AÇIK KANAL AKIMI

Hopa Yukarı Sundura Deresi-ARTVİN

AÇIK KANAL AKIMI (AKA)

Açık kanal akımı serbest yüzeyli akımın olduğu bir

akımdır.

serbest yüzey hava ve su arasındaki ara yüzey

@ serbest yüzeyli akımda yüzeyin üstündeki

basınç lokal atmosferik basınca eşittir

AKA AKA

P = Patm P = Patm

AÇIK KANAL VE BORU AKIMLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

z1

z2

referans

Kanal tabanı

Enerji Ç.

y1

y2

V12/2g

V22/2g

hf

1 2

AÇIK KANAL

Hidrolik E. Ç.

Enerji Ç.

Hidrolik E. Ç.

referans

P1/

z1

z2

P2/

V12/2g

V22/2g

BORU

1

2

hf

Serbest yüzey bulunur

Serbest yüzey lokal atmosferik basınç

altındadır.

İtici güç genel olarak akım yönü

boyunca yerçekimi bileşenidir.

HEÇ serbest yüzey ile kesişir.

Akım alanı kanalın geometrisi ve ayrıca

serbest yüzeyin seviyesiyle belirlenir.

Bu seviyenin hem akım yönü boyunca

hem de zamanla değişmesi

muhtemeldir.

Serbest yüzey bulunmaz

Direk atmosferik basınç altında değil,

hidrolik basınç altındadır.

İtici güç genel olarak akım yönü

boyunca basınç kuvvetidir.

HEÇ çoğunlukla borunun üstündedir.

Akım alanı boru boyutuyla

sabitlenmiştir.

AÇIK KANAL VE BORU AKIMLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

AÇIK KANAL BORU

Kesit herhangi bir formda –dairesel

ya da doğal akımların düzensiz

kesiti- olabilir. Kesitin hem akım

yönü boyunca hem de zamanla

değişmesi muhtemeldir.

Rölatif pürüzlülük serbest yüzeyin

seviyesi ile değişir.

Su derinliği, debi ve kanal tabanı

eğimi birbirlerine bağımlıdır.

Boru kesiti genellikle daireseldir.

Rölatif pürüzlülük sabit bir

büyüklüktür. Böyle bir bağımlılık yoktur.

Comparison of OCF and Pipe Flow

AÇIK KANAL BORU

AÇIK KANALLARIN ÇEŞİTLERİ

Açık kanal, akımın serbest yüzeyle aktığı bir

suyoludur.

Kanal

Doğal Örnek: Akarsu, nehir, dere vb.

Yapay insan eliyle yapılmış

Örnek: taşıma kanalları, santral kanalları,

sulama kanalları, drenaj kanalları vb. http://www.resimle.net/data/media /105/bayburt_coruh_nehri.jpg

http://www.tarim.com.tr/content/uploads5 /4/harran_ovasi_330980.jpg

http://www.tarim.com.tr/content/uploads5 /4/sulama_kanali_dsi_3453.jpg

Kanal: Genellikle zemin üstünde inşa edilen uzun ve hafif eğimli bir

kanaldır.

AÇIK KANALLARIN ÇEŞİTLERİ

By Ayşegül Aksoy

ARK (FLUME): Genellikle su taşımak için zemin yüzeyinde ya da

üstünde desteklenen bir kanaldır.

AÇIK KANALLARIN ÇEŞİTLERİ

http://id.moai.gov.mm/website/works/dams%20photos/12.jpg

ŞUT: Dik eğime sahip bir kanaldır.

AÇIK KANALLARIN ÇEŞİTLERİ

DÜŞÜ: Şuta benzer ama yükseklik değişimi kısa bir mesafe

içinde olur.

AÇIK KANALLARIN ÇEŞİTLERİ

MENFEZ: Otoyol ve

demiryollarında suyu tahliye

etmek için kullanılan, kısmen

dolu akan kapalı bir kanaldır.

AÇIK KANALLARIN ÇEŞİTLERİ

AÇIK AKIM TÜNELİ: Bir

tepe ya da zemin üzerinde

herhangi bir engelin

üzerinden su taşımak için

kullanılan nispeten uzun

kapalı kanaldır.

