Визуализация Hyporheic поток через пласты Использование Dye эксперименты и моделирование

Общая цель этой процедуры состоит в том, чтобы продемонстрировать поток гипо EIC экспериментально с помощью программного обеспечения для моделирования, которое создает симуляцию, которая полностью согласуется с физическим экспериментом. Этот метод может помочь продемонстрировать ключевые концепции в области гидрологии, показав, как поток воды через отложения под ручьем зависит от отложений, топографии и свойств поверхностных вод. В то время как этот метод может быть использован для исследования потока гипер ИК, он также может быть использован в учебной лаборатории для демонстрации потока гипер ИС студентам всех уровней.

Основное преимущество этого метода заключается в том, что он сочетает физические лабораторные эксперименты с интерактивным компьютерным программным обеспечением, которое моделирует одно и то же явление. Визуальная демонстрация показывает пространственные сходства и расхождения между физическими экспериментами и симуляциями, что способствует развитию более глубокого понимания гиперпринципов. Начните с установки необходимого программного обеспечения, которое представляет собой логотип сети и два скрипта для запуска в сети.

Логотип, капля мыши и интерфейс. Далее, следуя инструкциям в текстовом протоколе, настройте лабораторный лоток таким образом, чтобы все параметры попадали в пределы диапазона параметров моделирования падения мыши. Запустите лоток от 12 до 24 часов, чтобы создать форму кровати с желаемыми характеристиками.

Отрегулируйте уклон лотка и глубину воды, чтобы добиться равномерного потока по форме грядки. Цель состоит в том, чтобы зерна осадочных пород в формах слоя не казались движущимися, хотя небольшое движение может быть неизбежным. Во-первых, сделайте поток равномерным во время работы насоса.

Выберите две точки на дне лотка и запишите расстояние до поверхности воды для каждой линии. Затем отрегулируйте наклон лотка или глубину воды, пока эти измерения расстояния по вертикали не станут одинаковыми. Во-вторых, остановите насос и подождите, пока вода перестанет двигаться.

Затем в тех же местах, что и раньше, измерьте расстояния от дна желоба до поверхности воды и измерьте расстояние между этими вертикальными измерениями. Рассчитайте уклон канала как разницу между этими измерениями, деленную на горизонтальное расстояние между ними. Теперь перезапустите насос и выберите тестовый участок.

Выберите место рядом со средним или нижним концом желоба, где дюны образовали регулярный рисунок. В этом разделе должна быть как минимум одна форма с полной кроватью. В тестовом разделе.

Сделайте несколько измерений с помощью прозрачной линейки. Во-первых, определите среднюю глубину осадка, проведя измерения на впадине дюны и на гребне дюны. Разница между этими измерениями заключается в высоте формы кровати.

Далее найдите среднюю глубину воды, которая представляет собой среднее расстояние от поверхности воды до поверхности песчаного ложа. Затем измерьте и запишите среднюю длину волны формы слоя, измерив расстояние между последовательными гребнями дюн. Затем запишите расход в канале с расходомера в контуре рециркуляции и рассчитайте среднюю скорость потока.

Теперь откройте моделирование падения мыши и убедитесь, что все эти измерения находятся в диапазонах, указанных в пользовательском интерфейсе. Если измеряемый параметр выходит за пределы диапазона ограничений, отрегулируйте диапазон параметров, щелкнув правой кнопкой мыши по ползунку, выбирая, редактируя и настраивая минимальное и максимальное значения. Во-первых, установите камеру на штатив, направленный ортогонально к стене лотка.

Изображение должно быть выровнено по центру формы односпальной кровати в тестовом сечении. Если отражения являются проблемой, зафиксируйте положение камеры и отрегулируйте освещение, в том числе линейка на снимке может помочь с масштабированием. Далее с помощью шприца и иглы сделайте два или три небольших укола красителя возле стенки лотка.

Эти инъекции должны образовать двухсантиметровые пятна цветной литьевой воды, которые должны быть размещены в различных вертикальных и горизонтальных местах. Запишите время начала инъекций красителя и сделайте первоначальный снимок. Использование прозрачной бумаги может быть полезным для отслеживания начальных D-фронтов и границ вокруг красителя.

Таким образом, легче наблюдать за их движениями в лаборатории, но у этого метода есть свои недостатки. С помощью камеры захватите положения фронтов D через соответствующие промежутки времени. Для цейтраферной фотосъемки используйте 32-й интервал для получения плавных результатов.

