Serbest düşülü savakların mansabında oluşan yerel oyulmanın sayısal analizi

Bir yapının ekonomik veya ergonomik olması bir yana, inşaat mühendislerinin üzerinde durduğu en önemli konu yapı güvenliğidir. Su mühendisliğinde kullanılan savaklar da suyun membadan mansaba akışını güvenle sağlayan önemli hidrolik yapılardandır. Serbest düşülü olarak tasarlanabilen bu yapılardan savaklanan serbest jetin mansap havuzuna çarpması sonucu oluşan yerel oyulmalar, yapı güvenliğini olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Bu sebeple mansap havuzunda oluşabilecek yerel oyulmaların en aza indirilmesi, yapının güvenliği açısından olmazsa olmazlardandır. Bu çalışmada; serbest düşülü dikdörtgen, üçgen, trapez ve labirent savaklar kullanılarak mansap havuzunda oluşması muhtemel yerel oyulma derinlikleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile sayısal olarak incelenmiş, elde edilen sonuçlar Fırat Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarı'nda yürütülen deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmanın sayısal modellemesinde özellikle açık kanal akımı, sediment taşınımı, oyulma gibi problemlerin çözümünde başarılı bir yazılım olan Flow3D kullanılmıştır. Türbülans modeli olarak literatürde sıkça kullanılan k-ɛ türbülans modeli kullanılmıştır. Çalışma kapsamında kullanılan klasik dikdörtgen savaklar için üç farklı debi (15, 20, 30 L/s), üç farklı düşü yüksekliği (0.25, 0.50, 1.00 m) ve iki farklı kuyruksuyu derinliği (0.25 ve 0.50 m) kullanılarak toplamda 13 adet analiz yürütülmüştür. Bu çalışmaların 9 tanesi 0.25 m kuyruksuyu için yürütülürken, çeşitlilik olması sebebiyle, 4 tanesi de 0.50 m kuyruksuyu kullanılarak yürütülmüştür. Klasik üçgen savaklar, 90º tepe açısı ile tasarlanarak iki farklı debi (15, 30 L/s), iki farklı düşü yüksekliği (0.50 ve 1.00 m) ve iki farklı kuyruksuyu (0.25 ve 0.50 m) kullanılarak toplamda 8 adet analiz yürütülmüştür. Klasik trapez savaklar için iki farklı debi (15 ve 30 L/s), iki farklı düşü yüksekliği (0.50, 1.00 m) ve iki farklı kuyruksuyu (0.25 ve 0.50 m) kullanılarak toplamda 7 adet analiz yürütülmüştür. Labirent savaklar, iki farklı yan duvar açısı (=22 ve 30º) kullanılarak çift gözlü trapez olarak tasarlanmıştır. Labirent trapez savaklar için iki farklı debi (10, 30 L/s), iki faklı düşü yüksekliği (0.25 ve 0.50 m) ve iki farklı kuyruksuyu derinliği (0.25 ve 0.50 m) kullanılarak toplamda 7 adet analiz yürütülmüştür. Farklı savak çeşitleri kullanılarak yürütülen HAD analizlerinin sonuçları irdelenmiş, analiz sonuçları deneysel sonuçlar ile kıyaslanmış, yürütülen analiz sonuçlarına ait grafikler, tablolar, simülasyon çıktıları üzerinden yorumlamalar yapılmıştır. Bunlara ek olarak, farklı savak çeşitleri kullanılarak yürütülen analiz sonuçları birbiri ile kıyaslanarak literatüre katkı sağlanması amaçlanmıştır. Bu çalışma kapsamında yürütülen 35 analizden elde edilen sonuçların deneysel sonuçlar ile kıyaslanmasında; bağıl hata oranının %20'nin altında olduğu, birçok kabulün yapıldığı sediment problemlerinde bu değerin kabul edilebilir olduğu, labirent savakların mansabında oluşan maksimum oyulma değerinin klasik savaklardan daha düşük olduğu, ancak maksimum oyulmanın olduğu noktanın hidrolik yapıya olan yatay mesafesinin labirent savaklarda daha kısa olduğu sonucuna varılmıştır.