Grup eğik silindirlerin mansabında akım ve türbülans yapılarının incelenmesi

Nehirler, hidrolojik, morfolojik ve biyolojik etkiler altında oldukça hassas ekolojik dengelere sahiptir. Bitkiler bu dengenin en önemli bileşenlerinden biridir. Akarsu bitkileri ekolojik çeşitliliğin yanında şev stabilitesi, sediment taşınımı gibi morfolojik karakteristikler üzerinde de etkilidir. Artan nüfus ve gelişen sanayi neticesinde içme suyu temini, enerji üretimi, taşkın kontrolü, ulaşım vb. sebeplerden dolayı nehir ekosistemleri yoğun insan müdahalesiyle karşı karşıya kalmaktadır. Bu sebeplerden dolayı nehir ekosistemlerini ve hidrodinamiğini daha iyi anlayarak, yapılacak bu suni müdahalelerin doğal yollarla yapılmaya çalışılması son yıllarda sıkça gündeme gelmektedir. Bu amaçla akarsu bitkilerinin akım ve türbülans yapıları ve dolayısıyla sediment taşınımı ile şev stabilitesi, hakkında daha fazla bilgi edinmek amacıyla çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada grup eğik silindirlerin mansabında akım ve türbülans karakteristiklerini incelemek amacıyla Q1=20.5 l/s, Q2=40.8 l/s ve Q3=56.8 l/s olmak üzere 3 farklı debide, ve silindirlerin kanal tabanıyla 90⁰ (dik silindir durumu), 75⁰, 45⁰ ve 60⁰ olmak üzere 4 farklı açı yaptığı toplam 12 adet deney yapılmıştır. Deneyler 0.5 m x 1.0 m ebatlarında, 1 cm yüksekliğinde tahta bir plaka üzerine Şekil 3.3'de görüldüğü gibi konumlandırılan 1 cm çapında rijit silindirler ile yapılmıştır. Deneyde kullanılan kanal L=18m uzunluğunda B=0.5 m genişliğinde ve 0.5 m yüksekliğindedir. Yan duvarları camdan, tabanı ise pürüzsüz beton yüzey olarak imal edilmiştir. Bu deneyler sonucunda silindirlerin mansabında zamansal ortalama hız dağılımı, Reynolds normal ve kayma gerilmeleri, türbülans kinetik enerji dağılımları ve enerji spektrumları elde edilmiştir. Deneyler sonucunda zamansal ortalama hız dağılımının debiden bağımsız olarak grup halinde bulunan silindirlerin eğikliğinin değişmesiyle değiştiği gözlenmiştir. Dik silindir ve 75⁰ durumlarında kesitte hız dağılımı yüzeye yakın bölümde yüksek olmasına rağmen, kanal tabanında düşük hızdadır. Silindirlerin kanal tabanıyla yaptığı açı azalarak 60⁰ ve 45⁰'ye ulaştığındaysa bu durumun tersine dönerek kanal tabanındaki hız bileşenin artıp, yüzeye yakın bölümdeki hızın azaldığı görülmüştür. Reynolds normal gerilmeleri akım doğrultusunda(x ekseni) ve yanal doğrultuda (y ekseni boyunca) yüksek olmasına rağmen, düşey doğrultuda (z ekseninde) ise belirleyici değildir. Reynolds kayma gerilmelerinin, x-y düzleminde, x-z düzlemine göre çevri kopmaları sebebiyle daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Eğiklik arttıkça Reynolds kayma gerilmeleri azalmaktadır. Bunun sebebinin silindirler eğildikçe daha hidrodinamik bir forma ulaşmaları olduğu düşünülmektedir.