Design of Coanda intakes for optimum sediment release efficiencies and water capture performances

Abstract

Bottom type water intake structures are frequently preferred in the case of flows containing high levels of sediment in case where it is not possible to construct settling pool or if their construction costs are high. Coanda and Tyrolean type water intake structures are the most commonly used bottom type intake structures. It has been observed in a limited number of studies that Coanda type water intakes are superior to the Tyrolean type water intakes both in terms of withdrawing the design amount of flow and excluding the sediment as much as possible. However, the biggest obstacle to the widespread usage of Coanda type water intake is their complex design and difficulties of the analysis. It has been observed that there are no formula or numerical studies that calculate the water Capture Performance (WCP) and Sediment Release Efficiency (SRE) of the Coanda screens. In order to overcome this gap in the literature, six different Coanda screens have been tested for both WCP and SRE using various incoming flows and sediment compositions. The data obtained as a result of the experimental studies were analyzed using statistical analysis method and two different equations were obtained that enable to find the WCP and SRE. In a situation where the incoming flow conditions and screen parameters are known, someone can gain a preliminary knowledge about the screen performance by using these equations. As a result of this study, adding new data to the literature and eliminating the mentioned lack in the literature was aimed.

Tabandan su alma yapıları, sediment yoğunluğunun yüksek olduğu ve çökeltme havuzu benzeri yapıların inşa edilmesinin mümkün olmadığı ya da yapımlarının yüksek maliyetli olması durumlarında sıklıkla tercih edilen yapılardır. Coanda ve Tirol tipi su alma yapıları en çok tercih edilen tabandan su alma yapılarıdır. Coanda ızgaraların hem istenilen tasarım debisini çekme konusunda hem de çekilen debinin sediment ve diğer katı cisimlerden mümkün olduğunca arındırılması bakımından Tirol tipi ızgaralardan daha üstün olduğu yapılmış olan sınırlı sayıda ki çalışmalarda görülmüştür. Ancak Coanda ızgaraların kullanılması konusunda ki en büyük engel tasarım ve analizlerinin oldukça karmaşık olmasıdır. Coanda ızgaralar ile ilgili yapılmış olan önceki çalışmalar incelendiğinde her ne kadar yalnızca temiz su koşulları için ve sadece ızgaraların su çekme performansını ortaya koyan bir program olduğu görülmüş olsa da hem temiz su koşulları hem de sediment etkisini gözeterek ızgaraların su çekme performansı ve sediment uzaklaştırma verimliliğini hesaplamaya yarayan bir formül çalışmasının olmadığı görülmüştür. Literatürde ki bu eksikliği gidermek amacıyla farklı ızgara parametrelerine sahip altı Coanda ızgara değişik debiler ve sediment kompozisyonları kullanılarak su çekme performansı (WCP) ve sediment uzaklaştırma verimliliği (SRE) için test edilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen veriler sayısal analiz yöntemi kullanılarak analiz edilmiş ve su çekme performansı ve sediment geçirme verimliliğini bulmayı sağlayan iki farklı bağıntı elde edilmiştir. Akım koşulları ve ızgara parametreleri bilinen bir durumda kullanıcı bu bağıntıları kullanarak ızgara performansı hakkında bir ön bilgi edinebilmektedir. Bu çalışma neticesinde hem literatüre veri katkısı yapılmış hem de elde edilen bağıntılar sayesinde literatürde saptanan ve sözü edilen eksikliğin giderilmesi amaçlanmıştır.