7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
- 509 -
DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ HİDROLİK LABORATUVARI
DALGA KANALI
Mustafa DOĞAN1, Yalçın ARISOY2, Turhan ACATAY3, Adnan AKYARLI4
1Araş.
Gör. İnş. Y. Müh., Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat
Mühendisliği Bölümü, Tınaztepe Yerleşkesi 35160 Buca/İZMİR, 0 232 412 70 55,
[email protected]
2Prof.
Dr., Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü,
Tınaztepe Yerleşkesi 35160 Buca/İZMİR, 0 232 412 70 17, [email protected]
3Prof.
Dr., Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü,
Tınaztepe Yerleşkesi 35160 Buca/İZMİR, 0 232 412 70 57
4Prof.
Dr., Öztüre Holding A.Ş., Şair Nevres Bulvarı No. 3/7 Kızılay İş Merkezi, 35210
Alsancak/İZMİR, 0 232 463 00 03, [email protected]
ÖZET
Bu çalışma kapsamında Dokuz Eylül Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarı bünyesinde
gerçekleştirilen bir dalga havuzu ve dalga üreteç sistemi anlatılmaktadır. Gerçekleştirilen
sistem yerli sanayi olanakları ile inşa ve imal ettirilmiştir. Dalga kanalı öncelikli olarak,
düzenli dalgaların etkisi altındaki su altı boruları etrafındaki oyulmaların inceleneceği bir
doktora çalışması için kullanılacaktır. Klasik dalga kanallarına oranla daha geniş olması
nedeniyle gerçekleştirilen dalga kanalı kıyı mühendisliği konusunda diğer deneysel
araştırmalarda da kullanılacak niteliktedir.
DOKUZ EYLUL UNIVERSITY HYDRAULIC LABORATORY WAVE
CHANNEL
Within the scope of this study, a wave channel and a wave generation system performed by
Dokuz Eylul University Hydraulic Laboratory are discussed. The system was produced and
constructed completely by local industry. The wave channel will primarily be used for a phD
study in which the scours among the submerged pipelines under the effect of regular waves
will be studied. The wave channel can be useful for the other experimental researches of
coastal engineering. Due to the fact that it is wider than the classical wave channels, it will
also contribute to the further experimental research.
Anahtar Kelimeler: Dalga kanalı tasarımı, dalga üreteç sistemi, su altı borusu etrafındaki
zemin hareketleri.
- 510 -
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
Giriş
Hidrolik ve kıyı mühendisliği alanlarında karşılaşılan özel problemlerin araştırılmasında
fiziksel modelleme ve laboratuvar deneyleri giderek daha fazla önem kazanmaktadır.
Gerçekleştirilecek deneylerin sonucunda, literatüre yeni bağıntılar sunulabilmekte, incelenen
problemin fiziksel şartları ortaya çıkarılabilmekte ve boyutsuz parametrelerin ışığı altında
verilen sonuçlarla, deney düzeneği için elde edilen özel sonuçlar genelleştirilebilmektedir.
Kıyı mühendisliği alanında deneysel çalışmalar, genişliğin uzunluğu yanında küçük kaldığı
dalga kanalı ya da genişliğinde uzunluk kadar büyük olduğu dalga havuzlarında
gerçekleştirilmektedir. Deney düzeneği, incelenen problemin şartlarına uygun olarak
seçilmektedir. Kıyı mühendisliği alanındaki deneysel çalışmaların gerçekleştirilmesinde
önemli bir yer tutan dalga kanalı ve havuzu sınırlı sayıda ve bazı kurumlarda bulunmaktadır.
Ege Bölgesi ve İzmir’de düne kadar bu ihtiyacı karşılayacak bir tesis mevcut değildir.
Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü bu durumu göz
önünde bulundurarak, bölgede ileride yapılacak çalışmalara katkı sağlayabilecek nitelikte bir
dalga kanalı ve dalga üreteç sistemi tesis etmiştir. Dalga kanalı öncelikli olarak, ikinci yazarın
danışmanlığında birinci yazarın sürdürdüğü doktora çalışmaları kapsamında kullanılacaktır.
