DOLUSAVAK YAPILARINDA SAYISAL MODELLEMENİN UYGULANMASI: KAVŞAK BENDİ HİDROELEKTRİK SANTRALİ (HES) ÖRNEĞİ

APPLICATION OF NUMERICAL MODELING ON SPILWAY STRUCTURES: A CASE STUDY OF KAVSAK BENDI HYDROELECTRIC POWER PLANT (HEPP)

Özet

Hidrolik mühendisliğinde her bir barajın projelendirilmesi, barajın şekli, amacı, havza özellikleri ve topoğrafyası ile özel olduğu ve herhangi bir tip projesi yapılamadığı için, inşaat aşamasına geçmeden önce barajların emniyet yapıları olan dolusavakların fiziksel ve/veya matematiksel modellenme yöntemleri ile test edilmesi emniyet açısından çok önemlidir. Fiziksel modellemede ölçek etkisi, zaman ve laboratuvar şartları, matematiksel modellemede ise yapılan varsayımlar ve ilk yatırım maliyeti, her ne kadar kısıtlayıcı olsa da modelleme inşaat ve işletme aşamasında karşılaşılacak problemlerin önceden tespit edilmesinde son derece faydalı olmaktadır. Fiziksel model (PM) çalışmaları sırasında, bir seri deneysel çalışma yapılarak; hız profilleri, anahtar eğrisi, su yüzeyi profilleri ve çeşitli konumlardaki basınçlar, enerji kırıcı havuzun çalışma şartları gibi özellikler ölçülmektedir. Bilgisayar teknolojilerinin büyük bir hızla gelişmesi ve sayısal çözümlerdeki son ilerlemeler, mühendisleri sayısal modelleme yapmaya da yönlendirmektedir. Bu çalışma kapsamında Kavşak Bendi Hidroelektrik Santrali (HES) Projesi'nin hidrolik özellikleri, laboratuvarda yapılan 1/50 ölçekli fiziksel model ile deneysel olarak incelenmiştir. Akım derinliği, deşarj debisi ve basınç okuma değerleri farklı akım koşullarında ölçülmüştür. Deneysel çalışmadan elde edilen sonuçlar ile orijinal proje üzerinde önemli değişiklikler yapılmıştır. Deney çalışmalara ek olarak, sayısal modellemenin (CFD) dolusavak akımı modellenmesinde kullanılabilirliğini ve uygun bir çözüm olup olmadığını görmek için Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) simülasyonu da yapılmıştır. Matematiksel modellemede, ReynoldsOrtalamalı Navier-Stokes (RANS) denklemlerini çözen FLOW-3D programı kullanılmıştır. FLOW-3D programı, hesaplama alanında, akımın kısmen veya tamamen doldurduğu hücreleri tanımlayarak çözüm yapmaktadır. Çalışmanın sonunda proje ve her iki model çalışmasından elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Fiziksel modelleme ile sayısal modellemenin karşılaştırılması için anahtar eğrisi, deşarj kanalındaki akım profilleri ile kavitasyon sayısı, hız ve basınç ölçümleri kullanılmıştır. Dolusavak modellemesinde, akım özelliklerinin karşılaştırılması sonucu fiziksel ve sayısal modellemeden elde edilen sonuçların birbiri ile uyumlu olduğu görülmüştür

Abstract

The design of each dam in hydraulic engineering should be tested by physical and / or mathematical modeling methods before construction phase, as the dam is special with its shape, purpose, basin characteristics and topography and does not have a typical project. Although there are some restrictives like the scale effect, modeling duration and laboratory conditions in physical modeling; assumptions made and investment cost in mathematical modeling, modeling is very useful in predicting the problems which will arise during the construction and operation phase of the dam. During model studies, a series of experiments are carried out and velocity profiles, rating curves, water surface profiles and pressure measurements in various locations, energy dissipation pool operating conditions are investigated. Due to recent advances in computational power and numerical techniques, it is now also possible to obtain much of this information through numerical modeling. In this study, hydraulic characteristics of Kavsak Bendi Hydroelectric Power Plant (HEPP) Project have been experimentally investigated in the laboratory with a 1/50 scale. Flow depths, flow discharges and piezometer readings are measured at different flow conditions. Significant changes have been made on the original project according to the results obtained from experimental study. In order to evaluate the capability of the computational fluid dynamics on modeling spillway flow, a comparative study was made by using results obtained from physical modeling and computational fluid dynamics (CFD) simulation. A commercially available CFD program, which solves the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations, was used to model the numerical model setup by defining cells where the flow is partially or completely restricted in the computational space. At the end of the study, the results of both model studies were compared with each other. Discharge rating curves, velocity patterns and pressures were used to compare the results of the physical model and the numerical model. It was shown that there is a reasonably good agreement between the physical and numerical models in flow characteristics.