Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Wizualna charakterystyka początkowego ruchu cząstek w regularnych podłożach: od warunków laminarnych do turbulentnych

8.4K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/57238

⸱

22 lutego 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Institute of Fluid Mechanics, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, 2Institute of Chemical Reaction Engineering, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, 3Institute of Bioprocess Engineering, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, 4Institute of Fluid Mechanics, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)

W tym artykule

Podsumowanie

Prezentowane są dwie różne metody charakteryzowania początkowego ruchu cząstek pojedynczego koralika jako funkcji geometrii złoża osadu od przepływu laminarnego do turbulentnego.

Streszczenie

Przedstawiono dwie różne eksperymentalne metody określania progu ruchu cząstek jako funkcji właściwości geometrycznych złoża od warunków przepływu laminarnego do turbulentnego. W tym celu bada się początkowy ruch pojedynczego koralika na regularnych podłożach, które składają się z monowarstwy stałych kul o jednolitym rozmiarze, które są regularnie ułożone w symetrie trójkątnym i kwadratowym. Próg jest scharakteryzowany przez krytyczną liczbę tarcz. Kryterium początku ruchu definiuje się jako przemieszczenie z pierwotnego położenia równowagi do sąsiedniego. Przemieszczenie i tryb ruchu są identyfikowane za pomocą systemu obrazowania. Przepływ laminarny jest indukowany za pomocą reometru rotacyjnego z równoległą konfiguracją dysku. Liczba Reynoldsa przy ścinaniu pozostaje poniżej 1. Przepływ turbulentny jest indukowany w tunelu aerodynamicznym o niskiej prędkości z otwartą sekcją testową strumienia. Prędkość powietrza jest regulowana za pomocą przetwornicy częstotliwości na wentylatorze dmuchawy. Profil prędkości jest mierzony za pomocą sondy z gorącym drutem podłączonej do anemometru z gorącym filmem. Liczba Reynoldsa przy ścinaniu waha się od 40 do 150. Logarytmiczne prawo prędkości i zmodyfikowane prawo ściany przedstawione przez Rottę są wykorzystywane do wnioskowania o prędkości ścinania na podstawie danych eksperymentalnych. To ostatnie jest szczególnie interesujące, gdy ruchoma stopka jest częściowo narażona na przepływ turbulentny w tzw. hydraulicznie przejściowym reżimie przepływu. Naprężenie ścinające jest szacowane na początku ruchu. Niektóre wyniki ilustracyjne pokazujące silny wpływ kąta usypienia i narażenia ściegu na przepływ ścinający są reprezentowane w obu reżimach.

Wprowadzenie

Początkowy ruch cząstek występuje w szerokim zakresie procesów przemysłowych i naturalnych. Przykłady środowiskowe obejmują między innymi początkowy proces transportu osadów w rzekach i oceanach, erozję dna lub powstawanie wydm 1,2,3. Transport pneumatyczny4, usuwanie zanieczyszczeń lub czyszczenie powierzchni5,6 to typowe zastosowania przemysłowe, w których występuje ruch cząstek.

Ze względu na szeroki zakres zastosowań, początek ruchu cząstek był intensywnie badany przez ponad sto lat, głównie w burzliwych warunkach7,8,9,10,11,12,13,14,15. Zastosowano wiele eksperymentalnych podejść do określenia progu początku ruchu. Badania obejmują takie parametry, jak cząstka Reynolds number13,16,17,18,19,20, względne zanurzenie przepływu21,22,23,24 lub Czynniki geometryczne jako kąt usypu16,18,25, ekspozycja na przepływ26,27,28,29, względny występ ziarna29 lub nachylenie koryta w strumieniu30.

Aktualne dane dotyczące progu, w tym warunków burzliwych, są szeroko rozproszone12,31, a wyniki często wydają się niespójne24. Wynika to głównie z nieodłącznej złożoności kontrolowania lub określania parametrów przepływu w warunkach turbulentnych13,14. Poza tym próg ruchu osadu silnie zależy od trybu ruchu, tj. przesuwania, toczenia lub podnoszenia17 oraz kryterium charakteryzującego początkowy ruch31. To ostatnie może być niejednoznaczne w erodowalnym złożu osadów.

W ciągu ostatniej dekady eksperymentalni badacze badali początkowy ruch cząstek w przepływach laminarnych32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44, gdzie unika się szerokiego spektrum skal długości oddziałujących z łożem45. W wielu praktycznych scenariuszach zakładających sedymentację, cząstki są dość małe, a liczba Reynoldsa pozostaje niższa niż około 546. Z drugiej strony, przepływy laminarne są w stanie generować wzory geometryczne, takie jak zmarszczki i wydmy, tak jak robią to przepływy burzliwe42,47. Wykazano, że podobieństwa w obu schematach odzwierciedlają analogie w leżącej u ich podstaw fizyce47, więc ważny wgląd w transport cząstek można uzyskać z lepiej kontrolowanego systemu eksperymentalnego48.

W przepływie laminarnym, Charru i in. zauważyli, że lokalne przegrupowanie ziarnistego łoża o jednakowej wielkości koralików, tak zwane zbrojenie łoża, spowodowało stopniowe zwiększanie progu rozpoczęcia ruchu, aż do osiągnięcia warunków nasycenia32. Literatura ujawnia jednak różne progi dla warunków nasycenia w nieregularnie ułożonych pokładach osadów w zależności od konfiguracji eksperymentalnej36,44. To rozpraszanie może wynikać z trudności w kontrolowaniu parametrów cząstek, takich jak orientacja, poziom wypukłości i zwartość osadów.

Głównym celem tego manuskryptu jest szczegółowe opisanie sposobu charakteryzowania początkowego ruchu pojedynczych sfer w funkcji właściwości geometrycznych poziomego złoża osadów. W tym celu stosujemy geometrie regularne, składające się z monowarstw stałych koralików regularnie ułożonych według konfiguracji trójkątnych lub kwadratowych. Regularne podłoża podobne do tych, których używamy, można znaleźć w takich zastosowaniach, jak szablonowe składanie cząstek w testach mikroprzepływowych49, samoorganizacja mikrourządzeń w ograniczonych geometriach strukturalnych50 lub wewnętrzny transport cząstkowy w mikrokanałach51. Co ważniejsze, użycie zwykłych podłoży pozwala nam podkreślić wpływ lokalnej geometrii i orientacji oraz uniknąć wszelkich wątpliwości co do roli sąsiedztwa.

