Islak Çevre Hesaplayıcı

Giriş

Islak çevre, hidrolik mühendislikte ve akışkan mekaniğinde kritik bir parametredir. Açık kanallarda veya kısmen dolu borularda sıvıyla temas eden kesit sınırının uzunluğunu temsil eder. Bu hesaplayıcı, trapez, dikdörtgen/kare ve dairesel borular gibi farklı kanal şekilleri için tam ve kısmi dolu durumlarda ıslak çevreyi belirlemenize olanak sağlar.

Hesaplayıcıyı Kullanma

1. Kanal şeklini seçin (trapez, dikdörtgen/kare veya dairesel boru).
2. Gerekli boyutları girin:
   • Trapez için: alt genişlik (b), su derinliği (y) ve yan eğim (z)
   • Dikdörtgen/kare için: genişlik (b) ve su derinliği (y)
   • Dairesel boru için: çap (D) ve su derinliği (y)
3. Islak çevreyi elde etmek için "Hesapla" düğmesine tıklayın.
4. Sonuç metre cinsinden görüntülenecektir.

Not: Dairesel borularda, su derinliği çapa eşit veya daha fazla ise boru tamamen dolu kabul edilir.

Girdi Doğrulaması

Hesaplayıcı kullanıcı girdileri üzerinde aşağıdaki kontrolleri yapar:

• Tüm boyutlar pozitif sayılar olmalıdır.
• Dairesel borularda su derinliği boru çapını aşamaz.
• Trapez kanallar için yan eğim sıfır veya pozitif bir sayı olmalıdır.

Geçersiz girdi tespit edilirse, bir hata mesajı görüntülenir ve hesaplama düzeltilene kadar devam etmez.

Formül

Islak çevre (P) her şekil için farklı hesaplanır:

1. Trapez Kanal: $P = b + 2y\sqrt{1 + z^2}$ Burada: b = alt genişlik, y = su derinliği, z = yan eğim

2. Dikdörtgen/Kare Kanal: $P = b + 2y$ Burada: b = genişlik, y = su derinliği

3. Dairesel Boru: Kısmen dolu borular için: $P = D \cdot \arccos(\frac{D - 2y}{D})$ Burada: D = çap, y = su derinliği

   Tamamen dolu borular için: $P = \pi D$

Hesaplama

Hesaplayıcı, kullanıcının girdisine göre bu formülleri kullanarak ıslak çevreyi hesaplar. İşte her şekil için adım adım açıklama:

1. Trapez Kanal: a. Her eğimli kenarın uzunluğunu hesaplayın: $s = y\sqrt{1 + z^2}$ b. Alt genişliği ve iki yan kenar uzunluğunu toplayın: $P = b + 2s$

2. Dikdörtgen/Kare Kanal: a. Alt genişliği ve iki kez su derinliğini toplayın: $P = b + 2y$

3. Dairesel Boru: a. y'yi D ile karşılaştırarak borunun tam veya kısmi dolu olup olmadığını kontrol edin b. Tamamen dolu ise (y ≥ D), $P = \pi D$ hesaplayın c. Kısmen dolu ise (y < D), $P = D \cdot \arccos(\frac{D - 2y}{D})$ hesaplayın

Hesaplayıcı bu hesaplamaları doğruluk sağlamak için çift duyarlıklı kayan nokta aritmetiği kullanır.

Birimler ve Hassasiyet

• Tüm girdi boyutları metre (m) cinsinden olmalıdır.
• Hesaplamalar çift duyarlıklı kayan nokta aritmetiği ile yapılır.
• Sonuçlar okunabilirlik için iki ondalık basamağa yuvarlanır, ancak iç hesaplamalar tam hassasiyeti korur.

Kullanım Alanları

Islak çevre hesaplayıcısının hidrolik mühendislikte ve akışkan mekaniğinde çeşitli uygulamaları vardır:

1. Sulama Sistemi Tasarımı: Tarımda su akışını optimize ederek ve su kaybını en aza indirerek verimli sulama kanalları tasarlamaya yardımcı olur.

2. Yağmur Suyu Yönetimi: Drenaj sistemlerinin ve sel kontrol yapılarının tasarımında akış kapasitelerini ve hızlarını doğru hesaplayarak yardımcı olur.

3. Atık Su Arıtma: Kanalizasyon ve arıtma tesisi kanallarının tasarımında doğru akış oranlarını sağlamak ve çökeltileri önlemek için kullanılır.

4. Nehir Mühendisliği: Nehir akış özelliklerini analiz etmek ve hidrolik modelleme için kritik veriler sağlayarak sel koruma önlemlerinin tasarımına yardımcı olur.

5. Hidroelektrik Projeler: Enerji verimliliğini en üst düzeye çıkararak ve çevresel etkiyi en aza indirerek hidroelektrik santral kanal tasarımlarını optimize etmeye yardımcı olur.

Alternatifler

Islak çevre hidrolik hesaplamalarda temel bir parametre olsa da, mühendisler tarafından dikkate alınan başka ilgili ölçümler de vardır:

1. Hidrolik Yarıçap: Kesit alanının ıslak çevreye oranı olarak tanımlanır ve Manning denkleminde sıkça kullanılır.

2. Hidrolik Çap: Dairesel olmayan borular ve kanallar için kullanılır, hidrolik yarıçapın dört katı olarak tanımlanır.

3. Akış Alanı: Sıvı akışının kesit alanı olup deşarj oranlarının hesaplanmasında önemlidir.

4. Üst Genişlik: Açık kanallardaki su yüzeyi genişliği, yüzey gerilimi ve buharlaşma etkilerini hesaplamak için önemlidir.

