THE EFFECT OF FLOWRATE AND OBSTRUCTION HEIGHT ON WATER SURFACE PROFILES IN OPEN CHANNELS

AÇIK KANALLARDA DEBİ VE EŞİK YÜKSEKLİĞİ DEĞİŞİMİNİN SU YÜZEYİ PROFİLLERİNE ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Abstract

Open channel flow is defined as fluid flow with a free surface open to the atmosphere. The water surface profile is a measure of how the flow depth changes longitudinally. In other words, the graph of the flow depth along the path, gives a stream surface profile. 12 different types of water surface profiles are formed in open channel flow. The purpose of this study is to observe 12 different types of water surface profiles and to investigate the effect of flowrate and obstruction size on water surface profiles and hydraulic jump lenghts. An experimental study was performed by sending three different flowrates to an open channel. Experiment data were obtained by using different obstruction heights, contraction distances and channel slopes. Experiments were performed in a rectangular open channel which is 5 meters long, 0.18 meters wide and 0.2 meters deep. In order to prevent the effect of roughness, channel walls were made of light, durable, plastic material. Channel slope was adjustable. Critical slopes were calculated with Manning equation and calculated slopes were used to adjust the channel slopes during the experiments. 66 experiments were done in steady flow conditions. In 51 experiments water surface profiles were observed succesfully. Observations and measurements were examined and results were presented with tables, graphs and pictures. The results show that, flowrate and obstruction heights are directly proportional with the hydraulic jump lenghts. By the help of the above mentioned results, it was concluded that the relationship of hydraulic jump lengths with the flowrate and obstruction height can be converted to a mathematical function by more experiments and data .

Özet

Açık kanal akımları su yüzeyinin atmosfer ile temas halinde olduğu akımlardır. Su yüzeyi profili ise, bir açık kanal akımında akım yolu boyunca elde edilecek akım derinliklerinin grafiği olarak tanımlanabilir. Başka bir ifadeyle akım yolu boyunca akım derinliklerinin grafiği, akımın su yüzeyi profilini verir. Açık kanal akımlarında 12 farklı tipte su yüzeyi profili oluşmaktadır. Bu çalışmanın amacı kabul gören 12 farklı tipdeki su yüzeyi profilinin gözlemlenmesi, gözlemlenen profillerde debi ve eşik boyutlarının değiştirilerek bu değişimlerin su yüzeyi profillerine ve hidrolik sıçrama mesafelerine olan etkisinin deneysel olarak incelenmesidir. Bu amaçla yapılan deneysel çalışmada 3 farklı debi ile kanala su verilerek, farklı eşik ve düşü yüksekliği, daralma mesafesi ve eğimlerde meydana gelen su yüzeyi profilleri gözlemlenmiş ve deney verileri elde edilmiştir. Düşü ve eşik yüksekliklerine göre değişen hidrolik sıçrama mesafeleri dikkate alınmıştır. Deneyler 5 m uzunluk, 0,18 m genişlik ve 0,2 m derinlikteki dikdörtgen açık kanalda yürütülmüştür. Pürüzlülük etkisinin işlem sonuçlarını etkilememesi için kanal duvarları hafif, dayanıklı şeffaf plastik malzemeden imal edilmiştir. Kanal eğimi değiştirilebilirdir. Manning denklemi yardımıyla kritik eğimler hesaplanmış, kanal eğimleri deneyler yapılırken bu kritik eğimler dikkate alınarak ayarlanmıştır. Deneyler kararlı akım şartlarında 66 farklı durumda yapılmıştır. Bunlardan 51 deney setinde profil başarıyla gözlemlenmiştir. Gözlem ve ölçümler irdelenmiş, elde edilen sonuçlar grafikler, görseller ve tablolar halinde sunulmuştur. Hidrolik sıçrama oluşan profillerde debi, eşik ve düşü yüksekliğinin, hidrolik sıçramanın eşiğe olan mesafesiyle doğru oranlıtı olduğu sonucuna varılmıştır. Bu sonuçlar ışığında hidrolik sıçramanın eşiğe olan mesafesinin eşik yüksekliği ve debiyle olan ilişkisinin daha fazla deney ve verilerle matematiksel bir fonksiyona dönüştürülebileceği görülmüştür.