3D numerical simulation of the hydrodynamic behavior of dam-reservoir-intake towers under earthquake and landslide effects
Deprem ve heyelan etkisi altinda baraj-hazne-su alma kulelerinin hidrodinamik davranişinin 3B sayisal simülasyonu
- Tez No: 945314
- Danışmanlar: PROF. DR. ENDER DEMİREL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Eskişehir Osmangazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Hidrolik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Deprem sırasında baraj haznelerinde meydana gelen sıkışma ve ani şokların, baraj-hazne sistemlerinin hidrodinamik davranışı üzerindeki etkisi büyüktür. Son yıllarda meydana gelen depremler, enerji amaçlı inşa edilen barajların baraj kretini aşan yüzey dalgalarının, yüksek barajlar için ciddi bir risk olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, sıkıştırılabilirlik, türbülans, basınç şoklarının rezervuar tabanında emilimi ve kırılan yüzey dalgaları gibi temel etkileri göz önünde bulunduran kapsamlı ve doğru bir sayısal model, depremler sırasında büyük baraj rezervuarlarına yönelik riski değerlendirmek için gereklidir. Bu tez çalışmasında, harmonik ve gerçek deprem etkilerine maruz kalan üç boyutlu baraj haznelerinin simülasyonu için OpenFOAM kütüphanelerini kullanan üç boyutlu bir sayısal model geliştirilmiştir. Sayısal modelde hava ve su etkileşimi, dik ve kırılan yüzey dalgalarını simüle eden Akışkan Hacmi (VOF) yönteminin kullanıldığı iki fazlı izotermal olmayan karışmaz akışkan olarak modellenmiştir. Rezervuar tabanındaki sıkışma dalgalarının emilimini dikkate almak için emilim sınır koşulu kapalı olarak ayrıklaştırılmış ve sayısal modele eklenmiştir. Sayısal sonuçlar, literatürdeki teorik sonuçlarla karşılaştırıldığında, geliştirilen modelin yüksek barajların deprem risk değerlendirmesi için güvenilir bir şekilde kullanılabileceği görülmüştür. Doğrulanan sayısal model kullanılarak, gerçek bir deprem kaydı etkisinde Aşağı Kaleköy baraj-hazne sisteminin hidrodinamik simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, deprem sırasında baraj-haznelerinin gerçekçi simülasyonunu elde etmek için sıkışma etkilerinin yanında yüzey dalgalarının da dikkate alınmasını gerektiğini göstermiştir. Diğer taraftan, deprem sırasında baraj-hazne sistemleri üzerinde etkisi olan diğer faktör de heyelandır. Bu nedenle, deprem sırasında baraj haznelerinde meydana gelen heyelan hareketinin simülasyonu için, deforme olan heyelan dikkate alınarak sayısal model genişletilmiştir. Heyelan sırasındaki Newtonian olmayan akışkan hareketi, Herschel–Bulkley reoloji modeli kullanılarak modellenmiş, sayısal sonuçlar literatürdeki deneysel sonuçlarla doğrulanmıştır. Sayısal ve deneysel sonuçlar arasında gözlenen uyumdan, sayısal modelin maksimum dalga yüksekliğini, rezervuardaki dalga yayılmasını ve kayan kütleden suya aktarılan enerjiyi doğru ve hassas olarak hesapladığı görülmüştür. Doğrulamadan sonra, sayısal model kullanılarak Aşağı Kaleköy baraj hazne sisteminde meydana gelen heyelandan dolayı oluşan yüzey dalgalarının simülasyonu yapılmıştır. Bu amaçla, doğrulanan sayısal model kullanılarak batmamış ve kısmen batmış kayan kütlelerin simülasyonları yapılmıştır. Sayısal sonuçlardan, batmamış kayan kütlenin, yarı batmış kayan kütleye göre daha büyük hidrodinamik kuvvetler oluşturduğu görülmüştür. Geliştirilen sayısal modelin, heyelan etkisinden dolayı oluşan yüzey dalgalarını hassas bir şekilde hesaplayabildiği ve kayan kütle ile hazne arasındaki etkileşimi doğru ve hassas bir şekilde modelleyebildiği görülmüştür. Tezin son bölümünde, Aşağı Kaleköy baraj haznesine yerleştirilen kule tipi su alma yapısının hem deprem sırasındaki hidrodinamik simülasyonu hem de heyelan sırasında oluşan