Hidrolik Serbest Yüzeyli Akımlar INS-361 / DersNotu_H07

n.erdem.unal@gmail.com 1

AÇIK KANAL HİDROLİĞİ Tanım : Serbest su yüzeyinin hava ile temas ettiği akımlardır.

SERBEST YÜZEYLİ AKIMLAR

Su yüzeyi atmosferle temas halindedir. Sıvı sadece atmosfer basıncı etkisindedir. Akımı sağlayan kuvvet, yerçekiminden doğan ağırlık kuvvetidir. Kanaldaki serbest su yüzeyi, piyezometre çizgisi ile aynıdır (piyezometrik yükseklik: h= P/ɣ). Akım, kanal taban eğimine göre gerçekleşir. Akım hızı (yönü ve büyüklüğü) kanal taban eğimine ( Io ) bağlıdır. Serbest Su Yüzeyinin eğimi, Enerji Çizgisinin eğimi ve kanal taban eğimi aynı olabilir veya

olmayabilir. Üstü açık su yolları (kanallar). Üstü kapalı su yolları (tam dolu akmayan galeriler, tüneller, borular).

Prizmatik Kanal : Enkesit geometrisi yatak boyunca değişmeyen kanaldır.

Hidrolik Serbest Yüzeyli Akımlar INS-361 / DersNotu_H07

n.erdem.unal@gmail.com 2

Serbest Yüzeyli Akımların Sınıflandırılması :

üniform olmayan akım

Açık bir kanalın farklı kısımlarında oluşan akım türleri

üniform akım

h=f(x)

X

h

1 2 3 1 3 1

h01

h01

h(x)

h02

1 Üniform akım

2 Tedrici değişken akım

3 Ani değişken akım

Hidrolik Serbest Yüzeyli Akımlar INS-361 / DersNotu_H07

n.erdem.unal@gmail.com 3

1. Üniform Akımlar : Su derinliğinin akım doğrultusunda değişmediği akımlardır. Özellikler:

1.1. Akım doğrultusunda su derinliği değişmez. 1.2. Akım çizgileri düz ve birbirine paraleldir. 1.3. Basınç dağılışı hidrostatiktir. 1.4. Sürekli yük kayıpları, Yersel yük kayıplarından çok büyüktür ( hk s >> hk y).

2. Değişken Akımlar 2.1. Tedricen Değişken Akımlar : Akım derinliğindeki değişiminin, çok uzun mesafede olduğu akımlardır. Özellikler:

2.1.1. Akım doğrultusunda su derinliği uzun mesafelerde değişmektedir. 2.1.2. Akım çizgileri yaklaşık düz ve birbirine paralel 2.1.3. Basınç dağılışı yaklaşık hidrostatik 2.1.4. Sürekli yük kayıpları, Yersel yük kayıplarından çok büyüktür ( hk s >> hk y).

2.2. Ani değişken Akımlar : Akım derinliğindeki değişiminin, çok kısa mesafede olduğu akımlardır. Özellikler:

2.1.1. Akım doğrultusunda kısa mesafelerde su derinliğinde büyük değişim olur 2.1.2. Akım çizgileri eğriseldir 2.1.3. Basınç dağılışı hidrostatik değildir. 2.1.4. Yersel yük kayıpları, sürekli yük kayıplarından çok büyüktür ( hk y >> hk s )

Hidrolik Serbest Yüzeyli Akımlar INS-361 / DersNotu_H07

n.erdem.unal@gmail.com 4

Akımın permanan olduğu dikkate alınırsa ve 2.mertebe terimler ihmal edilirse;

Cidar kayma gerilmesinin birim boyda meydana gelen enerji kaybı ile değişimi

Enerji Çizgisi

Iy

Io

Po

Po

τo

W=ρg∀

dx

Q

α

Yatay karşılaştırma düzlemi

z

Akım yönü

( 2 )

( 1 )

Tedricen Değişken Akımlarda Hareket Denklemi Permanan Akım

dy

yo Ao

dA

J

Hidrolik Serbest Yüzeyli Akımlar INS-361 / DersNotu_H07

n.erdem.unal@gmail.com 5

Enkesitte hız dağılışı ve geniş kanal kavramı Eşhız çizgileri

Geniş kanallarda : kanal su derinliği, kabul edilebilir.

Hidrolik Serbest Yüzeyli Akımlar INS-361 / DersNotu_H07

n.erdem.unal@gmail.com 6

Serbest Yüzeyli Akımlarda Hız Formülleri

CHEZY denklemi

Manning denklemi

Strickler denklemi

n k

Doğal akarsu yatağı 0,025 - 0,035 30 - 40

Beton cidarlar 0,012 - 0,017 60 – 70

Çelik cidar 0,010 – 0,019 90 – 100

Cam 0,008 – 0,009 120 – 130

Kaynaklar

ÜNSAL, İstemi, Ders notları

M.Sümer, İ.Ünsal, M.Bayazıt,Hidrolik, Birsen yayınevi.

Ilgaz, C., Karahan, M.E., Bulu, A.,”Akışkanlar Mekaniği ve Hidrolik Problemleri”, Çağlayan kitabevi, 2000.

Munson, Young, Okiishi, “Fundamentals of FLUID MECHANICS” , Wiley.

Tokgöz, Ali, Ders Notları