W przepływie laminarnym zaobserwowaliśmy, że krytyczna liczba osłon wzrasta o 50% tylko w zależności od odstępów między sferami podłoża, a tym samym od ekspozycji koralika na przepływ38. Podobnie, odkryliśmy, że krytyczna liczba osłon zmieniała się nawet dwukrotnie, w zależności od orientacji podłoża w kierunku przepływu38. Zauważyliśmy, że nieruchomi sąsiedzi wpływają na początek ruchomego koralika tylko wtedy, gdy znajdują się bliżej niż około trzech średnic cząstek41. Na podstawie wyników eksperymentu zaprezentowaliśmy niedawno rygorystyczny model analityczny, który przewiduje krytyczną liczbę osłon w pełzającym limicie przepływu40. Model obejmuje początek ruchu od mocno naświetlonych do ukrytych koralików.

Pierwsza część tego manuskryptu dotyczy opisu procedury eksperymentalnej stosowanej w poprzednich badaniach przy liczbie Reynoldsa, Re*, mniejszej niż 1. Przepływ laminarny jest indukowany za pomocą reometru rotacyjnego o konfiguracji równoległej. W tym niskim limicie liczby Reynoldsa cząstka nie powinna doświadczać żadnych wahań prędkości20, a system dopasowuje się do tak zwanego płynnego hydraulicznie przepływu, w którym cząstka jest zanurzona w lepkiej podwarstwie.

Gdy początkowy ruch przy przepływie laminarnym zostanie ustalony, rola turbulencji może stać się bardziej jasna. Kierując się tą ideą, wprowadzamy nowatorską procedurę eksperymentalną w drugiej części protokołu. Korzystając z tunelu aerodynamicznego o niskiej prędkości w Getyndze z otwartą sekcją testową strumienia, można określić krytyczną liczbę osłon w szerokim zakresie Re*, w tym przepływu hydraulicznego przejściowego i reżimu turbulentnego. Wyniki eksperymentów mogą dostarczyć ważnych informacji na temat tego, jak siły i momenty obrotowe działają na cząstkę w wyniku przepływu turbulentnego w zależności od geometrii podłoża. Poza tym, wyniki te mogą być wykorzystane jako punkt odniesienia dla bardziej zaawansowanych modeli przy wysokim Re* w podobny sposób, w jaki wcześniejsze prace nad przepływem laminarnym zostały wykorzystane do zasilania modeli półprobabilistycznych52 lub do walidacji najnowszych modeli numerycznych53. Prezentujemy kilka reprezentatywnych przykładów zastosowań na Re* w zakresie od 40 do 150.

Kryterium początkowym jest ruch pojedynczej cząstki od jej początkowego położenia równowagi do następnego. Przetwarzanie obrazu służy do określenia trybu początku ruchu, tj. toczenia, przesuwania, podnoszenia39,41. W tym celu wykrywany jest kąt obrotu ruchomych kul, które zostały ręcznie oznaczone. Algorytm śledzi położenie znaków i porównuje je ze środkiem kuli. Przeprowadzono wstępny zestaw eksperymentów w obu konfiguracjach eksperymentalnych, aby wyjaśnić, że krytyczna liczba osłon pozostaje niezależna od efektów skończonej wielkości konfiguracji i względnego zanurzenia przepływu. Metody eksperymentalne są zatem zaprojektowane tak, aby wykluczyć wszelkie inne parametry zależne od krytycznej liczby Shields poza Re* i właściwości geometrycznych złoża osadu. Re* jest zróżnicowany przy użyciu różnych kombinacji cząstek płynu i cieczy. Krytyczna liczba Shields jest scharakteryzowana jako funkcja stopnia pochówku, figure-introduction-1, zdefiniowane przez Martino et al.37 as figure-introduction-2 gdzie figure-introduction-3 jest kątem spoczynku, czyli krytycznym kątem, przy którym zachodzi ruch54, oraz figure-introduction-4 oznacza stopień ekspozycji, zdefiniowany jako stosunek pola przekroju poprzecznego faktycznie wystawionego na działanie przepływu do całkowitego pola przekroju poprzecznego ruchomego stopki.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Początkowy ruch cząstek w granicy pełzającego przepływu.

UWAGA: Pomiary są przeprowadzane w reometrze rotacyjnym, który został zmodyfikowany dla tego konkretnego zastosowania.

