Tez özetleri Astronomi ve Uzay Bilimleri Anabilim Dalı

Yoğun Atıksu Deşarjının Birinci Seyrelmesinde Görünür Saçak Modelinin Uygulanması

Deniz, okyanus vb. büyük alıcı su ortamlarına, bu ortamlardan daha fazla yoğunluğu olan maden atıksuyu, tuzlusu veya soğuk su gibi özellikle fiziksel ve kimyasal kirliliğe sahip yoğun atıksuların deşarjı, evsel atıksu vb. gibi yüzen atıksu deşarjına oranla daha az araştırılmış bir konudur. Çevre ile ilgili yasal mevzuatlardaki kirleticilerin sınır koşullara uygun olarak deşarj tesisi projelendirilmesi yapılabilmesi için atıksu jetlerinin geometrisinin ve deşarj koşullarına göre seyrelme değerlerinin belirlenmesine veya hesaplanarak tahmin edilmesine gereksinim duyulmaktadır. Deşarj tesisinden deşarj edilen atıksu jetlerinin jet geometrisinin ve çeşitli konumlardaki seyrelmesinin tahmini olarak bulunabilmesi için matematik modeller kullanılmakta ve hızlı işlem yapılabilmesi için paket bilgisayar programlarından yararlanılmaktadır. Yüzen jet karakterli evsel atıksu deşarjı için çok daha fazla deşarj tesisi tasarımı yapıldığından, paket programlar da genel olarak hazırlanıp yüzen atıksular için validasyon (geçerlilik) incelemeleri gerçekleştirilerek, programlardaki aksaklıklar deneysel çalışmalar ile karşılaştırma yapılarak düzeltilmeye çalışılmıştır. Yoğun jet içeren deşarj tesisi tasarımları için de paket programların bu tür bir validasyon incelemelerine ve mümkünse paket programların hesaplama hassaslığının artırılmasına ihtiyaç duyulmaktadır.

Bu çalışmada, deniz deşarjı tasarımı için jet geometrisi ve seyrelme hesaplamalarında kullanılan başlıca programlardan olan ABD Çevre Koruma Kurumu (US EPA) tarafından üretilmiş “Görünür Saçaklar” (Visual Plumes) (VP) bilgisayar programının validasyon seviyesinin belirlenmesi ve tahmin hesaplarının hassasiyetinin artırılması incelemesi yoğun atıksu deşarjında oluşan yoğun jetlerin jet geometrisi ve birinci seyrelmesi için gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, Nemlioğlu tarafından 3D LIF (3 boyutlu lazerle uyarılmış ışınım) yöntemi kullanılarak yoğun jetin düşey açılar ile yukarı yönlendirilmiş tekil dairesel deşarj deliğinden durgun ve homojen su ortamı içerisine bırakılan atıksuların deneysel olarak elde edilmiş jet geometrik parametreleri ve seyrelme değerleri ele alınarak, aynı deneysel şartların VP paket programının UM3 alt modelinde karşılaştırma için uygulanması yapılmıştır. Deneysel verilerin alındığı çalışmada, yoğun jetlerin yukarı yönlendirme açıları θ₀= 0º, 15º, 30º, 45º, 60º, 75º ve 90º’ dir ve akım koşulları yoğunluksal Froude sayısı yaklaşık F= 20 olacak şekilde ayarlanmış, Reynolds sayısı Re= 2200 seçilerek türbülanslı akım sağlanmıştır. Sonuçta, deneysel ve VP hesaplamasıyla bulunan yoğun jet geometrik parametreleri ve birinci seyrelmeyi oluşturan “etki noktası seyrelmesi” değerleri karşılaştırılarak, VP’nin her bir parametre için validasyon miktarları belirlenmiştir. Her bir parametre için deneysel-VP değerleri arası yüzdesel farklar bulunarak, kabul edilebilir sapma miktarı olarak benimsenen ardışık deneylerin birbiri arasındaki farklara göre karşılaştırmaları yapılmıştır. Sonuçta, VP’nin jetin taban etkileşimini dikkate almadan, sadece yoğun jet merkez ekseninin tabana çarptığı “etki noktası”na kadar değerlendirmeye alınabilecek hesaplamalar yaptığı, “yakın bölge” seyrelmesini ve yerini bulamadığı, yoğun jet enkesitleri dairesel olmadığı halde dairesel kabul ettiği belirlenmiştir. Ayrıca, yoğun jet parametrelerinin VP’de hesaplanmış değerlerinin sabit olmayan validasyon değerlerine sahip oldukları ve bu farklılıkların deşarj açısıyla da değişim gösterdiği belirlenmiştir. Yoğun jet için VP’de UM3 uygulamasının validasyon değerinin geometrik parametreler için k_i etki noktası ve k_t iç tepe noktası düzeltme katsayılarının kullanılmasıyla %100’e yaklaştırılabileceği belirlenmiştir. Bu çalışma sonucunda, yoğun jet geometrik parametrelerinin k_i ve k_t düzeltme katsayılarının her bir parametre ve deşarj açısı aralığı için tekil veya kombine kullanılarak farklı çözümler ile VP’nin yüksek seviyede validasyonu sağlanmıştır. Ayrıca, 15°≤ θ₀ ≤ 75° açı aralığında k_i=0,0104•θ₀+0,962 eşitliği ve 15°≤ θ₀ ≤ 90° açı aralığında k_t=0,0032•θ₀+1,2255 eşitliği ile ara yukarı yönlendirme açıları için de düzeltme katsayılarının tahmin edilebileceği belirlenmiştir.