Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Experimental and Numerical Analysis of Supercritical Open Channel Flow Downstream of a Sill

Yıl 2016, Cilt: 31 Sayı: 2, 33 - 46, 15.12.2016
https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.310119

Öz

The velocity field of supercritical open channel flow downstream of a sill is measured using Laser Doppler Anemometry (LDA). Basic equations of the problem are solved by ANSYS-Fluent program package based on finite volume method for the flow case having the same experimental conditions. In the numerical simulations, Realizable k-ε turbulence closure model based on the Reynolds Average Navier Stokes Equations and Large Eddy Simulation model are used for the simulation of turbulence, and the flow profile is computed using Volume of Fluid Method. Computational results for velocities and free surface profiles are compared with measured data. Experimental validations of the turbulence models show that the Realizable k-ε turbulence model is more successful than LES in predicting the velocity field and free surface profiles under the present flow conditions.

Kaynakça

  • 1. Van Balen, W., Blanckaert, K., Uijttewaal, W.S.J., 2010. Analysis of the Role of Turbulence in Curved Open-Channel Flow at Different Water Depths by Means of Experiments, LES and RANS, Journal of Turbulence, 11(12):1-34.
  • 2. Azimi, H., Shabanlou, S., Salimi, M.S., 2014. Free Surface and Velocity Field in a Circular Channel along the Side Weir in Supercritical Flow Conditions, Flow Measurement and Instrumentation, 38: 108-115.
  • 3. Kırkgöz, M.S., Aköz, M.S., Öner, A.A., 2008. Experimental and Theoretical Analyses of Two-Dimensional Flows Upstream of Broad-Crested Weirs, Canadian Journal of Civil Engineering, 35(9): 975-986.
  • 4. Öner, A.A., Aköz, M.S., Kırkgoz, M.S., Gümüş, V., 2012. Experimental Validation of Volume of Fluid Method for a Sluice Gate Flow, Advances in Mechanical Engineering, 2012: 10.
  • 5. Gümüş, V., Aköz, M.S., Kırkgöz, M.S., 2013. Experimental and Numerical Modeling of Submerged Hydraulic Jump Downstream of a Sluice Gate, Teknik Dergi, 24(2): 6379-6397.
  • 6. Kırkgöz, M.S., Aköz, M.S., Öner, A.A., 2009. Numerical Modeling of Flow over a Chute Spillway, Journal of Hydraulic Research, 47(6): 790-797.
  • 7. Ramamurthy, A.S., Qu, J.Y., Vo, D., 2006. VOF Model for Simulation of a Free Overfall in Trapezoidal Channels, Journal of Irrigation and Drainage Engineering-ASCE, 132(4): 425-428.
  • 8. Aydın, M.C., 2012. CFD Simulation of Free-Surface Flow over Triangular Labyrinth Side Weir, Advances in Engineering Software, 45(1): 159-166.
  • 9. Haun, S., Olsen, N.R.B., Feurich, R., 2011. Numerical Modeling of Flow over Trapezoidal Broad-Crested Weir, Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 5(3): 397-405.
  • 10. Öner, A.A., Aköz, M.S., Kırkgöz, M.S., Gümüş, V., 2012. Experimental Validation of Volume of Fluid Method for a Sluice Gate Flow, Advances in Mechanical Engineering, 4:461708.
  • 11. Shih, T.H., Liou, W.W., Shabbir, A., Yang, Z., Zhu, J., 1995. A New k-ϵ Eddy Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows, Computers & Fluids, 24(3): 227-238.
  • 12. ANSYS., 2012. FLUENT Theory Guide, USA: ANSYS Inc.
  • 13. Hirt, C.W., Nichols, B.D., 1981. Volume of Fluid (VOF) Method for the Dynamics of Free Boundaries, Journal of Computational Physics, 39(1): 201-225.
  • 14. Chen, H.C., Patel, V.C., 1988. Near-Wall Turbulence Models for Complex Flows Including Separation, Aiaa Journal, 26(6): 641-648.
  • 15. Roache, P.J., 1998. Verification of Codes and Calculations, Aiaa Journal, 36(5): 696-702.
  • 16. Çelik, I.B., Ghia, U., Roache, P.J., Freitas, C.J., 2008. Procedure for Estimation and Reporting of Uncertainty due to Discretization in CFD Applications, Journal of Fluids Engineering-Transactions of the Asme, 130(7).
  • 17. Kırkgöz, M.S., Ardıçlıoğlu, M., 1997. Velocity Profiles of Developing and Developed Open Channel Flow, Journal of Hydraulic Engineering, 123(12): 1099-1105.

