Yatay Su Alma Yapıları için Önerilen Kritik Batıklık Denklemlerinin Karşılaştırılması

Abstract

Su alma yapılarında oluşan hava-sürükleyen girdaplar, su alma yapılarının işletilmesinde birtakım güçlüklere sebep olmakta, verim kayıplarına ve hidrolik ekipmanlarda olası hasarlara yol açabilmektedir. Bu çalışma, simetrik ve asimetrik yaklaşım akım koşulları altındaki yatay su alma yapıları için hava sürüklenmesini önlemek amacıyla gerekli düşey mesafe olan kritik batıklığın, Sc, tahminine odaklanmaktadır. Boyut analizi kullanılarak, giriş geometrisi, yaklaşım Froude sayısı, su alma yapısı Froude sayısı, Reynolds sayısı ve Weber sayısının kritik batıklığa olan etkileri analiz edilmiştir. Simetrik ve asimetrik yaklaşım akış koşulları için sırasıyla, farklı çalışmalardan alınmış, 409 ve 225 adet deney verisi, daha genel ve doğru ampirik denklemler türetmek amacıyla analiz edilmiştir. Analizler, su alma yapisi Froude sayısı ve geometrik parametrelerin boyutsuz kritik batıklık (Sc/Di) üzerinde baskın etkiler gösterdiğini ortaya koymuştur. Ayrıca, türetilen ampirik denklemler istatistiksel olarak yüksek doğruluk sergilemiş ve R² değerleri sırasıyla simetrik koşullar için 0.988, asimetrik koşullar için ise 0.949 mertebelerinde elde edilmiştir. Tüm akış ve geometrik parametreleri dikkate alınarak oluşturulan ampirik denklemler, en tutarlı sonuçları göstermiştir. Buna karşılık, yalnızca (Fr)i dikkate alınarak türetilen denklemler, Sc/Di'nin tahmininde orta düzeyde doğruluk sağlamıştır. Bu denklemler literatürdeki benzer denklemlerle karşılaştırılmış ve önerilen denklemlerin küçük ve büyük ölçekli modellere ait ampirik denklemler arasında dengeli bir korelasyon sunduğu, ayrıca daha geniş bir hidrolik koşul aralığında daha iyi genellenebilirlik sağlayabileceği gösterilmiştir.

Air-entraining vortices at intake structures pose significant challenges to the operation of water intake systems, leading to efficiency losses and potential damage to hydraulic equipment. This study focuses on predicting critical submergence depth, Sc, the vertical distance required to prevent air-entrainment vortices, for horizontal intakes under symmetrical and asymmetrical approach flow conditions. Dimensional analysis is employed, analyzing the effect of intake geometry, Approach Froude number, Intake Froude number, Reynolds number, and Weber number. Experimental data from 409 and 225 observations for symmetrical and asymmetrical approach flow conditions, respectively, were reanalyzed from different studies to derive more general and accurate empirical equations predicting the dimensionless critical submergence, Sc/Di. The analysis revealed that the intake Froude number and the geometric parameters are the dominant factors influencing Sc/Di. Moreover, empirical equations derived exhibit strong statistical performance, with R² values up to 0.988 and 0.949 for symmetrical and asymmetrical conditions, respectively. The most accurate empirical equations are obtained while considering all the flow and geometric parameters to predict Sc/Di. On the contrary, the accuracy of the empirical equations considering only (Fr)i gives moderate results in predicting Sc/Di. These equations were compared with similar ones available in literature, and it was shown that the proposed equations represent a balanced interpolation between small- and large-scale empirical equations and may offer improved generalizability across a wide range of hydraulic conditions.