Doktora çalışmasının konusu yakın kıyı bölgesindeki su altı boru hatları etrafında dalga etkisi
sonucu oluşan zemin hareketlerinin incelenmesidir. Bu nedenle dalga kanalı da özellikle bu
hususu incelemeye olanak sağlayacak şekilde planlanmış ve detaylandırılmıştır. İnşa edilen
kanal ve ilgili tesisleri, yalnızca yukarıda belirtilen çalışmaya değil, deneysel kıyı mühendisliği
alanında laboratuvar bünyesinde gerçekleştirilecek gelecek çalışmalara da alt yapı teşkil
edecektir. Klasik dalga kanallarına oranla daha geniş olmasıyla, özellikle son yıllarda daha
yoğun deneysel araştırmaya ihtiyaç duyan balık çiftlikleri kafeslerinin stabiliteleri ve yapısal
tasarımlarına katkı sağlayacak araştırmalara hizmet verebilecektir.
Dalga kanalı ve dalga üreteci Üniversitemiz Hidrolik Laboratuvarı bünyesinde tasarlanmış
olup, kanalın ve üretecin imalatı İzmir’deki firmalar tarafından gerçekleştirilmiştir.
Dalga Kanalı ve Dalga Üreteç Sistemi
Gerçekleştirilen dalga kanalı net ölçüler olarak, 34 m uzunluğa, 3.6 m genişliğe ve 1.2 m
yüksekliğe sahip olup yaklaşık 1/10’luk en/boy oranı ile diğer dalga kanallarından farklı bir
niteliktedir. Araştırma laboratuvar-larındaki mevcut dalga kanallarının boyutları
incelendiğinde, genellikle en/boy oranlarının 1/30 civarında olduğu, dolayısıyla bu oran
dikkate alındığında dar kanal niteliklerinde olduğu görülmektedir. Örnek olarak, İstanbul
Teknik Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarı dalga kanalı 120 m uzunluğu sahip olmakla birlikte
2
genişliğe
haiz
olup,
1/60
değerinde
en/boy
oranı
mevcuttur
(http://www.ins.itu.edu.tr/Hidrolik/lab/lab.html). Öte yandan Yıldız Teknik Üniversitesi
Hidrolik ve Kıyı Liman Mühendisliği Laboratuvarında mevcut dalga kalanı ise 20 m uzunlukta
olup
1
m
genişliğindedir
(http://www.
inm.yildiz.edu.tr/anabilimdallari/hidrolik/TR/indextr.htm). Bu durumda oluşan en/boy
oranı 1/20 değerindedir. Diğer bir örnek ise Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kıyı ve Liman
Laboratuvarındaki dalga kalanıdır. Bu kanal 22.8 m uzunluğunda olmakla birlikte 6.2 m
genişliğe
sahiptir
ve
en/boy
oranı
1/4
civarındadır
(http://ocean.ce.metu.edu.tr/research.html). Yurt dışından bir örnek verilecek olursa,
Danimarka Teknik Üniversitesi Kıyı ve Denizcilik Mühendisliği Laboratuvarındaki dalga kanalı
26.5 m uzunluğunda ve 0.6 m genişliğindedir (http://www.mek.dtu.dk/English/Research/).
Dokuz Eylül Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarı dalga kanalının diğer kanallara göre geniş
yapılmasındaki amaç, su altı borusu altında oluşan oyulmaların dalga ilerleme yönüne dik
doğrultudaki değişimlerinin de araştırılabilmesidir.
Kanal tam dolu halde iken bile hidrostatik basınca dayanacak şekilde tasarlanmıştır (Şekil 1).
Kanalın dalga ilerleme yönüne göre son kısmından (buradan itibaren “sahil kesimi”, dalga
üreteci tarafı ise “açık deniz tarafı” olarak adlandırılacaktır) 6 m önce açık deniz tarafında 120
cm genişlikli, 135 cm yüksekli, 10 mm kalınlıklı ve karşılıklı olmak camdan teşkil gözlem
pencereleri bırakılmıştır (Şekil 2-a). Dalga kanalındaki gözlem pencerelerinin bulunduğu
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
- 511 -
kesimde alt genişliği 120 cm, derinliği 17 cm ve üst genişliği 320 cm olan ters yamuk şekilli
bir taban çukuru oluşturulmuştur. Oluşturulan bu çukura temsili deniz zeminini oluşturmak
üzere kum doldurulmuştur. Böylece yatay konumlu dalga kanalı tabanı gerçekleştirilmiştir
(Şekil 2-b).