  1. Przygotowanie reometru.
    1. Podłącz dopływ powietrza do reometru, aby uniknąć uszkodzenia łożysk powietrznych. Otwórz zawór obok filtrów powietrza, aż do osiągnięcia ciśnienia około 5 barów w układzie.
    2. Podłącz cyrkulator płynu do płytki pomiarowej. Upewnij się, że węże elementu Peltiera są podłączone do reometru. Włączyć cyrkulator płynu i ustawić żądaną temperaturę (20 °C).
    3. Zamontuj dostosowany pojemnik zawierający zwykły substrat na reometrze.
      1. Wyjmij zwykłe podłoże z pojemnika i dokładnie wyczyść powierzchnię wodą destylowaną. Osusz powierzchnię ściereczką do czyszczenia soczewek i usuń ewentualne resztki kurzu za pomocą dmuchawy.
        UWAGA: Podłoża regularne to monowarstwy o wymiarach 15 x 15mm2 zbudowane z kulistych kulek ze szkła sodowo-wapniowego o wielkości (405,9 ± 8,7) μm.
      2. Za pomocą taśmy dwustronnej o grubości 0,4 mm przymocuj zwykłe podłoże do pojemnika, upewniając się, że środek podłoża znajduje się w odległości 21 mm od osi skrętu.
      3. Umieść niestandardowy adapter na płytce reometru.
      4. Zamontuj niestandardowy okrągły pojemnik w płycie, upewniając się, że płaska przednia część jest skierowana w stronę systemu obrazowania przeznaczonego do nagrywania bocznego.
        UWAGA: Upewnij się, że pojemnik jest całkowicie poziomy w stosunku do poziomu wody (0.6 mm/m). W tym celu należy ustawić poziom wody na pojemniku równolegle do tylnej części urządzenia i wypoziomować go za pomocą nóżek regulowanych reometrem. Powtórz procedurę, obracając poziom wody o 90 stopni.
    4. Włączyć reometr. Poczekaj, aż procedura uruchamiania zostanie zakończona, a na ekranie urządzenia pojawi się stan "ok".
    5. Uruchom komputer i oprogramowanie reometru. Zainicjuj reometr i ustaw regulator temperatury z panelu sterowania oprogramowania na żądaną wartość (20 °C).
    6. Zamontuj niestandardowy system pomiarowy. Ustaw przerwę zerową z oprogramowania.
      UWAGA: Przed ustawieniem szczeliny zerowej należy upewnić się, że na podłożu nie ma ruchomych kulek i że krawędzie podłoża nie są zagięte. Błąd w ustawieniu szczeliny zerowej doprowadzi do błędu systematycznego w obliczeniach szybkości ścinania, a tym samym w późniejszym pomiarze krytycznej liczby osłon. Przy obliczaniu krytycznej liczby osłon przyjmuje się niepewność bezwzględną wynoszącą 0,05 mm szerokości szczeliny.
    7. Podnieś płytkę pomiarową na 30 mm i wyjmij ją.
    8. Napełnij pojemnik około 70 ml oleju silikonowego o stężeniu 100 mPa·s. Upewnij się, że poziom płynu w pojemniku utrzymuje się powyżej 2 mm. Olej silikonowy nie powinien pokrywać górnej części przezroczystej płytki. Odczekaj około 15-20 minut na równowagę termiczną. W tym czasie należy wyregulować systemy obrazowania (patrz krok 2 w protokole).
      UWAGA: Temperatura, która jest tutaj ustalona na (295,15 ± 0,5) K, jest kontrolowana za pomocą elementu Peltiera podłączonego do reometru i mierzona za pomocą zewnętrznego termometru. Podczas eksperymentów obserwuje się wahania poniżej 0,5 K.
  2. Regulacja systemu obrazowania.
    1. Włącz lampę ksenonową łukową o mocy 300 W. Wyreguluj elastyczny światłowód, aby oświetlić koralik z boku przez przezroczyste ścianki pojemnika.
    2. Dostosuj natężenie światła LED, aby uniknąć silnego odbicia światła od podłoża.
    3. Wyreguluj system obrazowania przeznaczony do rejestrowania ruchu cząstek od góry przez przezroczystą płytkę pomiarową.
      1. Uruchom oprogramowanie do obrazowania z komputera i wybierz profil monochromatyczny w oknie startowym.
      2. Otwórz kamerę CMOS 768 x 576 systemu obrazowania zainstalowanego w górnej części kontenera. Rozpocznij transmisję wideo na żywo.
      3. Dostosuj etap pozycjonowania poziomego, aż pozycja odniesienia, która została wcześniej zaznaczona na środku podłoża, pojawi się na środku obrazu.
      4. Dostosuj stolik pozycjonowania w pionie, aby ustawić ostrość na podłożu.
      5. Umieścić ostrożnie oznaczoną kulę ze szkła sodowo-wapniowego o średnicy (405.9 ± 8.7) μm.
      6. Upewnij się, że co najmniej jeden ze znaków jest umieszczony w odległości około 75% promienia ściegu lub większej od osi obrotu. Jeśli tak nie jest, przesuń ręcznie płytkę pomiarową, aby uzyskać ruch koralika do następnej pozycji równowagi (patrz Rysunek 2(a) jako odniesienie).
        UWAGA: Aby zapewnić prawidłowe monitorowanie podczas ruchu, ruchome koraliki są oznaczone kilkoma punktami oddalonymi od siebie o około 45° (patrz Rysunek 3(a)). Kod zawiera prostą instrukcję przepływu sterowania, aby zminimalizować błędne przypisanie znaku w celu obliczenia kąta obrotu. Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z Agudo i wsp. 201739.
      7. Otwórz okno dialogowe, w którym możesz ustawić parametry kamery i ustaw liczbę klatek na sekundę do 30 kl./s. Dostosuj czas ekspozycji, aby upewnić się, że znaczniki są prawidłowo odróżnione od obwodu ściegu.
        UWAGA: Kula ze szkła sodowo-wapniowego zanurzona w oleju silikonowym o natężeniu 100 mPa·s potrzebuje około 4 sekund, aby przesunąć się z pozycji wyjściowej do zlewni do sąsiedniej pozycji równowagi. W związku z tym liczba klatek na sekundę wynosząca 30 kl./s pozwala na niepewność mniejszą niż 1%.
    4. Zamontuj płytkę pomiarową do reometru.
    5. Ustaw odległość pomiarową na 2 mm.
      UWAGA: Ostrość górnego aparatu musi być nieznacznie wyregulowana ze względu na obecność płyty z pleksiglasu.
    6. Wyreguluj system obrazowania przeznaczony do rejestrowania ruchu cząstek z boku przez przezroczyste szkiełko mikroskopowe.
      1. Otwórz kamerę CMOS o rozdzielczości 4912 x 3684 w systemie obrazowania zainstalowanym z przodu kontenera i uruchom wideo na żywo.
      2. Dostosuj stolik pozycjonowania pionowego i poziomego umieszczony równolegle do reometru, aż zaznaczony koralik pojawi się na środku obrazu.
      3. Wyreguluj modułowy obiektyw zmiennoogniskowy tak, aby pole widzenia obejmowało górną powierzchnię podłoża, ścieg i dolną część tarczy pomiarowej.
      4. Dostosuj stolik pozycjonowania poziomego umieszczony prostopadle do reometru, aby ustawić ostrość na koraliku.
      5. Otwórz okno dialogowe, w którym możesz ustawić parametry kamery i ustaw liczbę klatek na sekundę do 30 kl./s.
  3. Określ krytyczną prędkość obrotową dla początku ruchu.
    1. Zwiększ liniowo prędkość obrotową, n, od 0,02 do 0,05 obrotów na sekundę w małych krokach co 0,00025 obrotów na sekundę za pomocą oprogramowania reometru.
      1. W oknie pomiaru kliknij dwukrotnie komórkę dla typu sterowania i edytuj zakres prędkości od 0,02 do 0,05 obrotów na sekundę.
      2. Kliknij dwukrotnie ustawienie czasu i wprowadź liczbę punktów pomiaru, 60, oraz czas trwania każdego pomiaru, 5 s.
      3. Ustaw tabelę przedstawiającą prędkość obrotową w funkcji czasu.
    2. Otwórz wideo na żywo z górnej i bocznej kamery. Rozpocznij nagrywanie sekwencji wideo z obu kamer za pomocą oprogramowania do przetwarzania obrazu.
    3. Rozpocznij pomiar za pomocą oprogramowania reometru.
      UWAGA: Zaleca się wstępny eksperyment z większym rozmiarem kroku przed krokiem 1.3.1.1 w celu przybliżonego oszacowania zakresu prędkości, przy którym nastąpi początkowy ruch. W odległości 21 mm od osi skrętu i przy użyciu oleju silikonowego o natężeniu 100 mPa·s szklany koralik porusza się z prędkością obrotową około 0,035 obrotu na sekundę. W związku z tym zakres od 0,02 do 0,05 obrotu na sekundę wydaje się odpowiedni dla eksperymentu.
    4. Przyjrzyj się uważnie wideo na żywo od góry lub z boku kamery i zatrzymaj pomiar, gdy koralik przemieści się z pozycji równowagi. Zwróć uwagę na prędkość, z jaką koralik przecina oddzielną część do sąsiedniego położenia równowagi. Podana prędkość obrotowa reprezentuje krytyczną prędkość obrotową, nC. Zatrzymaj sekwencje wideo.
      UWAGA: Upewnij się, że rozmiar kroku jest na tyle mały, aby wzrost prędkości w przedziale czasu, w którym ścieg wymaga przesunięcia się z pozycji początkowej do sąsiedniej, nie obejmował więcej niż 1% wartości krytycznej.
    5. Umieść koralik z powrotem w pierwotnym położeniu. Można to zrobić, ręcznie przesuwając obracającą się płytę, aż koralik przesunie się o jedną pozycję do tyłu. Powtórz eksperyment pięć razy, zwracając uwagę na średnią prędkość krytyczną i odchylenie standardowe.
    6. Powtórz kroki od 1.3.1 do 1.3.5 z innym oznaczonym ściegiem w 2 sąsiednich pozycjach do środka podłoża.
  4. Analizowanie danych.
    1. Określ tryb ruchu: przeanalizuj sekwencję obrazów wcześniej zarejestrowanych z góry lub z boku za pomocą algorytmu opisanego w Agudo et al. 201739.
    2. Określ krytyczną liczbę osłon i liczbę Reynoldsa ścinania.
      1. Uzyskaj krytyczną liczbę osłon z następującego równania40
        figure-protocol-1 (1)
        gdzie figure-protocol-2 uzyskano z kroku 1.3.4, figure-protocol-3 to lepkość kinematyczna, figure-protocol-4 i figure-protocol-5 to odpowiednio gęstości cząstek i cieczy, figure-protocol-6to przyspieszenie ziemskie i figure-protocol-7 to średnica ruchomego koralika, wszystkie znane. figure-protocol-8 to szerokość szczeliny, zdefiniowana jako odległość od wierzchołka kulek podłoża do płytki pomiarowej, tj. 2 mm, a r to odległość promieniowa cząstki od osi skrętu, tj. 21 mm.
      2. Uzyskaj liczbę Reynoldsa ścinania, Re* na podstawie prędkości ścinania, z następujących równań:
        figure-protocol-9 (2)
    3. Powtórz procedurę od 1.1.3 do 1.4.2, używając innego zwykłego podłoża.
    4. Stosować różne gęstości ściegów i różne lepkości płynów, aby pokryć szeroki zakres Re* od warunków pełzającego przepływu do 1.

