Deneyler Sırasında Ölçülen Parametreler ve Ölçüm Sistemleri

Gerçekleştirilen deneyler boyunca su profili zaman serileri (dalga zaman serileri), Yapının çeşitli noktalarında dinamik basınç zaman serileri ve hazne çıkış borusu çıkışında 3 boyutlu akım hızları zaman serileri ölçülmüş ve kaydedilmiştir. Bu amaçla kullanılan yöntemler ve sistemler aşağıda açıklanmıştır. Deneylerin yapıldığı kanal, model ve deneyler sırasında kayıtların alındığı sistemler aşağıda Şekil 5.2 de görülmektedir.

5.4.1 Dalga zaman serileri ölçme ve kaydetme sistemi

Dalga zaman serilerinin ölçülmesi için HR Wallingford tarafından imal edilen 3 adet “direnç tipi seviye ölçer” ve 8 kanallı bir “dalga monitörü” kullanılmış, veriler 20 Hz örnekleme sıklığında bir A/D (analog-dijital) dönüştürücü kart yardımıyla bilgisayara kaydedilmiştir.

Direnç tipi seviye ölçerler, sabit bir besleme voltajını suyun içinde bulundukları noktadaki seviye değişimleriyle lineer olarak değişen bir oranda ileterek seviyenin zamanla değişimini ölçme prensibine dayanmaktadırlar (Şekil 5.3). Dalga monitörü ise seviye ölçerleri sabit bir doğru akım voltajıyla besleyerek, geri beslenen verinin lineerliğini sağlar. Dalga monitöründen A/D karta iletilen analog voltaj sinyalleri, İ.T.Ü.’de geliştirilen bir yazılım ile kaydedilmiş ve deneylerden önce elde edilen kalibrasyon eğrilerine göre dalga zaman serisi değerlerine dönüştürülmüştür (Ünal, 1996). Örnek bir kalibrasyon eğrisi Şekil 5.4’te verilmiştir.

Şekil 5.3 : Deneylerde kullanılan bir direnç tipi dalga ölçerin kanala monte halde görünümü.

Deneylerde kullanılan 3 adet seviye ölçer dalga kanalını ortalayacak şekilde model yapının önyüzünden itibaren sırasıyla 6 cm; 38 cm ve 6,00 m uzaklığa yerleştirilmiştir. Aralarındaki eşit olmayan mesafeler dolayısıyla veri kaydında

ortaya çıkan faz farkı dalga serilerinde yapıya gelen ve yapıdan yansıya dalga bileşeninin belirlenmesinde faydalı olmaktadır. (Goda ve Suzuki 1976)

Şekil 5.4 : Seviye ölçerlerin DC Voltaj-Su seviyesi ilişkisini gösteren örnek kalibrasyon grafiği ve lineer regresyon parametreleri.

5.4.2 Basınç zaman serileri ölçme ve kaydetme sistemi

Basınç zaman serilerinin ölçülmesi için 4 adet “piyezoelektrik algılayıcı tipte basınçölçer” kullanılmış, veriler Agilent tarafından imal edilen bir veri kaydedici2 vasıtasıyla 32 Hz örnekleme sıklığı ile bir kişisel bilgisayara kaydedilmiştir.

Kullanılan basınçölçerler (direnç tipi seviye ölçerlere benzer şekilde) sabit bir DC voltajıyla beslenmekte ve basıncın artmasıyla lineer olarak değişen bir voltaj sinyali vermektedirler. 0~1 Bar (0~100 kPa) arasında lineerliğini kaybetmeden ölçüm yapabilmek üzere fabrika çıkışında kalibre edilmiş bu basınçölçerler atmosfer basıncına “rölatif” olarak okuma yapmaktadırlar. Yine de bu basınçölçerlerin lineerliği deneylere başlanmadan önce bir “hidrostatik basınç testi” ile teyit edilmiş, karesi 1’e çok yakın olan lineer korelasyon katsayıları bulunmuştur. Basınçölçerlerden gelen analog voltaj sinyali ayrı bir modül olan veri kaydedici cihazla dijitale çevrilerek bir kişisel bilgisayara aktarılmakta ve kaydedilmektedir. Model üzerine monte edilen basınç ölçerler Şekil 5.5’te görülebilir.

y = 2.6422x - 0.0987 R2 = 1 y = 1.3827x - 0.1305 R2 _{= 0.9996} y = 2.7427x + 0.0119 R2 _{= 0.9999} y = 1.3719x - 0.0387 R2 = 0.9993 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 -6 -4 -2 0 2 4 6Volt Su Se v iy e s i (c m )

Şekil 5.5: Model önünde ve içinde bulunan 3 adet seviyeölçer ve modele monteli haldeki basınçölçerlerin kanal içerisinden görünümü.