Şekil 1. Dalga kanalı genel görünüşü
a)
b)
Şekil 2. a) Karşılıklı gözlem pencereleri, b) taban çukurundaki deniz zemini
Dalga kanalının sahil kesimine gelen dalgaları sönümlemek için delikli blok tuğlalar
yerleştirilmiştir (Şekil 3). Tuğlalar hem planda hem de kesitte belirli boşluklar bırakılarak ve
en kesitte ikizkenar üçgen formda olacak şekilde tahkim edilmiştir.
Dalga üreteç sistemi, yukarıda anlatılan dalga kanalına farklı periyotlarda ve farklı genliklerde
düzenli dalgalar üretecek şekilde tasarlanmış ve imal edilmiştir (Şekil 4). Dalga üreteci temel
olarak altı ana unsurdan oluşmaktadır (Şekil 5). Sistemin ilk unsuru olan 5.5 kW trifaze
elektronik hız kontrol cihazı (Şekil 6-a) yardımıyla motor devri istenilen frekansta
ayarlanabilmekte, böylelikle dalga kanalına farklı periyotlarda dalgalar verilebilmektedir. Şekil
6-b’de gösterilen 5.5 kW motor ile dalga dubasına gerekli güç sağlanmakta, motorun
sonundaki redüktör ile de 1400 dev/dak olan motorun normal devri 28 dev/dak ya kadar
mekanik olarak düşürülebilmektedir. Hız kontrol cihazı ve dişli-zincir-çark sisteminin mevcut
haliyle kanalda üretilebilecek dalgaların teorik olarak hesaplanmış özellikleri (küçük genlikli
dalga teorisine göre) aşağıdaki çizelgede verilmiştir (Çizelge 1). İlk aşamada bu değerlere sahip
dalga özelliklerinin elde edilebilme olanakları araştırılacaktır.
- 512 -
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
Çizelge 1. Dalga üreteci ve deneysel şartlara bağlı dalga karakteristikleri
Periyot (sn)*
1.75
2.67
3.50
5.00
7.50
10.00
Su derinliği (cm)
Dalga boyu (cm)
60
368
70
388
80
404
60
611
70
653
80
691
60
821
70
882
80
937
60
1193
70
1285
80
1371
60
1807
70
1949
80
2081
60
2416
70
2608
80
2786
* Hız kontrol cihazının devir sayılarına göre hesaplanmıştır.
Dişli zincir sistemi ile motor gücü ayar çarkına aktarılmaktadır (Şekil 7-a). Ayar çarkı
üzerinde bulunan beş adet yuvaya bağlanabilen eksantrik kolu sayesinde beş farklı genlikte
dalgalar üretilebilmektedir. Ayrıca, eksantrik kolu sonunda, dalga dubası ile bağlantıyı
sağlayan ayar vidası sayesinde (Şekil 7-b) dalga dubası istenilen başlangıç konumuna
getirilebilmektedir.
Şekil 3. Dalga sönümleyici tuğla tahkimat
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
- 513 -
Şekil 4. Dalga üreteci genel görünümü
Şekil 5. Dalga üreteç sistemi şematik gösterimi
b)
a)
Şekil 6. a) Hız kontrol cihazı, b) motor ve redüktör
- 514 -
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
a)
b)
Şekil 7. a) Dişli, zincir ve ayar çarkı, b) eksantrik kolu sunudaki ayar vidası
Dalga üreteç sisteminin son unsuru olan dalga dubası (Şekil 8), en kesitte üçgen formda olup
dalga kanalının açık deniz tarafının hemen başında yer almakta ve kanal duvarlarının her iki
yanında bulunan kılavuz raylar içerisinde hareket etmektedir.
Gerçekleştirilecek Deneysel Çalışmalar
Bir önceki bölüm de değinildiği üzere, dalga kanalının öncelikli kullanım amacı, geniş
çerçevede su altı borusu altında dalga etkisi ile meydana gelen oyulmaların incelenmesidir.
Bunun için, gözlem pencerelerin bulunduğu kesimde yer alan temsili deniz zemini üzerine
farklı çaplarda deney boruları yerleştirilecektir. Deney borularının içerisine açılacak düşey
deliklere UVP (Ultrasonic Velocity Profiler) cihazı sensorları konuşlandırılarak zamana bağlı
olarak boru altındaki zemin hareketleri kaydedilecektir (Şekil 9). Burada kullanılan UVP
cihazı ana amacından farklı olarak ikincil bir amaçla kullanılmaktadır.