2. Początkowy ruch cząstek w hydraulicznie przejściowym i szorstkim reżimie turbulentnym.

UWAGA: Pomiary są przeprowadzane w dostosowanym tunelu aerodynamicznym o niskiej prędkości z otwartą sekcją testową typu Getynga.

  1. Przygotowanie systemu obrazowania.
    1. Zamocuj podłoże kwadratowe na środku sekcji testowej.
    2. Umieść 5 mm listwę z tlenku glinu uprzednio oznaczoną w żądanej pozycji początkowej (110 mm od krawędzi natarcia i 95 mm od krawędzi bocznej).
    3. Podłącz szybkotnącą kamerę sprzężoną z obiektywem makro do komputera i włącz ją. Dostosuj obiektyw makro do momentu, aż koralik docelowy będzie wyraźny na obrazie.
    4. Uruchom oprogramowanie do obrazowania na komputerze. Aktywuj "Kamerę na żywo" i ustaw "Częstotliwość próbkowania" na 1000 kl./s.
    5. Włącz źródło światła LED i dostosuj intensywność oraz ostrość kamery, aby uzyskać wyraźny obraz cząsteczki i jej śladów.
      UWAGA: Upewnij się, że co najmniej jeden ze znaków jest umieszczony w odległości około 75% promienia ściegu lub większej od osi obrotu (patrz Rysunek 3(a) jako odniesienie).
  2. Określanie krytycznej prędkości wentylatora dla początku ruchu.
    1. Ustaw prędkość wentylatora znacznie poniżej wartości krytycznej (około 1400 obr./min dla stopki z tlenku glinu o średnicy 5 mm).
    2. Rozpocznij nagrywanie, naciskając spust w oprogramowaniu do obrazowania.
    3. Zwiększaj prędkość w krokach od około 4 do 6 obr./min co 10 s, aż do wystąpienia początkowego ruchu.
    4. Zanotuj krytyczną wartość prędkości, przy której następuje początkowy ruch, i zatrzymaj sekwencję wideo.
    5. Umieścić nowy oznaczony koralik w tej samej pozycji początkowej i powtórzyć procedurę od 2.2.1 do 2.2.4 dziesięć razy. Zanotuj prędkość krytyczną dla każdego pomiaru.
    6. Powtórzyć procedurę od ppkt 2.2.1 do 2.2.5 w tej samej odległości od krawędzi natarcia, ale odpowiednio w odległości 65 i 125 mm od krawędzi bocznej. Zanotuj prędkość krytyczną dla każdego pomiaru.
  3. Przygotowanie anemometru z gorącym drutem o stałej temperaturze (CTA).
    1. Ustaw funkcję kontroli CTA na tryb czuwania, a rezystancję dekady na 00.00. Włącz główne zasilanie i odczekaj około 15-20 minut, aby się rozgrzać.
    2. Podłącz sondę zwarcia i przełącz funkcję sterowania CTA na pomiar rezystancji. Wyreguluj zero omów, aż igła znajdzie się w czerwonym znaku i przełącz funkcję sterowania z powrotem w tryb czuwania.
    3. Wymień sondę zwarciową na miniaturową sondę z gorącym drutem. Przełącz funkcję sterowania CTA na pomiar rezystancji. Wyreguluj przełączniki oporu, aż igła zostanie umieszczona w czerwonym znaku.
      UWAGA: Zmierzona rezystancja odpowiada odporności miniaturowej sondy na zimno. Zmierzona wartość powinna być zgodna z wartością podaną przez producenta (3,32 Ω).
    4. Przełącz funkcję CTA na tryb czuwania i dostosuj dekadę rezystancji do 5,5 Ω, aby osiągnąć współczynnik przegrzania około 65%.
    5. Zmierzyć odpowiedź częstotliwościową CTA przy średniej prędkości krytycznej (krok 2.2.4).
      1. Włącz wentylator i ustaw prędkość obrotową wentylatora na wartość krytyczną, około 1400 obr./min. Włączyć oscyloskop.
      2. Włącz generator fal prostokątnych CTA.
      3. Uruchom oprogramowanie oscyloskopu na komputerze i otwórz moduł CSV, aby umożliwić rejestrację danych. Wybierz kanał (CH1) i zapisz dane nagrania, tj. czas i napięcie, pod żądaną nazwą pliku. Poczekaj, aż zakończą się pomiary (około 3 min).
        UWAGA: Częstotliwość odcięcia jest obliczana na podstawie czasu reakcji, przy którym napięcie spadło do poziomu - 3db (patrz Rysunek 4(a)).
      4. Wyłącz generator fal prostokątnych i ustaw funkcję CTA w trybie czuwania.
  4. Kalibracja wezwania do działania.
    1. Przełącz funkcję CTA na działającą. Upewnij się, że sonda jest ustawiona na wystarczającej wysokości od płyty, tak aby znajdowała się w strefie swobodnego strumienia.
    2. Ustaw prędkość obrotową wentylatora na 200 obr./min. Zmierz prędkość strumienia w strefie swobodnego strumienia za pomocą anemometru wirnika i odczytaj napięcie na oscyloskopie.
    3. Powtórzyć krok 2.4.2 dla różnych prędkości obrotowych ze stałym przyrostem od 50 obr./min do około 1450 obr./min (łącznie 26 odczytów).
    4. Ustal korelację między prędkością obrotową strumienia a zmierzoną prędkością swobodnego strumienia, figure-protocol-10. Uzyskaj prędkość krytyczną, figure-protocol-11, odpowiadającą krytycznej prędkości obrotowej dla każdego z pomiarów wykonanych od kroków 2.2.5 do 2.2.6. Oblicz średnią krytyczną prędkość swobodnego strumienia, figure-protocol-12 oraz odchylenie standardowe pomiarów.
    5. Ustal korelację między prędkością a napięciem zgodnie z dopasowaniem wielomianu trzeciego stopnia:
      figure-protocol-13 (3)
      Tutaj figure-protocol-14 to prędkość strumienia mierzona w m/s, figure-protocol-15 to napięcie mierzone w woltach (V), a figure-protocol-16 to współczynniki dopasowania. Krzywe kalibracyjne są pokazane w Rysunek 4(b) przed i po pomiarach profilu prędkości.
  5. Pomiar prędkości strumienia przy normalnym położeniu ściany w warunkach krytycznych.
    1. Usuń oznaczoną koralik z podłoża.
    2. Wyreguluj pokrętło pozycjonowania poziomego stage, aż sonda gorącego drutu zostanie umieszczona w żądanej pozycji początkowej (110 mm od krawędzi natarcia i 95 mm od krawędzi bocznej).
    3. Ostrożnie wyreguluj pokrętło pozycjonowania pionowego stage, aż sonda zostanie umieszczona jak najbliżej powierzchni podłoża. Widzieć przez aparat sprzężony z obiektywem makro, aby upewnić się, że drut nie dotyka powierzchni podłoża. Ustaw wartość zerową w cyfrowym wskaźniku poziomu w tej pozycji.
      ostrożność: Gorący drut jest bardzo wrażliwy i jeśli dotknie powierzchni, pęknie. Ze względów bezpieczeństwa umieszczamy sondę w odległości 0,05 mm powyżej górnej części kuli podłoża (patrz Rysunek 1(e) jako odniesienie). Reprezentuje to znormalizowaną składową normalną ściany figure-protocol-17 gdzie figure-protocol-18 jest początkową wartością pomiaru, figure-protocol-19 to prędkość ścinania, a figure-protocol-20 to lepkość kinematyczna powietrza w temperaturze roboczej. Zauważ, że wartość początkowa jest poniżej figure-protocol-21, gdzie lepkość jest dominująca55.