Eşik Mansabındaki Kritik Üstü Açık Kanal Akımının Deneysel ve Sayısal Analizi

Yıl 2016, Cilt: 31 Sayı: 2, 33 - 46, 15.12.2016
https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.310119

Öz

Açık kanalda eşik sonrası oluşan kritik üstü açık kanal akımının hız alanı, laboratuvar ortamında Lazer Doppler Anemometresi (LDA) ile ölçülmüş ve deney ile aynı koşullardaki akım için temel denklemler, sonlu hacimler yöntemine dayalı ANSYS-Fluent paket programı ile üç boyutlu olarak çözülmüştür. Sayısal hesaplamalarda, Reynolds Ortalamalı Navier Stokes (RANS) denklemlerine dayalı Realizable k-ε türbülans kapatma modeli ve Large Eddy Simülasyon (LES) modeli kullanılmış, su yüzü profili Akışkan Hacimleri Yöntemi ile hesaplanmıştır. Sayısal modellerden elde edilen akım hızları ve su yüzü profilleri deneysel ölçümlerle karşılaştırılmıştır. Farklı iki modelin deneysel olarak doğrulanması amacıyla yapılan karşılaştırmalarda, Realizable k- türbülans kapatma modelinin, hız alanının hesaplanmasında ve su yüzünün belirlenmesinde LES modeline göre daha başarılı olduğu görülmüştür.

Kaynakça

  • 1. Van Balen, W., Blanckaert, K., Uijttewaal, W.S.J., 2010. Analysis of the Role of Turbulence in Curved Open-Channel Flow at Different Water Depths by Means of Experiments, LES and RANS, Journal of Turbulence, 11(12):1-34.
  • 2. Azimi, H., Shabanlou, S., Salimi, M.S., 2014. Free Surface and Velocity Field in a Circular Channel along the Side Weir in Supercritical Flow Conditions, Flow Measurement and Instrumentation, 38: 108-115.
  • 3. Kırkgöz, M.S., Aköz, M.S., Öner, A.A., 2008. Experimental and Theoretical Analyses of Two-Dimensional Flows Upstream of Broad-Crested Weirs, Canadian Journal of Civil Engineering, 35(9): 975-986.
  • 4. Öner, A.A., Aköz, M.S., Kırkgoz, M.S., Gümüş, V., 2012. Experimental Validation of Volume of Fluid Method for a Sluice Gate Flow, Advances in Mechanical Engineering, 2012: 10.
  • 5. Gümüş, V., Aköz, M.S., Kırkgöz, M.S., 2013. Experimental and Numerical Modeling of Submerged Hydraulic Jump Downstream of a Sluice Gate, Teknik Dergi, 24(2): 6379-6397.
  • 6. Kırkgöz, M.S., Aköz, M.S., Öner, A.A., 2009. Numerical Modeling of Flow over a Chute Spillway, Journal of Hydraulic Research, 47(6): 790-797.
  • 7. Ramamurthy, A.S., Qu, J.Y., Vo, D., 2006. VOF Model for Simulation of a Free Overfall in Trapezoidal Channels, Journal of Irrigation and Drainage Engineering-ASCE, 132(4): 425-428.
  • 8. Aydın, M.C., 2012. CFD Simulation of Free-Surface Flow over Triangular Labyrinth Side Weir, Advances in Engineering Software, 45(1): 159-166.
  • 9. Haun, S., Olsen, N.R.B., Feurich, R., 2011. Numerical Modeling of Flow over Trapezoidal Broad-Crested Weir, Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 5(3): 397-405.
  • 10. Öner, A.A., Aköz, M.S., Kırkgöz, M.S., Gümüş, V., 2012. Experimental Validation of Volume of Fluid Method for a Sluice Gate Flow, Advances in Mechanical Engineering, 4:461708.
  • 11. Shih, T.H., Liou, W.W., Shabbir, A., Yang, Z., Zhu, J., 1995. A New k-ϵ Eddy Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows, Computers & Fluids, 24(3): 227-238.
  • 12. ANSYS., 2012. FLUENT Theory Guide, USA: ANSYS Inc.
  • 13. Hirt, C.W., Nichols, B.D., 1981. Volume of Fluid (VOF) Method for the Dynamics of Free Boundaries, Journal of Computational Physics, 39(1): 201-225.
  • 14. Chen, H.C., Patel, V.C., 1988. Near-Wall Turbulence Models for Complex Flows Including Separation, Aiaa Journal, 26(6): 641-648.
  • 15. Roache, P.J., 1998. Verification of Codes and Calculations, Aiaa Journal, 36(5): 696-702.
  • 16. Çelik, I.B., Ghia, U., Roache, P.J., Freitas, C.J., 2008. Procedure for Estimation and Reporting of Uncertainty due to Discretization in CFD Applications, Journal of Fluids Engineering-Transactions of the Asme, 130(7).
  • 17. Kırkgöz, M.S., Ardıçlıoğlu, M., 1997. Velocity Profiles of Developing and Developed Open Channel Flow, Journal of Hydraulic Engineering, 123(12): 1099-1105.
Toplam 17 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Bölüm Makaleler
Yazarlar

