Journals / Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi / 2026 / Cilt: 16 Sayı: 2

Effect of a Dead-End Wall on Velocity Distribution Upstream of a Circular Intake: Investigation of the Limiting Distance

Ölüson Duvarının Dairesel Su Alma Ağzı Membasındaki Hız Dağılımına Etki Ettiği Limit Mesafenin İncelenmesi

Efe Barbaros(GAZİ ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ)0000-0002-6548-438X
Kerem Taştan(GAZİ ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ)0000-0003-1747-2496
Pages
8–20
Publication Date
2026-07-24
🏛️Bibliographic metadata and full text access for this article are provided via DergiPark.
DergiPark Record ↗
✨

AI Summary & Key Takeaways

AI Insight
⚡ TL;DR(Too Long; Didn't Read)

The findings revealed that the distance between the intake and the dead-end wall significantly affects the velocity distribution.

📌 3 Key Takeaways

🎯
Objective & Hypothesis:Intakes are hydraulic structures that transfer the required water from static or dynamic sources such as channels, seas, or reservoirs to conveyance systems.
📊
Key Findings & Data:Although the literature has demonstrated that physical flow boundaries, such as channel beds or dam walls, significantly affect velocity distributions, there is no clear information on the critical distance at which the intake’s proximity to these boundaries begins to influence the flow.
💡
Conclusion & Impact:The findings revealed that the distance between the intake and the dead-end wall significantly affects the velocity distribution.
🔬Design:Modeling & Simulation
📍Scope:Comprehensive Sample
⚙️Variables:Akım sınırları · Hesaplamalı akışkanlar dinamiği · Su alma ağzı

Abstract

Intakes are hydraulic structures that transfer the required water from static or dynamic sources such as channels, seas, or reservoirs to conveyance systems. For the efficient operation of these structures, it is important to understand the velocity distribution upstream of the intake. Although the literature has demonstrated that physical flow boundaries, such as channel beds or dam walls, significantly affect velocity distributions, there is no clear information on the critical distance at which the intake’s proximity to these boundaries begins to influence the flow. In this study, the limiting distance between a dead-end wall and a circular intake was investigated to ensure that the velocity distribution upstream of the intake becomes independent of boundary effects. For this purpose, velocity distributions were experimentally measured using an Acoustic Doppler Velocimetry in a setup where the intake was placed adjacent to a dead-end wall, and numerical models developed with FLOW-3D HYDRO were validated using the experimental data. The findings revealed that the distance between the intake and the dead-end wall significantly affects the velocity distribution. In particular, moving the intake from the wall to a distance of 1D caused the most significant variation, while at a distance of 2.5D the difference became negligible, which can therefore be defined as the limiting distance. Furthermore, it was determined that wall boundary effects could increase flow-direction velocities of up to 33%. The numerical analysis results also demonstrated that FLOW-3D HYDRO is a reliable tool for accurately predicting intake-related velocity distributions.

Özet

Su alma yapıları; kanal, deniz, rezervuar gibi durağan veya hareketli ortamlardan ihtiyaç duyulan suyun temin edilerek iletim sistemlerine aktarılmasını sağlayan yapılardır. Bu yapıların etkili çalışabilmesi için ağız membasında oluşan hız dağılımının doğru biçimde belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Literatürde, kanal tabanı veya baraj duvarı gibi fiziksel akım sınırlarının hız dağılımına kayda değer etkileri olduğu gösterilmiş olsa da ağzın bu sınırlara olan mesafesinin hangi değerlerden itibaren akımı etkilediğine dair net bir bilgi bulunmamaktadır. Bu çalışma kapsamında, ölü son duvarı içerisine yerleştirilmiş dairesel kesitli bir su alma ağzının membasında oluşan hız dağılımının sınır etkilerinden bağımsız hale gelmesi için ağız–duvar arasındaki limit mesafe araştırılmıştır. Bu amaçla, ağzın ölü son duvarına yerleştirildiği düzenek için hız dağılımları Akustik Doppler Hız Ölçeri ile deneysel olarak ölçülmüş, FLOW-3D HYDRO yazılımıyla oluşturulan sayısal modeller ise deneysel verilerle doğrulanmıştır. Bulgular, su alma ağzının ölü son duvarına mesafesinin hız dağılımı üzerinde önemli etkiler yarattığını ortaya koymuştur. Özellikle ağzın ölü son duvarı üzerindeki konumundan 1D mesafeye taşınması en büyük değişimi oluştururken, 2.5D mesafesinde farkın ihmal edilebilir düzeye geldiği ve bu değerin limit mesafe olarak tanımlanabileceği görülmüştür. Ayrıca, duvar sınır etkileri nedeniyle akım doğrultusundaki hızlarda %33’e varan artışlar meydana gelebileceği belirlenmiştir. Sayısal çalışma sonuçları, ağız akımına bağlı hız dağılımlarının doğru şekilde elde edilmesinde FLOW-3D HYDRO yazılımının güvenilir bir araç olduğunu da göstermektedir.

