Islak Çevre Hesaplayıcı

Giriş

Islak çevre, hidrolik mühendisliği ve akışkanlar mekaniğinde önemli bir parametredir. Açık kanalda veya kısmen dolu boruda akışkanla temas eden kesit sınırının uzunluğunu temsil eder. Bu hesaplayıcı, trapezler, dikdörtgenler/kareler ve dairesel borular dahil olmak üzere çeşitli kanal şekilleri için islak çevreyi belirlemenize olanak tanır, hem tamamen hem de kısmen dolu koşullar için.

Bu Hesaplayıcı Nasıl Kullanılır

1. Kanal şeklini seçin (trapez, dikdörtgen/kare veya dairesel boru).
2. Gerekli boyutları girin:
   • Trapez için: taban genişliği (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 borular için, su derinliği çapa eşit veya daha büyükse, boru tamamen dolu kabul edilir.

Girdi Doğrulama

Hesaplayıcı kullanıcı girdileri üzerinde aşağıdaki kontrolleri gerçekleştirir:

• Tüm boyutlar pozitif sayılar olmalıdır.
• Dairesel borular için, su derinliği boru çapını aşamaz.
• Trapez kanallar için yan eğim negatif olmayan bir sayı olmalıdır.

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

Formül

Islak çevre (P) her şekil için farklı şekilde hesaplanır:

1. Trapez Kanalı: $P = b + 2y\sqrt{1 + z^2}$ Burada: b = taban genişliği, 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 girdiğine dayanarak bu formülleri kullanarak islak çevreyi hesaplar. İşte her şekil için adım adım açıklama:

1. Trapez Kanalı: a. Her eğimli kenarın uzunluğunu hesaplayın: $s = y\sqrt{1 + z^2}$ b. Taban genişliğini ve iki katı yan uzunluğu ekleyin: $P = b + 2s$

2. Dikdörtgen/Kare Kanal: a. Taban genişliğini ve iki katı su derinliğini ekleyin: $P = b + 2y$

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

Hesaplayıcı, doğruluğu sağlamak için bu hesaplamaları çift hassasiyetli kayan nokta aritmetiği kullanarak gerçekleştirir.

Birimler ve Hassasiyet

• Tüm giriş boyutları metre (m) cinsinden olmalıdır.
• Hesaplamalar çift hassasiyetli kayan nokta aritmetiği ile gerçekleştirilir.
• Sonuçlar okunabilirlik için iki ondalık basamağa yuvarlanmış olarak görüntülenir, ancak iç hesaplamalar tam hassasiyeti korur.

Kullanım Alanları

Islak çevre hesaplayıcısı, hidrolik mühendisliği ve akışkanlar mekaniğinde çeşitli uygulamalara sahiptir:

1. Sulama Sistemi Tasarımı: Tarım için verimli sulama kanalları tasarlamaya yardımcı olarak su akışını optimize eder ve su kaybını en aza indirir.

2. Yağmur Suyu Yönetimi: Drenaj sistemleri ve taşkın kontrol yapılarının tasarımında akış kapasitelerini ve hızlarını doğru şekilde hesaplamaya yardımcı olur.

3. Atık Su Arıtma: Akış hızlarını sağlamak ve sedimentasyonu önlemek için kanalizasyon ve arıtma tesisi kanallarının tasarımında kullanılır.

4. Nehir Mühendisliği: Nehir akış özelliklerini analiz etmeye ve taşkın koruma önlemleri tasarlamaya yardımcı olarak hidrolik modelleme için önemli veriler sağlar.

5. Hidroelektrik Projeleri: Enerji verimliliğini maksimize etmek ve çevresel etkiyi en aza indirmek için hidroelektrik enerji üretimi için kanal tasarımlarını optimize etmeye yardımcı olur.

Alternatifler

Islak çevre hidrolik hesaplamalarda temel bir parametre olmasına rağmen, mühendislerin dikkate alabileceği diğer ilgili ölçümler de vardır:

1. Hidrolik Yarıçap: Kesit alanının islak çevreye oranı olarak tanımlanır ve açık kanal akışı için Manning denkleminde sıkça kullanılır.

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

3. Akış Alanı: Akışkan akışının kesit alanı olup, deşarj oranlarını hesaplamak için önemlidir.

4. Üst Genişlik: Açık kanallarda su yüzeyinin genişliği olup, yüzey gerilimi etkilerini ve buharlaşma oranlarını hesaplamak için önemlidir.