AÇIK KANALLARIN ÇEŞİTLERİ

KANAL GEOMETRİSİ:

Değişmez kesit ve sabit kanal taban eğimi ile inşa edilen

kanala PRİZMATİK KANAL denir.

Aksi halde kanal PRİZMATİK değildir.

http://ns2.pluto2000.com/ponce/onlinechannel_fig05.jpg

http://www.resimsite.com/data/media/27/ Umpqua_River,_Douglas_County,_Oregon.jpg

KANAL GEOMETRİSİ:

KANAL KESİTİ: Kanalın akım yönüne dik alınan kesitidir.

DİKEY KANAL KESİTİ: Kanal kesitinin en alt

noktasından geçen dikey kesittir.

d

KANAL KESİTİ(B-B)

DİKEY KANAL KESİTİ(A-A)

y

AKIM DERİNLİĞİ, y, Serbest su yüzeyinden kanal kesitinin en alt noktasına

olan dikey mesafedir.

AKIM KESİTİ DERİNLİĞİ, d, akım yönüne dik alınan kesitteki su derinliğidir.

Genel olarak ifade edilirse, kanalın taban açısı ise, d = ycos. Hafif eğimli

kanallar için y = d alınır.

Referans

z

h

d y

KANAL KESİTİNİN GEOMETRİK ELEMANLARI: Geometrik elemanlar, sadece kanal kesitinin geometrisi ve kesitteki su derinliği ile tanımlanabilen kesit özellikleridir.

SU YÜZEYİ YÜKSEKLİĞİ, h, referans olarak alınan

yüzeyden su yüzeyine olan dikey mesafedir. Eğer kanal

kesitinin en alt noktası referans yüzeyi olarak alınırsa,

su yüzeyi yüksekliği akım derinliğine eşit olur.

Referans

z

h

d y

KANAL KESİTİNİN GEOMETRİK ELEMANLARI

ÜST GENİŞLİK, T, kanal kesitinin serbest

yüzeydeki genişliğidir.

SU ALANI, A, akım yönüne dik alınan

kesitin alanıdır.

ISLAK ÇEVRE P, akım yönüne dik alınan

kanal kesitindeki ıslak çevre uzunluğudur.

HİDROLİK YARIÇAP, R = A/P, su alanının

ıslak çevreye olan oranıdır.

HİDROLİK DERİNLİK, D = A/T, su alanının

üst genişliğe olan oranıdır.

d

A = A(d)

T

P

KANAL KESİTİNİN GEOMETRİK ELEMANLARI

Açık Kanal Akımlarının Sınıflandırılması

1) Akım derinliğinde zamana ve yere göre oluşan değişim göz

önüne alınırsa:

Daimi akım

(y/t=0)

Daimi olmayan akım

(y/t0)

Üniform Akım

(y/x=0) Değişen Akım

(y/x0)

Üniform Akım

(y/x=0) Değişen Akım

(y/x0)

YDA HDA YDA HDA

AÇIK KANAL AKIMI (Zaman kriter ise )

(Yer kriter ise)

YDA: Yavaş Değişen Akım HDA: Hızlı Değişen Akım

Açık kanal akımları birçok tipte sınıflandırılabilir ve çeşitli şekillerde tarif edilebilir.

Sabit derinlik

Üniform akım – prizmatik kanalda

Derinliğin zamana bağlı değişimi

Daimi olmayan üniform akım – Nadiren oluşur

HDA HDA HDA HDA YDA YDA YDA

Kapak

Kapağın altındaki daralma

Hidrolik Sıçrama

Savağın üstündeki akım

Hidrolik Düşü

Değişen akım

AKIM TİPLERİ

Engeller akım derinliğinde

değişime neden olur

HDA engellerin yakınında

kısa mesafe içinde olur.

YDA uzun mesafeler

boyunca oluşur.

