Hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile açık kanal akımında bitki örtüsünün akım özelliklerine etkisinin analizi

Abstract

Bu çalışmada bitki örtüsünün, dikdörtgen bir açık kanal üzerindeki akım özelliklerine olan etkisi, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği analizi kullanılarak incelenmiştir. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) için ANSYS Fluent yazılımı kullanılmıştır. Akımın üç boyutlu, sıkışmayan, türbülanslı ve kararlı olduğu kabul edilmiştir. Sayısal çalışma literatürde yapılan deneysel bir çalışma ile doğrulanmıştır. Sayısal çalışmanın deney sonuçlarını başarılı bir şekilde tahmin ettiği gözlemlenmiştir. Sayısal çalışma ve ölçüm sonuçları arasındaki bağıl hata %10’un altında bulunmuştur. Yapılan sayısal çalışmalar sonucunda, bitki örtüsünün kanalın akım ve türbülans özelliklerini önemli ölçüde değiştirdiği gözlemlenmiştir. Bitki örtüsü olan bölgelerde, su yüzeyinde hızların çok düşük olduğu, yaprak örtüsünün altında kökler arasında ise hızların yüksek olduğu ve maksimum hızın 0,1177 m/s ile bu bölgede gerçekleştiği tespit edilmiştir. Ayrıca türbülans viskozitesinin serbest alanlarda fazla olduğu gözlemlenirken türbülans enerji kırılımının katı-sıvı temas bölgelerinde fazla olduğu görülmüştür. Bu çalışma, açık kanal akışının bitki örtüsüyle etkileşimini anlamak ve açık kanal sistemlerinin hidrolik açıdan performansını geliştirmek için önemli bilgiler sağlamaktadır.

In this study, the impact of vegetation on flow characteristics in a rectangular channel was investigated using Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis. Ansys Fluent software was used for CFD analyses. The flow was assumed to be three-dimensional, incompressible, turbulent, and steady. the numerical study was verified against an experimental study conducted in the literature. The numerical study predicts the measurement results successfully. The relative error between the numerical study and measurement values was found to be under %10. The study shows that the vegetation alters the flow and turbulent characteristics significantly. In regions with vegetation, the velocities on the water surface were very low, while velocities were high between the roots beneath the vegetative cover, with maximum velocity occurring in this region with the value of 0.1177 m/s. Also, turbulence viscosity is high in the free regions, while turbulent eddy dissipation is high in the solid-liquid contact zones. This study provides important insights to understand the interaction of open channel flow with vegetation and to enhance the hydraulic performance of open channel systems.