Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Visuelt baserede karakterisering af begyndende partikel bevægelse i regelmæssig substrater: fra Laminar turbulente forhold

Published: February 22, 2018 doi: 10.3791/57238
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 2, 1, 3, 1,4, 4
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)

Summary

To forskellige metoder til kendetegner den begyndende partikel bevægelse af en enkelt perle som en funktion af sediment bed geometri fra laminar til turbulent flow er præsenteret.

Abstract

To forskellige eksperimentelle metoder til bestemmelse af tærsklen på partikel bevægelse som en funktion af geometriske egenskaber af seng fra laminar turbulent strømning betingelser er præsenteret. Med henblik herpå, er den begyndende bevægelse af en enkelt perle undersøgt på regelmæssig substrater, der består af en éncellelag af faste kugler af ensartet størrelse, der arrangeres jævnligt i trekantede og kvadratiske symmetrier. Tærsklen er præget af den kritiske skjolde antal. Kriteriet for udbrud af bevægelse er defineret som forskydning fra den oprindelige ligevægt holdning til den nærliggende. Fordrivelse og tilstand af bevægelse er identificeret med et billedbehandlingssystem. Laminar flow er foranlediget ved hjælp af en roterende rheometer med en parallel diskkonfiguration. Shear Reynolds tal forbliver under 1. Turbulent strømning er induceret i en lav hastighed vindtunnel med åben jet test afsnit. Lufthastighed reguleres med en frekvensomformer på blæser fan. Profilen hastighed måles med en hot wire sonde tilsluttet en hot film vindmåler. Shear Reynolds antallet svinger mellem 40 og 150. Den logaritmiske hastighed og modificerede væg loven præsenteret af Rotta bruges til at udlede shear hastigheden fra eksperimentelle data. Sidstnævnte er af særlig interesse, når mobile perle er delvist udsat for turbulent strømning i den såkaldte hydraulisk overgangsbestemmelser flow regime. Shear stress anslås til starten af bevægelse. Nogle illustrative resultater viser den kraftige indvirkning, vinkel hvile og eksponering af perle til shear flow er repræsenteret i begge regimer.

Introduction

Begyndende partikel bevægelse er stødt på i en bred vifte af industrielle og naturlige processer. Miljømæssige eksempler kan nævnes den indledende proces af sediment transport i floden og oceaner, bed erosion eller dune dannelse blandt andre 1,2,3. Pneumatisk formidle4, fjernelse af forurenende stoffer eller rengøring af overflader5,6 er typiske industrielle applikationer med udbrud af partikel bevægelse.

På grund af den brede vifte af applikationer, er udbrud af partikel bevægelse blevet grundigt undersøgt over et århundrede, for det meste under turbulente forhold7,8,9,10,11, 12,13,14,15. Mange eksperimentelle metoder er blevet anvendt til at bestemme grænsen for udbrud af bevægelse. Undersøgelserne omfatter parametre som partikel Reynolds tal13,16,17,18,19,20, relative flow nedsænkning 21 , 22 , 23 , 24 eller geometriske faktorer som vinkel hvile16,18,25, eksponering for flow26,27,28,29, relative korn fremspring29 eller streamwise bed skråning30.

De aktuelle data for den tærskel, herunder turbulente forhold er stort set spredt12,31 og resultaterne synes ofte inkonsekvent24. Dette er hovedsagelig på grund af den iboende kompleksitet af kontrollerende eller bestemmelse af flow-parametrene under turbulente forhold13,14. Desuden afhænger tærsklen for sediment motion kraftigt tilstanden af bevægelse, dvs glidende, rullende eller hejse17 og kriteriet til at karakterisere den begyndende bevægelse31. Sidstnævnte kan være tvetydig i en erosionsudsatte sediment seng.

I det sidste tiår, har eksperimentelle forskere studeret begyndende partikel bevægelse i laminar flow32,33,34,35,36,37, 38 , 39 , 40 , 41 , 42 , 43 , 44, hvor den bredt spektrum af længdeskalaer interagere med sengen er undgået45. I mange praktisk scenarier indebærer sedimentering, partiklerne er ganske lille og partikel Reynolds tal er fortsat lavere end omkring 546. På den anden side er laminar flow i stand til at generere geometriske mønstre som krusninger og klitter, som turbulent strømme gør42,47. Similitudes i begge regimer har vist sig at afspejle analogier i den underliggende fysik47 så vigtig indsigt for partikel transport kan fås fra en bedre kontrolleret eksperimentel system48.