    4. Ustawić prędkość obrotową wentylatora na średnią prędkość obrotową, przy której występuje początkowy ruch, patrz krok 2.2.4. Prędkość swobodnego strumienia odpowiada zatem figure-protocol-22.
    5. Dostosuj częstotliwość próbkowania do 1 kSa i liczbę próbek do 6000 na oscyloskopie (całkowity czas próbkowania 6 s). Wybierz kanał (CH1) i rozpocznij pomiar. Zapisz dane nagrania pod żądaną nazwą pliku. Poczekaj, aż zakończą się pomiary (około 3 min).
    6. Zwiększ normalne położenie sondy względem ścianki o 0,01 mm do 0,4 mm i o 0,1 mm do wysokości 10 mm. Odpowiada to sumie 137 punktom dla krzywej profilu prędkości. Zapisz zarejestrowane dane dla każdej wysokości.
  6. Analizowanie danych.
    1. Oblicz średnią prędkość strumienia i intensywność turbulencji dla każdej normalnej pozycji ściany.
      1. Uruchom samodzielnie opracowany algorytm, aby ocenić wielkości statystyczne. Otwórz skrypt i wybierz folder zawierający krzywą kalibracyjną i zapisane dane dla każdej z mierzonych wysokości.
        UWAGA: Skrypt najpierw oblicza współczynniki dopasowania na podstawie krzywej kalibracyjnej, jak pokazano w równaniu 3. Dla każdej wysokości oblicza chwilową prędkość strumienia, figure-protocol-23 za pomocą równania 3 i oblicza całkową skalę czasu za pomocą metody autokorelacji56. Następnie oblicza średnią czasową, figure-protocol-24 oraz prędkość pierwiastka kwadratowego, figure-protocol-25, dla próbek, które są oddzielone od siebie o dwukrotność całki w czasie niezbędnym do przeprowadzenia analizy uśrednionej w czasie.
      2. Wykreśl bezwymiarową pozycję pionową, figure-protocol-26względem bezwymiarowej średniej prędkości w czasie strumienia figure-protocol-27, gdzie figure-protocol-28 jest średnicą sfer podłoża. Wykres figure-protocol-29 względem prędkości bezwymiarowego pierwiastka kwadratowego figure-protocol-30. Rysunek 4(c)-(d) przedstawia wyniki dla przypadku stopki z tlenku glinu o średnicy 5 mm.
    2. Obliczyć prędkość ścinania na podstawie danych doświadczalnych.
      1. Dopasuj bezwymiarową średnią prędkość w czasie do logarytmicznego rozkładu prędkości57
        figure-protocol-31 (5)
        gdzie figure-protocol-32to prędkość ścinania, figure-protocol-33jest stałą von Kármána, a figure-protocol-34 jest stałą zależną od ścinania Reynolds number26. Linia ciągła w Rysunek 4(c) jest logarytmicznym dopasowaniem do średniej prędkości w czasie.
        UWAGA: Na podstawie dopasowania do danych doświadczalnych można wykazać, że prędkość ścinania, figure-protocol-35jest określona wzorem:
        figure-protocol-36 (6)
        gdzie figure-protocol-37 jest logarytmicznym współczynnikiem dopasowania, a figure-protocol-3820.
        Lepka podwarstwa, figure-protocol-39 pozostaje powyżej górnej części sfer substratu w naszych eksperymentach. W najbardziej rygorystycznym scenariuszu równanie 5 powinno zostać zastąpione zmodyfikowanym prawem prędkości przedstawionym przez Rotta20,58.
        figure-protocol-40 (7)
        gdzie figure-protocol-41and figure-protocol-42. figure-protocol-43 to grubość podwarstwy lepkiej, którą można w przybliżeniu obliczyć za pomocą figure-protocol-4455.
        Algorytm oblicza bezpośrednio prędkość ścinania na podstawie dopasowania danych eksperymentalnych do równania 5 i równania 7. Niebieskie symbole w Rysunek 4(c) reprezentują dopasowanie do danych eksperymentalnych zgodnie z równaniem 7.
        Przy Re* powyżej 70, figure-protocol-45 reprezentuje do 5% średnicy ruchomego ściegu, a użycie dopasowania z równania 5 lub równania 7 wiąże się z wariacją na temat figure-protocol-46w przyjętym zakresie niepewności. Porównaj symbole linii ciągłej i niebieskiej w Rysunek 4(c) przy Re* wynoszącym około 87,5.
    3. Określ tryb ruchu: przeanalizuj sekwencję obrazów wcześniej zarejestrowanych z boku za pomocą algorytmu, jak opisano w Agudo et al. 201739.
    4. Określ krytyczną liczbę osłon i liczbę Reynoldsa ścinania.
      1. Uzyskaj krytyczną liczbę osłon z następującego równania22
        figure-protocol-47 (8)
        gdzie figure-protocol-48uzyskano z kroku 10.2, figure-protocol-49 i figure-protocol-50 to odpowiednio gęstości cząstek i płynów, figure-protocol-51 to przyspieszenie ziemskie, a figure-protocol-52 to średnica ruchomego koralika, wszystkie znane.
      2. Uzyskaj cząstkę liczbę Reynoldsa, Re*, z następujących równań:
        figure-protocol-53 (9)
      3. Powtórzyć procedurę pomiaru profilu prędkości w funkcji współrzędnej normalnej ściany, krok 2.5, w tej samej odległości od krawędzi natarcia, ale odpowiednio w odległości 65 i 125 mm w kierunku szerokości.
      4. Powtórz procedurę od 2.1 do 2.6.4.3, używając różnych rozmiarów ściegów i regularnych podłoży.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Rysunek 1(a) przedstawia szkic układu eksperymentalnego użytego do scharakteryzowania krytycznej liczby Shields w pełzającym limicie przepływu, sekcja 1 protokołu. Pomiary są przeprowadzane w reometrze rotacyjnym, który został zmodyfikowany do tego konkretnego zastosowania. Przezroczysta płyta z pleksiglasu o średnicy 70 mm została starannie przymocowana do równoległej płyty o średnicy 25 mm. W związku z tym bezwładność układu pomiarowego zos...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Przedstawiamy dwie różne metody eksperymentalne charakteryzowania ruchu cząstek w początkowej fazie w funkcji geometrii złoża osadu. W tym celu używamy monowarstwy sfer ułożonych regularnie według symetrii trójkątnej lub kwadratowej w taki sposób, aby parametr geometryczny upraszczał się do pojedynczej geometrii. W granicy przepływu pełzającego opisujemy metodę eksperymentalną wykorzystującą rotametr rotacyjny do indukowania laminarnego przepływu ścinającego, jak w poprzednich badaniach 39,40,41.<...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia

Podziękowania

Autorzy są wdzięczni nieznanym recenzentom za cenne rady oraz Sukyung Choi, Byeongwoo Ko i Baekkyoung Shin za współpracę przy organizacji eksperymentów. Prace te były wspierane przez projekt Brain Busan 21 w 2017 roku.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Reometr rotacyjny MCR 302Anton PaarIndukcja przepływu
Płytka pomiarowa PP25Anton PaarIndukcja przepływu
System Peltiera P-PTD 200Anton PaarUtrzymuj stałą temperaturę olejów silikonowych w układzie przy przepływie
Oleje silikonowe o lepkości ok. 10 i 100 mPasBasildon ChemicalsPłyn używany do indukowania ścinania cząstek
Kulki ze szkła sodowo-wapniowego (405,9 ± 8,7) μ mZakład Szkła TechnicznegoBudowa podłoży regularnych do warunków
Moduł Opto Zoom 70 0,3x-2,2xWEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbHSystem obrazowania do rejestracji ruchu ściegu w reometrze
2 x TV-Tube 1,0x, D=35 mm, L=146,5 mmWEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbHSystem obrazowania do rejestracji ruchu ściegu w reometrze
UI-1220SE Kamera CMOSIDS Imaging Development Systems GmbHSystem obrazowania do rejestracji ruchu ściegu w reometrze
UI-3590CP CMOS CameraIDS Imaging Development Systems GmbHSystem obrazowania do rejestracji ruchu ściegu w reometrze
Volpi IntraLED 3 - źródło światła LED Volpi USASystem obrazowania do rejestracji ruchu ściegu w reometrze
Średnica aktywnego światłowodu 5mmVolpi USASystem obrazowania do rejestracji ruchu kulki w reometrze
300-watowa ksenonowa lampa łukowaNewport CorporationSystem obrazowania do rejestrowania ruchu ściegu w reometrze
Tunel aerodynamiczny z otwartą sekcją testową strumienia, Gö Typ ttingen Tintschl BioEnergie und Strö mungstechnik AGIndukcja przepływu
Kulki szklane o średnicy (2,00 ± 0,10) mmGloches KoreaPołudniowa Budowa regularnych podłoży do warunków przepływu
Kulki z tlenku glinu o średnicy (5,00 ± 0,25) mmGloches Korea PołudniowaKoralik celowy do eksperymentów
Anemometr CTA 55M01Disa Elektronik A/S Pomiar  prędkości przepływu w tunelu
Sonda drutowa Miniaure Typ 55P15Dantec DynamicsPomiar  prędkości przepływu w tunelu aerodynamicznym
HMO2022 Oscyloskop cyfrowy, 2 kanały analogowe, 200MHzRohde & SchwarzPomiar  prędkości przepływu w tunelu aerodynamicznym
Phantom Miro eX1 High-speed CameraVision Research IncVisSystem obrazowania do rejestracji ruchu ściegu w tunelu
Obiektyw makro Canon ef 180mm f/3.5 l usmCanonrejestracji ruchu ściegu w tunelu
Stołowa lampa LEDGloches KoreaPołudniowaSystem obrazowania do rejestrowania ruchu ściegu w tunelu
laminarnego przy ścinaniulaminarnego przy ścinaniulaminarnymprzepływu laminarnegoturbulentnegoturbulentnegoaerodynamicznymaerodynamicznym System obrazowania do aerodynamicznym aerodynamicznym