yüzey dalgalarının simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Sismik etkilerin gözlendiği su alma kulesi etrafındaki bölgenin uzunluğunu araştırmak için parametrik bir analiz yapılmıştır. Bir dizi sayısal simülasyon sonuçları kullanılarak, etkili uzunluğun tahmini için ampirik bir denklem önerilmiştir. Doğrulanmış sayısal model kullanılarak, kule tipi su alma yapılarının hem deprem sırasındaki hidrodinamik etkilerin hem de heyelandan kaynaklanan yüzey dalgalarının simülasyonu için kullanılabileceği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Water compressibility significantly influences the earthquake-induced hydrodynamic response of dam-reservoir systems. Recent earthquakes have highlighted that surface waves overtopping the dam crest remain a serious risk for high-head dams due to energy considerations. Consequently, a comprehensive numerical model is essential for assessing the risk to large dam-reservoirs during earthquakes, considering key effects such as compressibility, turbulence, bottom absorption, and breaking surface waves. This study presents a three-dimensional numerical model using OpenFOAM libraries for the simulation of dam-reservoirs subjected to harmonic and real earthquake excitations. Volume of Fluid (VOF) method is used to simulate surface waves. Validation with theoretical results shows that the proposed model can be reliably used for seismic risk assessment of high dams. The validated model is applied to simulate the hydrodynamic behavior of the Aşağı Kaleköy dam-reservoir system under earthquake loading, emphasizing the importance of compressibility. On the other hand, landslide is another important factor that influences hydrodynamic response of dam-reservoirs during earthquake. Therefore, the present numerical model has been extended to simulate landslide, focus on deformable landslide. using the Herschel–Bulkley rheological, which accurately describes characteristic behavior. Numerical results validated with the experimental data, showing good agreement in wave height, and landslide deformation. The model is implemented to the Aşağı Kaleköy dam, non-immersed and partially immersed sliding masses are simulated. Numerical simulations demonstrate that non- immersed case resulted in higher hydrodynamic force. The last chapter of this thesis reports numerical analysis of hydrodynamic response of the tower intake within the Aşağı Kaleköy dam reservoir. A parametric analysis is performed to investigate length of the zone effected by the seismic effects. Based on a series of numerical simulations, an empirical equation is proposed for the estimation of the effective length. The validated numerical model is then employed for the simulation of landslide-induced surface waves through the tower tank.
Benzer Tezler
- Numerical investigation of hydrodynamic effects of waves caused by landslide in dam reservoirs
Toprak kayması sonucu oluşan dalgaların baraj haznesinde oluşturduğu hidrodinamik etkilerin nümerik olarak araştırılması
VAFA KHOOLOSI
Doktora
İngilizce
2017
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SEDAT KABDAŞLI
- Yanal su alma yapılı dolu gövdeli bağlamalarda ayırma duvarının sürüntü maddesine etkisi
Einfluss der trennwaendezur verhütung der seitlichen wasserentnahmen der fasten wehranglagen
TÜLAY ÖZBEK
- Modelling of building structures for lateral lood analysis
Başlık çevirisi yok
CUMHUR TUFAN BOZ
Yüksek Lisans
İngilizce
1987
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPROF. DR. ERGİN ÇITIPITIOĞLU
- 3-tert bütoksi-6,7 benzobisiklo [3.2.1] okta -2,6- dientin singlet oksijen ile reaksiyonu: Yeni bir dioksetan-hidroperoksit düzenlenmesi
Başlık çevirisi yok
YAVUZ TAŞKESENLİGİL