I laminar flow bemærket Charru et al. at den lokale omlejring af en kornet bund af ensartet størrelse perler, såkaldte bed panser, resulterede i en progressiv forhøjelse af tærsklen for udbrud af bevægelse, indtil mættede betingelser blev opnået 32. litteratur, men viser forskellige tærskelværdier for mættet betingelser i uregelmæssigt arrangeret sediment senge afhængigt af eksperimentelle set-up36,44. Denne spredning kan være på grund af vanskeligheden ved at kontrollere partikel parametre som orientering, fremspring niveau og kompakthed af sedimenterne.

Hovedformålet med dette manuskript er at beskrive i detaljer, hvordan til at karakterisere den begyndende bevægelse af enkelt kugler som en funktion af geometriske egenskaber af horisontale sediment seng. Til dette formål bruger vi regelmæssig geometrier, bestående af encellelag af faste perler jævnligt arrangeret efter trekantet eller kvadratiske konfigurationer. Regelmæssig substrater svarende til, at vi bruger findes i applikationer som til skabelon-samling af partikler i mikrofluid assays49, samlesæt af microdevices i begrænset struktureret geometrier50 eller iboende partikel-induceret transport i microchannels51. Vigtigere er, tillader ved hjælp af regelmæssig substrater os at fremhæve indvirkningen af lokale geometri og orientering og for at undgå eventuelle dubiety om rollen af kvarteret.

I laminar flow konstaterede vi, at kritiske skjolde antallet steg med 50% kun afhængig af afstanden mellem områderne substrat og dermed på perlen eksponering for flow38. På samme måde, vi fandt, at den kritiske skjolde nummer ændret af op til en faktor på to afhængigt af retningen af substrat til flow retning38. Vi har bemærket, at immobile naboer kun påvirke udbrud af den mobile perle, hvis de var tættere end omkring tre partikel diametre41. Udløst af eksperiment resultater, har vi for nylig fremlagt en streng analytisk model, der forudsiger det kritiske skjolde nummer i den snigende flow grænse40. Modellen omfatter udbrud af bevægelse fra stærkt udsat for skjulte perler.

Den første del af håndskriftet beskæftiger sig med beskrivelse af forsøgsmetoden anvendt i tidligere undersøgelser på shear Reynolds tal, Re *, lavere end 1. Laminar flow er induceret med en roterende rheometer med en parallel konfiguration. I denne lave Reynolds tal grænse, partikel formodes ikke for at opleve nogen hastighed udsving20 og systemet matcher den såkaldte hydraulisk glat strøm hvor partiklen er nedsænket i den tyktflydende underlag.

Når begyndende bevægelse laminar flow er etableret, kan rollen af turbulens bliver klarere. Motiveret af denne idé, introducerer vi en roman eksperimentel procedure i den anden del af protokollen. Bruge en Göttingen lav hastighed vindtunnel med åben jet test afsnit, de kritiske skjolde antallet kan bestemmes i en bred vifte af Re * herunder hydraulisk overgangsbestemmelser strømmen og den turbulente regime. De eksperimentelle resultater kan give vigtig indsigt om hvordan styrker og halssmykker handle på en partikel på grund af turbulent flow afhængigt af substrat geometri. Desuden kan disse resultater bruges som benchmark for mere avancerede modeller på høje Re * i en lignende måde, tidligere arbejde i laminar flow blevet brugt til at fodre semi probabilistiske modeller52 eller at validere de seneste numeriske modeller53. Vi præsenterer nogle repræsentative eksempler på ansøgninger på Re * spænder fra 40 til 150.