Bibliografia

  1. Groh, C., Wierschem, A., Aksel, N., Rehberg, I., Kruelle, C. A. Barchan dunes in two dimensions: Experimental tests for minimal models. Phys. Rev. E. 78, 021304(2008).
  2. Wierschem, A., Groh, C., Rehberg, I., Aksel, N., Kruelle, C. Ripple formation in weakly turbulent flow. Eur. Phys. J. E. 25, 213-221 (2008).
  3. Herrmann, H. Dune Formation in Traffic and Granular Flow. , Springer. Berlin. (2007).
  4. Stevanovic, V. D., et al. Analysis of transient ash pneumatic conveying over long distance and prediction of transport capacity. Powder Technol. 254, 281-290 (2014).
  5. Fan, F. -G., Soltani, M., Ahmadi, G., Hart, S. C. Flow-induced resuspension of rigid-link fibers from surfaces. Aerosol. Sci. Tech. 27, 97-115 (1997).
  6. Burdick, G., Berman, N., Beaudoin, S. Hydrodynamic particle removal from surfaces. Thin Solid Films. , 116-123 (2005).
  7. Chang, Y. Laboratory investigation of flume traction and transportation. Proceedings of the American Society of Civil Engineers. , 1701-1740 (1939).
  8. Paintal, A. A stochastic model of bed load transport. J. Hydraul. Res. 9, 527-554 (1971).
  9. Mantz, P. A. Incipient transport of fine grains and flakes by fluids-extended shield diagram. J. Hydr. Eng. Div.-Asce. 103, (1977).
  10. Yalin, M. S., Karahan, E. Inception of sediment transport. J. Hydr. Eng. Div.-Asce. 105, 1433(1979).
  11. Kuhnle, R. A. Incipient motion of sand-gravel sediment mixtures. J. Hydraul. Eng. 119, 1400-1415 (1993).
  12. Marsh, N. A., Western, A. W., Grayson, R. B. Comparison of methods for predicting incipient motion for sand beds. J. Hydraul. Eng. 130, 616-621 (2004).
  13. Vollmer, S., Kleinhans, M. G. Predicting incipient motion, including the effect of turbulent pressure fluctuations in the bed. Water Resour. Res. 43, (2007).
  14. Valyrakis, M., Diplas, P., Dancey, C. L., Greer, K., Celik, A. O. Role of instantaneous force magnitude and duration on particle entrainment. J. Geophys. Res.-Earth. 115, (2010).
  15. Dey, S., Ali, S. Z. Stochastic mechanics of loose boundary particle transport in turbulent flow. Phys. Fluids. 29, 055103(2017).
  16. Wiberg, P. L., Smith, J. D. Calculations of the critical shear stress for motion of uniform and heterogeneous sediments. Water Resour. Res. 23, 1471-1480 (1987).
  17. Ling, C. -H. Criteria for incipient motion of spherical sediment particles. J. Hydraul. Eng. 121, 472-478 (1995).
  18. Dey, S. Sediment threshold. Appl. Math. Model. 23, 399-417 (1999).
  19. Bravo, R., Ortiz, P., Pérez-Aparicio, J. Incipient sediment transport for non-cohesive landforms by the discrete element method (DEM). Appl. Math. Model. 38, 1326-1337 (2014).
  20. Ali, S. Z., Dey, S. Hydrodynamics of sediment threshold. Phys. Fluids. 28, 075103(2016).
  21. Yalin, M. S. Mechanics of sediment transport. , Pergamon Press. California. (1977).
  22. Graf, W. H., Sueska, L. Sediment transport in steep channels. Journal of Hydroscience and Hydraulic Engineering. 5, 233-255 (1987).
  23. Recking, A. An experimental study of grain sorting effects on bedload. , Lyon. Doctor in Sciences thesis, Institut National des Sciences Appliques de Lyon (2006).
  24. Roušar, L., Zachoval, Z., Julien, P. Incipient motion of coarse uniform gravel. J. Hydraul. Res. 54, 615-630 (2016).
  25. Miller, R. L., Byrne, R. J. The angle of repose for a single grain on a fixed rough bed. Sedimentology. 6, 303-314 (1966).
  26. Fenton, J., Abbott, J. Initial movement of grains on a stream bed: the effect of relative protrusion. Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 352, 523-537 (1977).
  27. Kirchner, J. W., Dietrich, W. E., Iseya, F., Ikeda, H. The variability of critical shear stress, friction angle, and grain protrusion in water-worked sediments. Sedimentology. 37, 647-672 (1990).
  28. Armanini, A., Gregoretti, C. Incipient sediment motion at high slopes in uniform flow condition. Water Resour. Res. 41, (2005).
  29. Chin, C., Chiew, Y. Effect of bed surface structure on spherical particle stability. J. Waterw. Port Coast. 119, 231-242 (1993).
  30. Whitehouse, R., Hardisty, J. Experimental assessment of two theories for the effect of bedslope on the threshold of bedload transport. Mar. Geol. 79, 135-139 (1988).
  31. Buffington, J. M., Montgomery, D. R. A systematic analysis of eight decades of incipient motion studies, with special reference to gravel-bedded rivers. Water Resour. Res. 33, 1993-2029 (1997).
  32. Charru, F., Mouilleron, H., Eiff, O. Erosion and deposition of particles on a bed sheared by a viscous flow. J. Fluid Mech. 519, 55-80 (2004).
  33. Loiseleux, T., Gondret, P., Rabaud, M., Doppler, D. Onset of erosion and avalanche for an inclined granular bed sheared by a continuous laminar flow. Phys. Fluids. 17, 103304(2005).
  34. Charru, F., Larrieu, E., Dupont, J. -B., Zenit, R. Motion of a particle near a rough wall in a viscous shear flow. J. Fluid Mech. 570, 431-453 (2007).
  35. Ouriemi, M., Aussillous, P., Medale, M., Peysson, Y., Guazzelli, É Determination of the critical Shields number for particle erosion in laminar flow. Phys. Fluids. 19, 061706(2007).
  36. Lobkovsky, A. E., Orpe, A. V., Molloy, R., Kudrolli, A., Rothman, D. H. Erosion of a granular bed driven by laminar fluid flow. J. Fluid Mech. 605, 47-58 (2008).
  37. Martino, R., Paterson, A., Piva, M. Onset of motion of a partly hidden cylinder in a laminar shear flow. Phys. Rev. E. 79, 036315(2009).
  38. Agudo, J., Wierschem, A. Incipient motion of a single particle on regular substrates in laminar shear flow. Phys. Fluids. 24, 093302(2012).
  39. Agudo, J., et al. Detection of particle motion using image processing with particular emphasis on rolling motion. Rev. Sci. Instrum. 88, 051805(2017).