Tarihçe

Islak çevre kavramı, hidrolik mühendisliğin yüzyıllardır önemli bir parçası olmuştur. 18. ve 19. yüzyıllarda açık kanal akışı için ampirik formüllerin geliştirilmesiyle önem kazanmıştır, örneğin Chézy formülü (1769) ve Manning formülü (1889). Bu formüller, akış özelliklerini hesaplamada ıslak çevreyi temel bir parametre olarak içermiştir.

Endüstri Devrimi sırasında, su iletim sistemlerinin verimli tasarımı için ıslak çevreyi doğru belirleme yeteneği kritik hale gelmiştir. Kentsel alanlar genişledikçe ve karmaşık su yönetimi sistemlerine duyulan ihtiyaç arttıkça, mühendisler kanalları, boruları ve diğer hidrolik yapıları tasarlamak ve optimize etmek için ıslak çevre hesaplamalarına daha fazla güvenmiştir.

20. yüzyılda, akışkan mekaniği teorisindeki ve deneysel tekniklerdeki ilerlemeler, ıslak çevre ile akış davranışı arasındaki ilişkinin daha derin anlaşılmasına yol açmıştır. Bu bilgi, modern hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) modellerine entegre edilmiş, karmaşık akış senaryolarının daha doğru tahminlerini sağlamıştır.

Günümüzde, ıslak çevre hala hidrolik mühendisliğin temel bir kavramı olup, su kaynakları projelerinin, kentsel drenaj sistemlerinin ve çevresel akış çalışmalarının tasarım ve analizinde kritik bir rol oynamaktadır.

Örnekler

Farklı şekiller için ıslak çevreyi hesaplayan bazı kod örnekleri:

1' Excel VBA Fonksiyonu Trapez Kanal Islak Çevresi için
2Function TrapezoidWettedPerimeter(b As Double, y As Double, z As Double) As Double
3    TrapezoidWettedPerimeter = b + 2 * y * Sqr(1 + z ^ 2)
4End Function
5' Kullanım:
6' =TrapezoidWettedPerimeter(5, 2, 1.5)
7

1import math
2
3def circular_pipe_wetted_perimeter(D, y):
4    if y >= D:
5        return math.pi * D
6    else:
7        return D * math.acos((D - 2*y) / D)
8
9## Örnek kullanım:
10diameter = 1.0  # metre
11water_depth = 0.6  # metre
12wetted_perimeter = circular_pipe_wetted_perimeter(diameter, water_depth)
13print(f"Islak Çevre: {wetted_perimeter:.2f} metre")
14

1function rectangleWettedPerimeter(width, depth) {
2  return width + 2 * depth;
3}
4
5// Örnek kullanım:
6const channelWidth = 3; // metre
7const waterDepth = 1.5; // metre
8const wettedPerimeter = rectangleWettedPerimeter(channelWidth, waterDepth);
9console.log(`Islak Çevre: ${wettedPerimeter.toFixed(2)} metre`);
10

1public class WettedPerimeterCalculator {
2    public static double trapezoidWettedPerimeter(double b, double y, double z) {
3        return b + 2 * y * Math.sqrt(1 + Math.pow(z, 2));
4    }
5
6    public static void main(String[] args) {
7        double bottomWidth = 5.0; // metre
8        double waterDepth = 2.0; // metre
9        double sideSlope = 1.5; // yatay:dikey
10
11        double wettedPerimeter = trapezoidWettedPerimeter(bottomWidth, waterDepth, sideSlope);
12        System.out.printf("Islak Çevre: %.2f metre%n", wettedPerimeter);
13    }
14}
15

Bu örnekler, farklı kanal şekilleri için ıslak çevreyi çeşitli programlama dillerinde nasıl hesaplayabileceğinizi gösterir. Bu fonksiyonları özel ihtiyaçlarınıza göre uyarlayabilir veya daha büyük hidrolik analiz sistemlerine entegre edebilirsiniz.

Sayısal Örnekler

1. Trapez Kanal:

   • Alt genişlik (b) = 5 m
   • Su derinliği (y) = 2 m
   • Yan eğim (z) = 1.5
   • Islak Çevre = 11.32 m

2. Dikdörtgen Kanal:

   • Genişlik (b) = 3 m
   • Su derinliği (y) = 1.5 m
   • Islak Çevre = 6 m

3. Dairesel Boru (kısmen dolu):

   • Çap (D) = 1 m
   • Su derinliği (y) = 0.6 m
   • Islak Çevre = 1.85 m

4. Dairesel Boru (tamamen dolu):

   • Çap (D) = 1 m
   • Islak Çevre = 3.14 m

Kaynaklar

1. "Islak Çevre." Vikipedi, Wikimedia Foundation, https://tr.wikipedia.org/wiki/Islak_çevre. Erişim 2 Ağu. 2024.
2. "Manning Formülü." Vikipedi, Wikimedia Foundation, https://tr.wikipedia.org/wiki/Manning_formülü. Erişim 2 Ağu. 2024.