Baraj dolusavak yapılarında akış karakteristiklerinin fiziksel ve sayısal analizi

Su gücü (Hydropower) yapılarında su kaynaklarının gelişimi bakımından son 60 yılda özellikle son 30 yılda büyük ilerleme ve yenilikler ortaya çıkmış, buna paralel dünyada büyük hidroelektrik projeler inşa edilmiştir. Hidroelektrik güç üretilen büyük ve kompleks yapıların karakteristikleri başlıca; baraj tasarım yükü yüksekliği, büyük deşarj, birim genişlikteki deşarj kapasitesi ve karmaşık jeolojik koşullardır. Üretilen güç miktarı onlarca veya yüzlerce gigawatt kadar yüksek olabilen bu derece yüksek güç üreten potansiyel enerjiyi dağıtmak, sönümlemek baraj mühendisliğinin dikkat çeken çalışma alanlarındandır. Dolayısıyla barajların deşarj yapılarının hidrolik karakteristikleri ve ortaya çıkan enerjinin güvenli ve ekonomik olarak dağıtımının sağlanması hususu dikkate alındığında etkin bir proje tasarımı için yapılacak fiziksel modelleme, prototip deneyler ve sayısal modelleme sonuçlarının birlikte değerlendirilmesi gerekmektedir. Deşarj yapılarının performansını değerlendirmek için kullanılan fiziksel model yöntemi geçmişte ve günümüzde başarılı olmasına rağmen HAD (Hesaplamalı Akışkan Dinamiği) yönteminin de fiziksel modellemeye göre çeşitli avantajlar sunduğu bilindiğinden günümüzde yapılacak hidrolik alanındaki mühendislik tasarımları artık deneysel çalışmalar ile birlikte HAD yazılımının kullanılmasını gerektirmektedir. Bu tür programların birçok hidrolik yapıların projelendirilmesinde kullanılması, planlanmada daha az hata oluşmasını, daha kısa zamanda ve daha ekonomik olarak yapılmasını sağlayacaktır. Bu çalışmada fiziksel model çalışmalarıyla belirlenen Ilısu Barajı dolusavak yapısındaki hidrolik karakteristikler ve enerji kırıcı yapıların etkinliği Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmanın sayısal modellemesinde özellikle açık kanal akımı, sediment taşınımı, oyulma gibi problemlerin çözümünde başarılı bir yazılım olan Flow3D kullanılmış olup sayısal hesaplamalardan elde edilen su yüzü, basınç değerleri ve hız profileri, fiziksel model deney ölçümleriyle karşılaştırılarak ilgili sayısal analiz yönteminin performansı değerlendirilmiştir. Fiziksel ve sayısal analizler arasındaki karşılaştırmada, hidrolik karakteristiklere etki eden en güçlü husus hava-su ilişkisi, yanı sıra ölçek konusu da akış üzerinde etkili olan faktörlerdendir. Bu nedenle sayısal analiz programında hava sürükleme (air entrainment) modeli çalıştırılarak hava sürüklenmesinin akış üzerindeki etkisi belirlenmeye çalışılmıştır. Ayrıca 1982 yılı 1/100 ölçekli fiziksel modelin yanı sıra aynı yıl gerçekleştirilen ve sadece dolusavak boşaltım kanalındaki karakteristikleri konu alan 1/30 ölçekli fiziksel model sonuçları da aynı ölçekli sayısal model ve sair diğer ölçekli sayısal model sonuçlarına eklenerek ölçek etkisi daha detaylı irdelenmiştir. Yine ilgi çalışmamız kapsamında mevcut dolusavak yapısının sonunda enerji kırınımı hususunda etkili yapılardan olan çevirmeli sıçratma eşiğinin farklı deflektör açısı ve yarıçapları dikkate alınarak 15 farklı eşik tasarlanmış olup bu tasarımların da sayısal analizi yapılarak enerji kırınımı açısından performans değerlendirilmesi yapılmıştır.