Şekil 8. Dalga dubası ve kılavuz raylar
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
- 515 -
Şekil 9. Deney borusu içerisine UVP sensorlarının şematik teşkili
Bununla birlikte, dalga kaydı laboratuvarımız bünyesinde mevcut ULS (Ultrasonic Level
System) sistemine ait USS20130 sensorları ile gerçekleştirilecektir. Bu sensorlar, sudan
yukarıda bir konuda düşey olarak konuşlandırılmakta ve su yüzeyi ile kendi konumu
arasındaki mesafeyi saniyede 30 veri ile kaydedebilmektedir.
Çalışmalar kapsamında hız ölçümlerinde ise önceki paragraflarda anlatılan UVP cihazının
birincil özelliği kullanılarak gerçekleştirilecektir.
Deney sonunda nihai durumdaki taban batimetrisi yine laboratuvarda mevcut lazermetre
yardımıyla çıkarılacaktır. Lazermetrenin planda hareketlerinin kontrolü için bir hareketli
deney arabası üzerine yerleştirilecektir.
Sonuç ve Öneriler
Dokuz Eylül Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarı deney kanalı, giriş bölümünde de bahsedildiği
gibi bölge için bir ilk olmakla beraber, mevcut genişliği ile klasik dalga kanallarında farklı bir
yapıdadır. Kanalın geniş yapılmasındaki amaç, incelenen fiziksel olaylarda üçüncü boyuttaki
değişiminde araştırılabilmesidir. Buna ilk örnek olarak, yukarıda bahsedilen çalışma
kapsamında su altı borusu boyunca oluşan oyulmaların incelenecek olması gösterilebilir.
İnşa edilen dalga kanalının en büyük sıkıntısı, dışarıda yapılmış olması olarak gösterilebilir.
Bu durumda, yağışlı, aşırı rüzgârlı, aşırı sıcak v.b. havalarda çalışmanın olanaksızlığını
doğurmaktadır. Ancak, laboratuvarımız bünyesinde dalga kanalını kapalı mekâna yapma
olanağı bulunmamaktadır.
Öte yandan, gerçekleştirilen dalga kanalı yalnızca bahsedilen çalışmaya hizmet etmeyecektir.
Dalgakıran kesitlerinin incelenmesi, yeni koruyucu elemanların denenmesi, eğimli kıyı
kesimlerinde sediment taşınımının araştırılması, kazık ve kazık grupları etrafındaki
oyulmaların araştırılması, değişik formlardaki kıyı yapılarına etki eden dalga basınçlarının
belirlenmesi v.b. farklı birçok araştırmanın yapılmasına olanak sağlayacak niteliktedir.
Ayrıca, son yıllarda değişen yasal düzenlemelerle birlikte yakın kıyı bölgelerinden açık deniz
ortamına taşınmaları zorunlu hale getirilen balık çiftliklerinin kafesleri bu bölgelerde daha
yoğun ve sert bir dalga etkisine maruz kalmaktadır. Bu kafeslerin açık deniz koşullarında
stabilitelerini kaybetmeden hizmet verebilmeleri için çeşitli çözüm ve önlemler
araştırılmaktadır. Bu bağlamda, bulunduğu konum itibari ile ülkemizin yetiştirici deniz balığı
potansiyeli yüksek bölgemizde bu tür sorunların ve çözüm önerilerinin deneysel olarak
- 516 -
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
incelenmesi konusunda yine gerçekleştirilen dalga kanalı hizmet verebilecek fiziksel şartlara
sahiptir.
Teşekkür
Dalga kanalının ve dalga üreteç sisteminin finansmanını, 2010.KB.FEN.023 nolu bilimsel
araştırma projesi ile sağlayan Dokuz Eylül Üniversitesi Rektörlüğüne teşekkürlerimizi sunarız.
Kaynaklar
İstanbul
Teknik
Üniversitesi
Hidrolik
“http://www.ins.itu.edu.tr/Hidrolik/lab/lab.html”
Laboratuvarı
web
sitesi
(2001)
Orta Doğu Teknik Üniversitesi Deniz Mühendisliği Araştırma Merkezi web sitesi (2011)
“http://ocean.ce.metu.edu.tr/research.html”
Technical
University
English/Research/”
of
Denmark
web
site
(2011)
“http://www.mek.dtu.dk/
Yıldız Teknik Üniversitesi Hidrolik, Kıyı Liman Laboratuvarı web
“http://www.inm.yildiz.edu.tr/anabilimdallari/hidrolik/TR/indextr.htm”
sitesi
(2011)
Download

dokuz eylül üniversitesi hidrolik laboratuvarı dalga kanalı