🔖

Cite This Article

Barbaros, E., Taştan, K. (2026). Effect of a Dead-End Wall on Velocity Distribution Upstream of a Circular Intake: Investigation of the Limiting Distance. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, Cilt: 16 Sayı: 2, 8–20. https://doi.org/10.7212/karaelmasfen.1789743

📄 Full Text PDF Viewer

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

References (25)

  1. Anayiotos, A. S., Perry, G. J., Myers, J. G., Green, D. W., Fan, P. H., & Nanda, N. C. (1995). A numerical and experimental investigation of the flow acceleration region proximal to an orifice. Ultrasound Med. Biol., 21(4), 501-516. Doi: 10.1016/0301-5629(94)00141-Y
  2. Bryant, D. B., Khan, A. A., & Aziz, N.M. (2008). Investigation of flow upstream of orifices. J. Hydraul. Eng., 134(1), 98-104. Doi: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2008)134:1(98)
  3. Chanson, H., Aoki, S. I., & Maruyama, M. (2002). Unsteady two-dimensional orifice flow: a large-size experimental investigation. J. Hydraul. Res., 40(1), 63-71. Doi: 10.1080/00221680209499874
  4. Erat, B., Barbaros, E., & Taştan, K. (2024). Experimental and numerical investigation on flow and scour upstream of pipe intake structures. Arab. J. Sci. Eng., 49(4), 5973-5987. Doi: 10.1007/s13369-023-08539-5
  5. Eroğlu, N., & Bahadırlı, T. (2007). Prediction of critical submergence for a rectangular intake. J. Energy Eng., 133(2): 91-103. Doi: 10.1061/(ASCE)0733-9402(2007)133:2(91)
  6. Goring, D. G., & Nikora, V. I. (2002). Despiking acoustic Doppler velocimeter data. J. Hydraul. Eng., 128(1), 117-126. Doi: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2002)128:1(117)
  7. Hirt, C. W., & Nichols, B. D. (1981). Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries. J. Comput. Phys., 39(1), 201-225. Doi: 10.1016/0021-9991(81)90145-5
  8. Islam, M. R., & Zhu, D. Z. (2011). Flow upstream of two-dimensional intakes. J. Hydraul. Eng., 137(1), 129-134. Doi: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000284
  9. Karmacharya, S. K., Ruther, N., Aberle, J., Shrestha, S. M., &Bishwakarma, M. B. (2021). Physical modelling of pressure flushing of sediment using lightweight materials. J. Appl. Water Eng. Res., 9(3), 251-263. Doi: 10.1080/23249676.2021.1919224
  10. Khanarmuei, M. R., Rahimzadeh, H., Kakuei, A. R., & Sarkardeh, H. (2016). Effect of vortex formation on sediment transport at dual pipe intakes. Sādhanā, 41(9), 1055-1061. Doi: 10.1007/s12046-016-0531-6
  11. Kocabaş, F., & Yıldırım, N. (2002). Effect of circulation on critical submergence of an intake pipe. J. Hydraul. Res., 40(6), 741-752. Doi: 10.1080/00221680209499920
  12. Köse, Ö., & Yanmaz, A. M. (2010). Scouring reliability of bridge abutments. Teknik Dergi, 21(105), 1387–1402.
  13. Nakayama, A., & Hisasue, N. (2010). Large eddy simulation of vortex flow in intake channel of hydropower facility. J. Hydraul. Res., 48(4), 415-427. Doi: 10.1080/00221686.2010.491644
  14. Powell, D. N., & Khan, A. A. (2012). Scour upstream of a circular orifice under constant head. J. Hydraul. Res., 50(1), 28-34. Doi: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000960
  15. Rajaratnam, N., & Mazurek, K. A. (2002). Erosion of a polystyrene bed by obliquely impinging circular turbulent air jets. J. Hydraul. Res., 40(6), 709–716. Doi:10.1080/00221680209499917
  16. Shammaa, Y., Zhu, D. Z., & Rajaratnam, N. (2005). Flow upstream of orifices and sluice gates. J. Hydraul. Eng., 131(2), 127-133. Doi: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2005)131:2(127)
  17. Sontek. (2007). Horizon ADV Kullanım Kılavuzu. ABD: SonTek/YSI.
  18. Taştan, K. (2018). Prediction of critical submergence in a two-layer-stratified fluid flow. J. Braz. Soc. Mech. Sci. Eng., 40(4), 181. Doi: 10.1007/s40430-018-1112-x
  19. Taştan, K., & Yıldırım, N. (2017). Effective intake for critical submergence in the case of more than one intake. KSCE J. Civ. Eng., 21(3), 1004-1008. Doi: 10.1007/s12205-016-0073-9
  20. Taştan, K., Erat, B., Barbaros, E., & Eroğlu, N. (2023). Flow boundary effects on scour characteristics upstream of pipe intakes. Ocean Eng., 278, 114343. Doi: 10.1016/j.oceaneng.2023.114343
  21. Tokyay, T. E., & Constantinescu, S. G. (2006). Validation of a large-eddy simulation model to simulate flow in pump intakes of realistic geometry. J. Hydraul. Eng., 132(12), 1303-1315. Doi: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2006)132:12(1303)
  22. Wahl, T. L. (2003). Discussion of “Despiking acoustic Doppler velocimeter data” by Derek G. Goring and Vladimir I. Nikora. J. Hydraul. Eng., 129(6), 484-487. Doi: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2003)129:6(484)
  23. Wei, G. (2015). The sponge layer method in Flow-3D. Flow Sci. Rep., 07-15
  24. Yıldırım, N., & Kocabaş, F. (1995). Critical submergence for intakes in open channel flow. J. Hydraul. Eng., 121(12), 900-905. Doi: 10.1061/(ASCE)0733-9429(1995)121:12(900)
  25. Yıldırım, N., & Taştan, K. (2009). Critical submergence for multiple pipe intakes. J. Hydraul. Eng., 135(12), 1052-1062. Doi: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000127.