözümü vermektedir. Netice o- 1 arak bu çalışmada geliştirilen teknik bilgiler ve proje kriterleri yardımıyla sifonlu şaft savakların daha iyi bir şekilde projelendirilmesi mümkün olacağı ifade edilebilir.

VII SUMMARY Siphon bellmouth spillways, which can be constructed in a comparatively small space in reservoir sites, have a great advantage of reaching their maximum discharge capacity with a small raise in reservoir surface elevation above the `` free level. Like the other types of siphon spillways, it is also capable, of emptying the reservoir up to a certain ele vation below the free level. Despite these practical advan tages except for a few special model treatment realized for desing purposes, such spillways have not been studied so far. The objective of this investigation iş to study the flow conditions in a type of siphon bellmouth spillway, which works under the siphon effect as a complete unit from the inlet to the outlet. After carrying out theoretical and experimental inves tigations, a new shape of hood have been developed compatible with the bellmouth spillway, which was designed according to., the design criteria for bellmouth spilways under submerged conditions. In the first chapter, a general description of siphon. bellmouth spillways is given, a short review of the works carried out on the topic is presented and the undertaken problem is outlined. In the second chapter, hydraulic performance of the above specified type of siphon bellmouth spillway is described and discharge coefficients, pressure and velocity distribu tions are formulated. In the third chapter, Navier-Stokes equations are developed in cylindrical coordinates for axially symmetrical flow in the siphon bellmouth spillway and the boundary conditions of the flow field are defined. From these equations¥111 stream and stream-vortîcîty functions are derived for laminar steady flow. Stream function in the case of potential flow is also obtained. All these expressions are converted into dimen- sionless form with reference to the flow field parameters. In the fourth chapter, finite difference method is applied to the mathematical model developed in the previous chapter and a computer program is coded in the FORTRAN IV language in order to achieve a numerical solution of the problem. As a result of the application, the flow patterns and vqrticity contours are ohtanied. for cases of potential and laminar steady state. The velocities computed from the stream f notions have also been plotted against the non-dimensional flow field parameters In the fifth chapter, the model equipments and testing techniques are explained, and the experiments conducted with the hoods of different shape and size are described. In the sixth chapter, the experimental results are evalu ated and compared with the theoretical results and various diagrams drawn in order to facilitate the extraction of some desing criteria. It is concluded that, there is a fair agreement between the theoretical and experimental results, and hence the mat hematical model developed is rather sufficient in representing the flow conditions in the siphon bellmouth spillway studied. Comparison of the hood shape, which is developed on the basis of the theoretical and experimental studies, with' the other shapes shows that the former offers the optimal solution to the problem of designing a siphon bellmouth spillway. Final ly, it can be stated that the techniques and design criteria developed in this study will enable the designer to make bet ter initial designs.