Для симуляции. Сначала запустите капание мыши и сравните результаты с наблюдаемым переносом красителя. При падении мыши настройте параметры физической системы в соответствии с условиями эксперимента с лотками.

Обязательно обратите особое внимание на единицы измерения при вводе этих параметров. Затем отрегулируйте ползунки, чтобы указать, в какое время изменится цвет отслеживания симуляции. Установите эти изменения цвета в соответствии с наблюдаемым временем.

Если все временные параметры равны нулю, моделирование будет отображать один и тот же цвет. После того, как все параметры заданы, нажмите кнопку настройки. Форма кровати должна появиться в виде моделирования.

Затем нажмите кнопку «Вытащить мышь», чтобы указать начальные местоположения виртуальных трассировщиков. Можно щелкнуть несколько мест на кровати. Удерживайте мышь, чтобы выпустить больше виртуального трассировщика.

После того, как все виртуальные трассировщики будут размещены, вы можете нажать кнопку «Перейти к следующему времени», чтобы запустить симуляцию. До самого начала времени не нажимайте повторно кнопку настройки, иначе трассировщики придется размещать снова. Вы также можете нажать кнопку «Стоп», чтобы запустить симуляцию.

Трассировщики будут продолжать движение до тех пор, пока все виртуальные трассировщики не покинут систему, если вы не нажмете кнопку «Стоп». Опять же, это может быть использовано для приостановки моделирования, чтобы можно было провести сравнение между смоделированным и измеренным распределением красителей. Как только моделирование начинается, вычисляется скорость для местоположения каждого трассера.

На основе параметров моделирования трассер перемещается в новое место, используя эту скорость, затем процедура повторяется до тех пор, пока трассировщик не покинет систему. Затем запустите симуляцию интерфейса, нажав кнопку «Настройка», а затем «Стоп». При этом симуляция будет запущена с настройками по умолчанию.

Моделирование интерфейса вводит виртуальные трассеры на поверхности русла ручья взвешенным по потоку образом на основе рассчитанных подповерхностных скоростей по умолчанию, оставляя траектории частиц, показывающие, где они были. Выключите кнопку «Показать контуры», чтобы удалить эти контуры. Включение красного переключателя капли отключает график распределения кумулятивного времени пребывания и каждый раз выпускает новую частицу.

Один выходит из системы. После наблюдения за симуляцией с параметрами по умолчанию нажмите кнопку «Стоп», чтобы остановить симуляцию. Затем измените один или несколько параметров, перезапустите моделирование с новыми параметрами, нажав кнопку «Настройка», затем нажмите «Стоп здесь», мы отрегулировали высоту формы станины, запустили симуляцию и затем повторили процесс, регулируя глубину кровати, чтобы сравнить симуляцию с экспериментальными результатами.

Исходная фотография была использована для определения положения смоделированного D-трассера в нулевой момент времени. Затем симуляция была запущена в течение 34,2 минуты и сравнена с фотографией, сделанной в то время. В целом, модель отлично справилась со своей задачей.

Каждый большой двоичный объект D движется в тех же общих направлениях, что и модель, и деформируется аналогично смоделированным D-объектам. Однако при внимательном осмотре обнаруживаются некоторые несоответствия. Например, D-образная капля справа больше похожа на форму боба, чем в модели.

Вероятно, это связано с наблюдаемым провалом в рельефе пласта непосредственно над этим сгустком, который образовался во время его впрыскивания в осадок. Еще одним распространенным несоответствием является время, которое также не было идеальным. Вероятно, это связано с небольшими погрешностями в измерениях свойств осадка.

Общие расхождения формируются из-за комбинации погрешностей измерений и физических эффектов второго порядка, обусловленных изменчивостью геометрии формы слоя и уплотнением осадков и т.д. После освоения этой техники ее можно сделать за 24 часа. При попытке выполнить эту процедуру важно дать форме кровати стабилизироваться, набраться терпения и обращать внимание на единицы измерения при выполнении и вводе измерений.

После этой процедуры можно провести другие эксперименты, чтобы ответить на дополнительные вопросы о влиянии рельефа, гидравлической проводимости и свойств поверхностных вод на гиперпоток. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как визуализировать гиперпоток экспериментально и как использовать наши компьютерные симуляции.