Numerıcal modelıng of vertıcal slot-brush fısh pass: Porous medıa approach
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: NIKA JAHANGIRI
Danışman: Serhat Küçükali
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:ÖZET Dikey Yarıklı Balık Geçidi (VSF), en yaygın kullanılan balık geçidi yapılarından biridir ve bu balık geçitleri, birçok balık türü için uygun hidrolik koşullar içerir. Ancak, bu balık geçitlerinde gözlenen yüksek taban eğimleri, debiler ve havuzlar içindeki yüksek hız ve türbülans gibi hidrolik koşulları, özellikle endemik (yani küçük boylu) ve zayıf yüzücü balık türleri için uygun değildir. Bu çalışmada, dikey yarık balık geçidi sisteminde enerji emici olarak kabul edilen geçirgen sazlık bloklarının kullanılmasının ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD)yaklaşımını kullanarak sayısal simülasyonların yapılmasının önerilmiştir. Sazlık bloklarının kurulumu ile yarık bölgesinde maksimum hızın düşürülmesi balık göçü için önemlidir. Bu amaca ulaşmak için, sazlık blokları ile ve sazlık blokları olmadan VSF'nin CFD modeli oluşturulmuştur. Dikey Yarıklı-Sazlık Balık Geçidi (VSF-B) için üç boyutlu bir sayısal çalışma uygulanmıştır. Sayısal modelde, sazlık bloklarının homojen gözenekli ortamlar olarak modellendiği Darcy-Forchheimer yasası ile birleştirilmiş Büyük Girdap Simülasyonu (LES)kullanılmıştır. Akışkan-Yapı Etkileşimini modellemek yerine, Gözenekli Ortam Yaklaşımı (PMA), sazlıkların esnek hidrolik elemanlar olarak direncini temsil eden Darcy–Forchheimer direnç katsayılarını kullanır. Bir Ağ Yakınsama İndeksi(GCI) yöntemi, simülasyon sonuçlarının ağ çözünürlüğünden bağımsız olduğu yerlerde sayısal doğruluğu sağlamak için kullanılmıştır. Yakınsama analizi kapsamında üç farklı ağ boyutu test edilmiştir. Hız alanları, akım çizgileri ve türbülans karakteristikleri için hidrodinamik analizler gerçekleştirilmiştir. Sayısal model sonuçları, tam ölçekli fiziksel model ve prototipte Akustik Doppler Hızölçer (ADV) ile ölçülen üç boyutlu hızlar için doğrulanmıştır. Sonuçlar, LES-PMA yaklaşımının hız dağılımlarını iyi bir doğrulukla simüle edebileceğini ve bunun determinasyon katsayısı değerleriyle doğrulandığı ortaya konmuştur. Simülasyon sonuçlarına göre, maksimum hız ve ortalama havuz derinliği hataları \%15'ten daha düşük bulunmuştur. Sayısal simülasyonlar, zayıf yüzme kapasitesine sahip göç eden balıklar için sazlık blokların azaltılmış hız alanında olumlu bir etkisi olduğunu önermektedir. Fiziksel model ölçümleri ile karşılaştırıldığında, sayısal simülasyonlar yarık bölgesindeki hız profilini doğru bir şekilde yakaladığı ortaya konmuştur. Jet hızı akış yönünde azalmış ve bu da türbülanslı jetlerin analitik çözümüyle uyumlu olarak bulunmuştur. VSF-B'deki hız ve türbülanslı kinetik enerji değerleri, mevcut VSF'nin karşılık gelen değerlerinden daha düşük bulunmuş, bu da küçük boylu balıklar için daha avantajlı bir hidrolik durum yaratmıştır. VSF-B tasarımı, sazlık blokları olmayan VSF'ye kıyasla birden fazla balık türü için daha yüksek oranda uygun havuz hacmi sergilemektedir. Sayısal analiz, havuzdaki büyük çevrinti bölgesi alanının sazlık bloklarının kurulumu sonrasında önemli oranında azaldığı ortaya konmuştur. Önerilen sayısal modelleme yaklaşımının, özellikle küçük boylu balıklar olmak üzere, çok sayıda balık türünün yukarı akış göçü için VSF'lerin yenileme ve tasarım çalışmalarına katkıda bulunması beklenmektedir. Farklı yüksekliklerde gerçekleştirilen prototip simülasyonunda, sayısal model, prototip ölçümleriyle karşılaştırıldığında, sonuçlanan hızda yaklaşık \%15 ve türbülanslı kinetik enerji için yaklaşık \%5'lik ortalama sapmalarla yüksek doğruluk sergilemiştir. Zamansal ortalama hızlar düşey mesafe boyunca yaklaşık olarak uniform bir dağılım sergilerken, türbülans kinetik enerjisi tabadan su yüzeyine doğru artış trendi göstermiştir. Bu durum, simülasyonun iki boyutlu (2D) hız alanını ve üç boyutlu (3D) türbülans yapısını doğru bir şekilde yansıttığını göstermektedir. Ayrıca, simülasyonlar, farklı debi oranları, daha dik eğimler ve daha pürüzsüz havuz tabanlarının, taban substratı bulunan havuzlarla karşılaştırıldığında oluşturduğu etkileri değerlendirmek amacıyla genişletilmiştir. Sonuçlar, debideki bir artışın hız değerlerinde ihmaledilebilir değişikliklere neden olduğunu ancak türbülanslı kinetik enerjideğerlerinde belirgin bir artışa yol açtığını göstermiştir. Buna karşılık, dahadik eğimler hem hız hem de türbülanslı kinetik enerji değerlerinde önemliartışlara neden olduğu ortaya konmuştur. Taban substratının dahil edilmesi, hızdeğerlerini prototip sonuçlarına daha yakın hale getirmiş ve türbülanslıkinetik enerji değerlerinde önemli değişiklikler ortaya çıkardığı bulunmuştur. Bu çalışmanın bulguları, esnek hidrolik elemanların kullanımınınhavuzdaki hızı ve türbülansı azalttığını ve çok sayıda balık türü için göçkoridorları ve dinlenme alanları yarattığını göstermektedir. Sazlık bloklarını bünyesinde barındıran VSF-B, optimum hidrolik koşullar sağlayarak etkili balık geçişi kriterlerini karşılamaktadır. Anahtar Kelimeler: Sayısal model, Dikey yarıklı balık geçidi, Esnek hidrolik elemanlar, Gözenekli ortam yaklaşımı, Küçük boylu balıklar