İç ve dış akış etkisinde deniz deşarj sistemlerinin tasarımı

Günümüzde çevre ve insan sağlığına verilen önemin artmasıyla beraber kentsel ve endüstriyel sıvı atıklarının bertarafı da önem kazanmıştır. Ön arıtma sonrası sistemlerinin maliyetinin yüksek olması atık suların ön arıtmadan sonra denize deşarjını gündeme getirmiştir. Günümüzde de yaygın kullanım alanı bulan yöntem; atık suların deniz deşarjı sistemleri ile alıcı ortamda seyreltilmek suretiyle sahilden belirli uzaklık ve derinlikteki bir noktadan deniz ortamına verilmesi ilkesine dayanır. Bu çalışma kapsamında uygulamada kullanılan bir deşarj sistemini oluşturan difüzör ana borusu, çıkış boruları, çıkış ağızları, iç ve dış ortamı ABAQUS Sonlu Elemanlar Programı ile modellenmiştir. Sonlu Elemanlar Metodu ile yapılan bu çözümleme bütünleşik analiz olarak isimlendirilmiştir. Sistemin son iki açıklığı (20 m) ve bu açıklık üzerinde bulunan dört adet çıkış incelenmiştir. Difüzör çıkış borularının ve çıkış ağızlarının çap ve geometrisi aynı kalmak koşulu ile difüzör borusu üç farklı şekilde modellenmiştir. Bunlar; sabit, kademeli daralan ve tedrici daralan kesitli modellerdir. Sabit kesitli modelde iki açıklıklı difüzör ana borusu çapı 0,50 m, kademeli daralan kesitli modelde birinci açıklıkta ana boru çapı 0,50 m, ikinci açıklıkta 0,40 m, tedrici daralan kesitli modelde ise birinci açıklık başlangıç çapı 0,50 m ikinci açıklık bitiş çapı ise 0,40 m'dir. Tüm modellerde çıkış borularının ve çıkış ağızlarının çapları sabit ve 0,13 m'dir. Çıkış ağızları daireseldir (çan ağızlı). Modellerin et kalınlıkları sabit ve 0,01 m'dir. Belirlenen geometrik özelliklerin difüzör akım şartlarını sağladığı yazılan DIFDES kodu ile tahkik edilmiştir. Dış akışı modellemek için 20 m yüksekliğinde 25 m boyunda 1,50 m genişliğinde bir dikdörtgen prizma geometrisi oluşturulmuştur. Dış akış modellemesinde literatürde rastlanan durgun ortam kabulünün yanında dalgalı ortama görede çözümleme yapılmıştır. Dış ortamın durgun ya da dalgalı olmasına göre difüzör çıkış hızlarındaki değişim ve dış akışın iç akışa etkisi incelenmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Dalgalı dış ortam modellemesinde Lineer Dalga Teorisi kullanılmıştır. Akışkan-yapı etkileşim problemlerinin çözümünde akışkanın boru üzerinde birtakım etkilere sahip olmasına karşın borunun da akışkan üzerinde etkileri söz konusu olmaktadır. Akışkan-yapı etkileşiminin bir arada çözümlenmesi gerekmektedir. Akışkan problemi bir ortamda, boru problemi ise bir başka ortamda çözümlenebilir. Ancak yapısal sistemin davranışı ile akışkan hareketi bir ararda değerlendirilmemiş olacaktır. Akışkan iç basınç değişiklikleri karşısında borunun rijitliği birbirlerini etkileyemeyecektir. Tez çalışmasında ayrık ve bütünleşik analiz olarak adlandırılan iki yol izlenerek analizler tamamlanmıştır. Ayrık analizde; akışkanın boru rijitliğini etkilemediği, akışkan kuvvetlerinin yazılan bilgisayar kodu (HYDRODIF) ile hesaplanması ve dışarıdan Sonlu Elemanlar Programına (SAP 2000) aktarılması yolu izlenmiştir. Ayrık analizde; difüzör borusu çıkış hızları ve akışkan iç-dış basınçları HYDRODIF kodu ile difüzör deplasmanları ve Von Mises gerilmeleri ise SAP 2000 programı ile elde edilmiştir. Bütünleşik analizde ise akışkan ve difüzör ABAQUS Sonlu Elemanlar Programı ile tek bir ara yüzde modellenmiş, akışkan yapı etkileşimi sağlanmış ve ayrık analizde farklı analizlerden elde edilen çıktılar aynı analizden elde edilmiştir. Gerek ayrık gerekse bütünleşik analizden elde edilen sonuçların uyumları tespit edilerek önerilerde bulunulmuştur. Anahtar Kelimeler: ABAQUS (Sonlu Elemanlar Metodu), akışkan-yapı etkileşimi, deniz deşarj difüzörleri, dış akış, iç akış.