YDA-Taşkın dalgası HDA-Boğma

2) Akım debisinde zamana ve yere göre oluşan değişim göz

önüne alınırsa:

(Zaman kriter ise)

(Yer kriter ise)

AÇIK KANAL AKIMI

Daimi akım

(Q/t=0) Daimi olmayan

akım (Q/t0)

Sürekli akım

(Q/x=0)

Mekansal değişen akım

(Q/x0)

Sürekli akım

(Q/x=0)

Mekansal değişen akım

(Q/x0)

AÇIK KANAL AKIMININ (AKA) DURUMU

Viskozite etkisi: Reynolds

Sayısına göre ,

VRRe

AKA

Laminer AKA, Re < 500

Geçiş AKA, 500 < Re < 1000

Türbülanslı AKA, Re > 1000

gD

VFr

Yerçekimi etkisi:

Froude sayısına göre,

AÇIK KANAL AKIMININ (AKA) DURUMU

AKA

Kritik altı AKA, Fr < 1

Kritik AKA, Fr = 1

Kritik üstü AKA, Fr >1

Açık kanal akımında harekete neden olan kuvvet yerçekimi

ivmesinin kanal tabanı boyunca olan bileşenidir. Bu nedenle

yerçekiminin açık kanal akımına etkisi önemlidir.

AÇIK KANAL AKIMININ (AKA) DURUMU

Yerçekimi etkisi :

gDV gDV gDV

gD

VFr

derinlikhidrolikD =

Açık Kanal Akımında Basınç Dağılımı

dA=yAcos

hA y

yA

A

A

A

Referans

n

DA

P

W

n

DA zA”

yPsmallisIfyP

yddP

AdAPF

AA

AAAA

AAn

DD

2cos

coscos

0cos0

küçük

gR

yV2

gR

yV2

gR

VyP

2

1

gR

VyP

2

1

y

y

Konveks (Dışbükey) Akım

Konkav (İçbükey) Akım

Hidrostatik Basınç Dağılımı

Konveks (Dışbükey) ve Konkav (İçbükey) Geometriler:

Açık Kanal Akımında Basınç Dağılımı

çapıykavisR .=

Açık Kanal Akımında Hız Dağılımı Açık kanal akımlarında uniform olmayan hız dağılımının nedenleri:

Islak çevre boyunca üniform olmayan kayma gerilimi dağılımı,

kayma gerilmesinin sıfır olduğu serbest yüzeyin olması

xx

QQ D

Q dy

y

T

cvcs

dt

Adu

SÜREKLİLİK DENKLEMİ

i) Daimi Olmayan Akım

cv

cscvcst

Adudt

Adu

0

),(,)(

0)()(

D

D

x

Q

t

yT

t

yT

t

A

Tdy

dATdydA

t

y

y

A

t

A

txyyyAA

x

Q

t

AxA

tx

x

QQQ

sıkıştırılamaz akım :

SÜREKLİLİK DENKLEMİ

KY KY KH

KH

ii) Daimi Akım

2

1

00

2

1

2211

21

sectionXatvelocityaverageV

sectionXatvelocityaverageV

AVAV

QQ

x

Q

t

y

SÜREKLİLİK DENKLEMİ

Ortalama hız kesit 1

Ortalama hız kesit 2

ÜNIFORM AKIM

W sin

W

tw

FH2

FH1

1

2

0

0

1221

1221

sin

sin

;

sin

SR

SandLAW

PLW

VVFF

VVQWPLFF

w

w

HH

wHH

t

t

t

Akım yönündeki

momentum denklemi:

KH

tw akıma olan dirençtir (kayma gerilmesi) ve 2

8V

fw t

0RSCV f

gC

8

ÜNIFORM AKIM

00

0

2

0

88

8

SRff

SRV

SRVf

SRw

t

Üniform akımda oluşan su derinliği yn ile gösterilir ve uniform derinlik veya normal derinlik olarak adlandırılır.

Chezy katsayısı

0RSCV

0R SC V

0

321S R

n V /

Chézy Denklemi

Manning Denklemi R (m), V (m/s)

Uniform akım denklemleri

d = median size of bed material

6/1038.0 dn

6/1031.0 dn d in ft

d in m

Manning Pürüzlülük Katsayısı