Tarihçe

Islak çevre kavramı, hidrolik mühendisliğinde yüzyıllardır önemli bir yer tutmaktadır. Açık kanal akışı için ampirik formüllerin geliştirilmesiyle 18. ve 19. yüzyıllarda önem kazanmıştır, örneğin Chézy formülü (1769) ve Manning formülü (1889). Bu formüller, akış özelliklerini hesaplamak için islak çevreyi anahtar bir parametre olarak içermiştir.

Sanayi Devrimi sırasında verimli su taşıma sistemlerinin tasarımı için islak çevrenin doğru bir şekilde belirlenmesi kritik hale geldi. Kent alanları genişledikçe ve karmaşık su yönetim sistemlerine olan ihtiyaç arttıkça, mühendisler kanallar, borular ve diğer hidrolik yapıları tasarlamak ve optimize etmek için giderek daha fazla islak çevre hesaplamalarına güvenmeye başladı.

20. yüzyılda, akışkanlar mekaniği teorisi ve deney tekniklerindeki ilerlemeler, islak çevre ile akış davranışı arasındaki ilişkinin daha derin bir şekilde anlaşılmasına yol açtı. Bu bilgi, modern hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) modellerine dahil edilerek karmaşık akış senaryolarının daha doğru tahmin edilmesini sağladı.

Bugün, islak çevre hidrolik mühendisliğinde temel bir kavram olmaya devam etmekte olup, su kaynakları projelerinin, kentsel drenaj sistemlerinin ve çevresel akış çalışmalarının tasarım ve analizinde önemli bir rol oynamaktadır.

Örnekler

Farklı şekiller için islak çevreyi hesaplamak için bazı kod örnekleri:

' Trapez Kanalı Islak Çevre için Excel VBA Fonksiyonu
Function TrapezoidWettedPerimeter(b As Double, y As Double, z As Double) As Double
    TrapezoidWettedPerimeter = b + 2 * y * Sqr(1 + z ^ 2)
End Function
' Kullanım:
' =TrapezoidWettedPerimeter(5, 2, 1.5)

import math

def circular_pipe_wetted_perimeter(D, y):
    if y >= D:
        return math.pi * D
    else:
        return D * math.acos((D - 2*y) / D)

## Örnek kullanım:
diameter = 1.0  # metre
water_depth = 0.6  # metre
wetted_perimeter = circular_pipe_wetted_perimeter(diameter, water_depth)
print(f"Islak Çevre: {wetted_perimeter:.2f} metre")

function rectangleWettedPerimeter(width, depth) {
  return width + 2 * depth;
}

// Örnek kullanım:
const channelWidth = 3; // metre
const waterDepth = 1.5; // metre
const wettedPerimeter = rectangleWettedPerimeter(channelWidth, waterDepth);
console.log(`Islak Çevre: ${wettedPerimeter.toFixed(2)} metre`);

public class WettedPerimeterCalculator {
    public static double trapezoidWettedPerimeter(double b, double y, double z) {
        return b + 2 * y * Math.sqrt(1 + Math.pow(z, 2));
    }

    public static void main(String[] args) {
        double bottomWidth = 5.0; // metre
        double waterDepth = 2.0; // metre
        double sideSlope = 1.5; // yatay:dikey

        double wettedPerimeter = trapezoidWettedPerimeter(bottomWidth, waterDepth, sideSlope);
        System.out.printf("Islak Çevre: %.2f metre%n", wettedPerimeter);
    }
}

Bu örnekler, farklı kanal şekilleri için islak çevreyi hesaplamanın çeşitli programlama dillerinde nasıl yapılacağını göstermektedir. Bu fonksiyonları özel ihtiyaçlarınıza uyarlayabilir veya daha büyük hidrolik analiz sistemlerine entegre edebilirsiniz.

Sayısal Örnekler

1. Trapez Kanalı:

   • Taban genişliği (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

Referanslar

1. "Wetted Perimeter." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://en.wikipedia.org/wiki/Wetted_perimeter. Accessed 2 Aug. 2024.
2. "Manning Formula." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://en.wikipedia.org/wiki/Manning_formula. Accessed 2 Aug. 2024.