5.4.3 Debi ölçüm sistemi

Sistemin temel tasarım parametrelerinden olan çıkış debisinin, deneylerin yapıldığı model üzerinde ölçülebilmesi için ilk etapta bir debimetre temini öngörülmüştür. Ancak çeşitli üretici ve tedarikçi firmalar ile yapılan görüşmeler sonucunda, ihtiyaç duyulan özellikleri taşıyan ve deney ortamındaki koşullara uygun olan bir sistem bulunamamıştır. Bu duruma çözüm olarak, dalga aşması ile yapı içerisine giren suyun bir şekilde kanal dışına alınıp doğrudan hacimsel ölçümlerle debinin bulunması veya çıkış borusunun ucunda akım hızının ölçülmesi yoluyla debinin belirlenmesi yöntemleri düşünülmüştür. Birinci yöntem hem karmaşık borulamalar gerektireceği için, hem de özellikle düzensiz dalgalar ile yapılan uzun süreli deneylerde veya aşma debisinin büyük olduğu dalga ve yapı koşullarında kanal içerisindeki su seviyesinin de değişmesine yol açacağı için tercih edilmemiştir. İ.T.Ü. İnşaat Fakültesi Hidrolik laboratuarında, 3 boyutlu, akustik hızölçerlerin mevcut ve uzun süredir sorunsuz bir şekilde kullanılıyor olması da hız ölçümünün seçilmesinde etken olmuştur. Bu yöntemde en önemli dezavantaj, boru çıkışında sadece noktasal ölçüm yapılabilmesidir. Bu noktasal hız değerleri kullanılarak debi hesabına geçilebilmesi için akımın boru enkesitindeki hız dağılımının bilinmesi gereklidir. Bu hız dağılımının belirlenebilmesi ilave ölçümler yapılması gerekli olmuştur. Bu ölçümlerde, deney sırasındaki koşulları olabildiğince benzeştirmek için hazneyi

doldurabilen özellikte bir dalga serisi seçilip suyun durgun olduğu halden başlayarak bu dalga serisi sisteme gönderilmiştir. Haznenin dolması sağlandıktan sonra da dalga durdurularak haznenin tekrar boşalması sağlanmıştır. Bu şekilde, boru çıkışındaki farklı noktalar için, haznenin dolması, dolu olarak maksimum debinin geçmesi, ve tekrar boşalması halleri için sürekli hız-zaman serisi kayıtları alınmıştır.

Yapılan ölçümlerin sonucunda, akım hızlarının düşük olması nedeniyle, hız dağılımının uniforma yakın olduğu görülmüştür (Şekil 5.6). Bu da noktasal hız ölçümünden yola çıkarak debi hesabının yapılmasındaki hata payını en aza indirecektir.

Hız ölçümlerinde Nortek A.S. tarafından üretilmiş olan “Vectrino” laboratuar tipi akustik hız ölçer kullanılmıştır. Ölçümler sırasında cihazın veri alma sıklığı 50 Hz olacak şekilde ayarlanmıştır.

Şekil 5.6 : Sabit yük altında, modelin çıkışında düşey eksendeki akış hızı dağılımı.

5.4.4 Hazne içerisindeki su seviyesinin ölçülmesi

Hazne içerisindeki su seviyesi hem hazne tabanına yerleştirilmiş olan bir basınçölçer hem de hazne içerisine yerleştirilmiş olan bir direnç tipi seviyeölçer kullanılarak zaman serisi şeklinde ölçülmüş ve kaydedilmiştir. Deney sonuçları üzerinde yapılan ilk değerlendirmelerde basınçölçerin ve seviyeölçerin kaydettikleri değerler arasında yüksek korelasyon olduğu görülmüştür. Eş zamanlı olarak yapılan yüksek

Boru Çıkışı Hız Profili 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 0 20 40 60 80 100 120 Ortalama Akım Hızı (cm/sn) D ü ş e y K o n u m ( c m )

çözünürlüklü (high definition HD) video kayıtları da hazne içerisindeki su yüzü profilini göstermektedir. Şekil 5.7’de örnek bir ekran görüntüsü verilmiştir.

Şekil 5.7 : Deneyler sırasındaki kayıtlardan alınmış örnek ekran görüntüsü.

Şekil 5.8 : Dalga, hız ve basınç verilerini ölçmekte ve kaydetmede kullanılan sistemlerin görünümü.