N. Göksu Soydan Bu kişi benim

Oğuz Şimşek Bu kişi benim

M. Sami Aköz

Yayımlanma Tarihi 15 Aralık 2016
Yayımlandığı Sayı Yıl 2016 Cilt: 31 Sayı: 2

Kaynak Göster

APA Soydan, N. G., Şimşek, O., & Aköz, M. S. (2016). Eşik Mansabındaki Kritik Üstü Açık Kanal Akımının Deneysel ve Sayısal Analizi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31(2), 33-46. https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.310119
AMA Soydan NG, Şimşek O, Aköz MS. Eşik Mansabındaki Kritik Üstü Açık Kanal Akımının Deneysel ve Sayısal Analizi. cukurovaummfd. Aralık 2016;31(2):33-46. doi:10.21605/cukurovaummfd.310119
Chicago Soydan, N. Göksu, Oğuz Şimşek, ve M. Sami Aköz. “Eşik Mansabındaki Kritik Üstü Açık Kanal Akımının Deneysel Ve Sayısal Analizi”. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi 31, sy. 2 (Aralık 2016): 33-46. https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.310119.
EndNote Soydan NG, Şimşek O, Aköz MS (01 Aralık 2016) Eşik Mansabındaki Kritik Üstü Açık Kanal Akımının Deneysel ve Sayısal Analizi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi 31 2 33–46.
IEEE N. G. Soydan, O. Şimşek, ve M. S. Aköz, “Eşik Mansabındaki Kritik Üstü Açık Kanal Akımının Deneysel ve Sayısal Analizi”, cukurovaummfd, c. 31, sy. 2, ss. 33–46, 2016, doi: 10.21605/cukurovaummfd.310119.
ISNAD Soydan, N. Göksu vd. “Eşik Mansabındaki Kritik Üstü Açık Kanal Akımının Deneysel Ve Sayısal Analizi”. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi 31/2 (Aralık 2016), 33-46. https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.310119.
JAMA Soydan NG, Şimşek O, Aköz MS. Eşik Mansabındaki Kritik Üstü Açık Kanal Akımının Deneysel ve Sayısal Analizi. cukurovaummfd. 2016;31:33–46.
MLA Soydan, N. Göksu vd. “Eşik Mansabındaki Kritik Üstü Açık Kanal Akımının Deneysel Ve Sayısal Analizi”. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 31, sy. 2, 2016, ss. 33-46, doi:10.21605/cukurovaummfd.310119.
Vancouver Soydan NG, Şimşek O, Aköz MS. Eşik Mansabındaki Kritik Üstü Açık Kanal Akımının Deneysel ve Sayısal Analizi. cukurovaummfd. 2016;31(2):33-46.