Katalog

www.iku.edu.tr BİLİM KÜLTÜR VE EĞİTİM Çevre ve İnşaat Mühendisliği Problemlerinde Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Murat Aksel Yüksek Mühendis İstanbul Kültür Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü [email protected] Çevre ve inşaat mühendisliği disiplinleri, çalışma alanı gereği çok karmaşık mühendislik problemleri ile karşılaşılan mesleklerdir. Karşılaşılan zor problemler karşısında karmaşık çözümleme yöntemlerine ihtiyaç duyulur ve bunların başında da günümüzde bilgisayar destekli modelleme yöntemi gelmektedir. Çevre ve inşaat mühendisliği problemlerinin kabaca ortaklaştığı ve bir akışkan ortamında gerçekleşen problemler aşağıdaki gibidir. • Su Ortamındaki Problemler (Baraj ve Su Yapıları Hidroliği, Kıyı Tesislerinin Performansı, Dalga Mekaniği, İçme Suyu ve Atıksu Arıtımı, İçmesuyu Dağıtım ve Kullanılmış Suların Toplanması Problemleri, Alıcı Ortam Deşarjları, Deniz Suyu Arıtımı, vb.) Şekil 1. Terfi İstasyonundaki Türbülans Modellemesi CBT 141913 / 30 Mayıs 2014 • Hava Ortamındaki Problemler (Bina Rüzgâr Performansı, Rüzgâr Yaya Konforu İlişkisi, Kirletici Gazların, Tozları ve Diğer Havaya Yayılan Kirleticilerin Arıtımı ve Kontrolü, İç ve Dış Ortam Kirletici Taşınımı, İç ve Dış Ortamların İnsan ve Çevre Üzerine Etkileri, vb.) Bilgisayar teknolojisinin hızlı gelişimi ve başta otomotiv, uzay teknolojileri, savunma ve havacılık sektörleri için geliştirilen modelleme teknolojilerinin bugün artık farklı mühendislik disiplinlerince de kullanılabilmesine olanak sağlamaktadır. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) adı verilen yöntem yardımıyla günümüzde pek çok akışkan ortamı içerisinde gerçekleşen karmaşık problemler deneysel çalışmalara gerek kalmadan ve analitik denklemlerdeki kabuller sebebiyle yapılan hataları minimize edecek şekilde çö zümlenebilmektedir. Bu durumda daha önce belirtilmiş problemlerinin çözümlenmesinde HAD kullanılması hem zamandan hem de ekonomiden tasarruf sağlayacak olup daha doğru ve gerçekçi tasarımlara ve problem çözümlerine olanak sağlayacaktır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği; her türlü akışkanın her türlü ortam koşulunda genellikle NavierStokes hareket denklemlerini temel alarak süreklilik, momentum ve enerji denklemlerinin de yardımıyla akışkanın herhangi bir andaki ve konumdaki tüm özelliklerinin hesaplanması yönte Şekil 2. Bir Yapı Kompleksinin Çevresinde Hava Hareketlerinin Modellenmesi midir. Ne kadar çok denklem ve parametre yöntemin içine dahil edilirse çözüm o ölçüde gerçeğe yakın olacaktır. Ancak gerek bilgisayar altyapısının yetersizliği, gerek zaman sınırlamaları bazı kabullerin yapılmasına ve probleme göre metod seçilmesine neden olmaktadır. Bir kanat etrafında akımın hesaplanması için ilk HAD kullanımı 1930’lu yıllarda başlamıştır. Hesaplamalar önceki zamanlarda kağıt üzerinde yapılırken günümüzde süper bilgisayarlara taşınmıştır. Şekil 3. Bir Kıyı Tesisinin Dalga Yükleri Altındaki Performansı Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi, ralmaktadır. Bu çalışmaların büyük bir çoğunluğu • Hidrolik Makina, Uzay, Havacılık ve Savunma Sanayisi alan• Uzay larında yapılmıştır. • Savunma Çevre mühendisliği ve inşaat mühendisliği prob• Havacılık lemlerinde HAD kullanımı ülkemizde de yavaş yavaş • Kıyı ve Liman Tasarımı kullanılmaya başlanmıştır. Verim ve performans kont• Enerji rolleri HAD yöntemi kullanılarak tasarım aşamasında • Çevre yapılması hem ekonomik hem de zamansal olarak faykonularında tüm dünyada sıklıkla kullanılmak da sağlayacak olup inşa edilecek tesisin kullanım ömrü tadır. boyunca yaşanabilecek olumsuzlukların tespitinde de Ülkemizde pahalı bir yatırım olan arıtma tesisleri, yararlı olacaktır. kıyı tesisleri, dinlence tesisleri vb. akışkan ile performansı etkilenen yapıların tasarım sürecinde ne kadar KAYNAKLAR detaylı bir çalışma yürütülebilirse tesislerin verimi o 1ANSYSFLUENT Customer Portal derece artacak olup, ayrıca tasarım sürecinde HAD 2 D.Y. Arifin, K. Sivalingam and R. yöntemleri kullanılarak incelendiğinde ileride karşıla Woodling,Siemens: The Role of CFD in Water şılabilecek problemlere de daha tasarım aşamasınday Treatment, IWA SIWW, 2012. ken çözüm üretilebilir. 3 Dikmen, S.Ü., Aksel, M., Yiğit, S., Sönmez, M., Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemiyle sa Şener, B., “Yüksek Yapı Çalışmalarında Bir Verimlilik yısal modelleme tüm dünyada artık temel bir çalışma Faktörü: Rüzgar”, eJournal of New World Sciences alanı olarak kabul edilmektedir. Dünya genelinde Academy, 2012, Volume: 7, Number: 1, Article hesaplamalı akışkanlar dinamiği üzerine yapılan aka Number: 1A0281 demik çalışmaların içerisinde Türkiye’nin yeri İran, 4 Wols, B., CFD in Drinking Water Treatment. Yunanistan ve Singapur’dan da geride 24. sırada ye5 Thomson Rueters webofknowledge