  40. Agudo, J., et al. Shear-induced incipient motion of a single sphere on uniform substrates at low particle Reynolds numbers. J. Fluid Mech. 825, 284-314 (2017).
  41. Agudo, J., Dasilva, S., Wierschem, A. How do neighbors affect incipient particle motion in laminar shear flow? Phys. Fluids. 26, 053303(2014).
  42. Seizilles, G., Lajeunesse, E., Devauchelle, O., Bak, M. Cross-stream diffusion in bedload transport. Phys. Fluids. 26, 013302(2014).
  43. Seizilles, G., Devauchelle, O., Lajeunesse, E., Métivier, F. Width of laminar laboratory rivers. Phys. Rev. E. 87, 052204(2013).
  44. Hong, A., Tao, M., Kudrolli, A. Onset of erosion of a granular bed in a channel driven by fluid flow. Phys. Fluids. 27, 013301(2015).
  45. Derksen, J., Larsen, R. Drag and lift forces on random assemblies of wall-attached spheres in low-Reynolds-number shear flow. J. Fluid Mech. 673, 548-573 (2011).
  46. Happel, J., Brenner, H. Low Reynolds Number Hydrodynamics: With Special Applications to Particulate Media. , Martinuis Nijhoff. The Hague. (1983).
  47. Lajeunesse, E., et al. Fluvial and submarine morphodynamics of laminar and near-laminar flows: A synthesis. Sedimentology. 57, 1-26 (2010).
  48. Aussillous, P., Chauchat, J., Pailha, M., Médale, M., Guazzelli, É Investigation of the mobile granular layer in bedload transport by laminar shearing flows. J. Fluid Mech. 736, 594-615 (2013).
  49. Thompson, J. A., Bau, H. H. Microfluidic, bead-based assay: Theory and experiments. J. Chromatogr. B. 878, 228-236 (2010).
  50. Sawetzki, T., Rahmouni, S., Bechinger, C., Marr, D. W. In situ assembly of linked geometrically coupled microdevices. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105, 20141-20145 (2008).
  51. Amini, H., Sollier, E., Weaver, W. M., Di Carlo, D. Intrinsic particle-induced lateral transport in microchannels. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109, 11593-11598 (2012).
  52. Soepyan, F. B., et al. Threshold velocity to initiate particle motion in horizontal and near-horizontal conduits. Powder Technol. 292, 272-289 (2016).
  53. Deskos, G., Diplas, P. Incipient motion of a non-cohesive particle under Stokes flow conditions. International Journal of Multiphase Flow. , (2017).
  54. Julien, P. Y. Erosion and sedimentation. , Cambridge University Press. Cambridge. (2010).
  55. Jimenez, J. Turbulent flows over rough walls. Annu. Rev. Fluid Mech. 36, 173-196 (2004).
  56. O’neill, P., Nicolaides, D., Honnery, D., Soria, J. 15th Australasian Fluid Mechanics Conference. , The University of Sydney. 1-4 (2006).
  57. Schlichting, H. Boundary-Layer Theory. , McGraw-Hill. New York. (1979).
  58. Rotta, J. Das in wandnähe gültige Geschwindigkeitsgesetz turbulenter Strömungen. Arch. Appl. Mech. 18, 277-280 (1950).
  59. Schlichting, H., Gersten, K., Krause, E., Oertel, H. Boundary-layer theory. 7, Springer. (1955).
  60. Bruun, H. H. Hot-wire anemometry-principles and signal analysis. , Oxford: University Express. Oxford. (1995).
  61. Fan, D., Cheng, X., Wong, C. W., Li, J. -D. Optimization and Determination of the Frequency Response of Constant-Temperature Hot-Wire Anemometers. AIAA J. , 1-7 (2017).
  62. Valyrakis, M., Diplas, P., Dancey, C. L. Entrainment of coarse particles in turbulent flows: An energy approach. J. Geophys. Res.-Earth. 118, 42-53 (2013).
  63. Valyrakis, M., Diplas, P., Dancey, C. L. Entrainment of coarse grains in turbulent flows: An extreme value theory approach. Water Resour. Res. 47, (2011).
  64. Dey, S., Das, R., Gaudio, R., Bose, S. Turbulence in mobile-bed streams. Acta Geophys. 60, 1547-1588 (2012).
  65. Wu, F. -C., Chou, Y. -J. Rolling and lifting probabilities for sediment entrainment. J. Hydraul. Res. 129, 110-119 (2003).
  66. Leighton, D., Acrivos, A. The lift on a small sphere touching a plane in the presence of a simple shear flow. Z. Angew. Math. Phys. 36, 174-178 (1985).
  67. Tuyen, N. B., Cheng, N. -S. A single-camera technique for simultaneous measurement of large solid particles transported in rapid shallow channel flows. Exp. Fluids. 53, 1269-1287 (2012).
  68. Gollin, D., Bowman, E., Shepley, P. Methods for the physical measurement of collisional particle flows. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 26, 012017(2015).
  69. Amon, A., et al. Focus on Imaging Methods in Granular Physics. Rev. Sci. Instrum. 88, (2017).
  70. Mouilleron, H., Charru, F., Eiff, O. Inside the moving layer of a sheared granular bed. J. Fluid Mech. 628, 229-239 (2009).
  71. Diplas, P., et al. The role of impulse on the initiation of particle movement under turbulent flow conditions. Science. 322, 717-720 (2008).
  72. Coleman, N. L. A theoretical and experimental study of drag and lift forces acting on a sphere resting on a hypothetical streambed. International Association for Hydraulic Research, 12th Congress, proceedings. 3, 185-192 (1967).
  73. El-Gabry, L. A., Thurman, D. R., Poinsatte, P. E. Procedure for determining turbulence length scales using hotwire anemometry. , NASA Technical Reports NASA/TM-2014-218403 (2014).
  74. Roach, P. The generation of nearly isotropic turbulence by means of grids. Int. J. Heat Fluid Fl. 8, 82-92 (1987).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Krytyczna liczba Shieldsareometr rotacyjnyniskoprędkościowy tunel aerodynamicznysonda z gorącym drutemliczba Reynoldsa dla ścinanialogarytmiczne prawo prędkościzmodyfikowane prawo przyściennekąt wysypu
Wizualna charakterystyka początkowego ruchu cząstek w regularnych podłożach: od warunków laminarnych do turbulentnych
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.