Den begyndende kriterium er etableret som bevægelse af de enkelt partikel fra sin oprindelige ligevægt holdning til den næste. Billedbehandling bruges til at bestemme tilstanden for debut af bevægelse, dvs. rullende, glidende, løft39,41. Herpå opdages rotationsvinklen for mobile kugler, der prægede manuelt. Algoritmen registrerer placeringen af mærker og sammenligner det med centrum af kuglen. En foreløbig række eksperimenter blev udført i både eksperimentelle set-ups at præcisere at kritiske skjolde antallet forbliver uafhængigt af begrænset størrelse virkninger af set-up og relative flow nedsænkning. De eksperimentelle metoder er således designet til at udelukke enhver anden parameter afhænger af kritisk skjolde antallet ud over Re * og geometriske egenskaber af sediment seng. Re * er varieret med forskellige kombinationer af væske-partikel. Kritiske skjolde antallet er karakteriseret som en funktion af nedgravning grad, Equation 01 , der er defineret af Martino et al. 37 som Equation 02 hvor Equation 03 er vinkel hvile, dvs. den kritiske vinkel, hvor bevægelse sker54, og Equation 04 er den eksponering grad, defineret som forholdet mellem tværsnitsareal effektivt udsat for strømmen at det samlede tværsnitsareal af den mobile perle.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. begyndende partikel bevægelse i den snigende Flow begrænsning.

Bemærk: Målingerne er udført i et roterende rheometer, der er blevet ændret for dette specifikke program.

  1. Forberedelse af Rheometer.
    1. Tilslut luftforsyningen til rheometer for at undgå at beskadige luft lejer. Åbne ventilen udover luftfiltre, indtil et tryk på ca 5 barer i systemet er opnået.
    2. Tilslut til væske cirkulationspumpe til måling pladen. Sikre, at slanger af Peltier-elementet er forbundet til rheometer. Tænd den flydende cirkulationspumpe og indstille den ønskede temperatur (20 ° C).
    3. Montere den tilpassede beholder indeholdende den regelmæssige substrat på rheometer.
      1. Tage regelmæssige underlaget ud af beholderen, og Rengør overfladen omhyggeligt med destilleret vand. Tørre overfladen med en linse rengøring klud og fjerne eventuelle resterende støv med en blæser.
        Bemærk: De regelmæssige substrater er encellelag af 15 x 15 mm2 bygget fra sfæriske soda-kalk glasperler af (405.9 ± 8,7) µm.
      2. Bruger 0,4 mm tykkelse dobbeltklæbende tape, lave regelmæssig underlaget i container sikring som substrat ligger i en afstand af 21 mm fra drejning aksen.
      3. Placere den tilpassede adapter på rheometer pladen.
      4. Montere den tilpassede cirkulære container i den plade, at sikre, at afsnittet flad front vender den imaging system designet til side optagelse.
        Bemærk: Sikre, at beholderen er helt vandret med vandstanden (0,6 mm/m). Til dette formål, placere vandstanden på objektbeholderen parallelt på bagsiden af enheden og niveau det med rheometer justerbare fødder. Gentag proceduren for at dreje vandstanden ved 90 grader.
    4. Tænd for rheometer. Vent, indtil boot procedure er færdig og status "ok" vises på enhedens skærm.
    5. Starte computeren og rheometer software. Initialiser rheometer og indstillet temperaturkontrol fra Kontrolpanel af softwaren til den ønskede værdi (20 ° C).
    6. Montere den tilpassede målesystem. Set-up nul hullet fra softwaren.
      Bemærk: Før du nul kløften, sikre, at der er ingen mobil perler på underlaget og at underlag grænser ikke er bøjet. En fejl i indstilling af nul-kløften vil føre til en systematisk fejl i beregningen af shear Vurder og derfor i den efterfølgende måling af de kritiske skjolde nummer. En absolut usikkerhed på 0,05 mm antages i mellemrumsbredden ved beregning af den kritiske skjolde nummer.
    7. Løft den måling plade til 30 mm og fjerne den.
    8. Fyld beholderen med ca. 70 mL 100 mPa·s silicium olie. Sikre, at niveauet af væske i beholderen forbliver over 2 mm. Silicium olie bør ikke omfatte den øverste del af den gennemsigtige plade. Vent cirka 15-20 min til den termisk ligevægt. I løbet af denne tid, justere de billeddannende systemer (Se trin 2 fra protokollen).
      Bemærk: Den temperatur, der er rettet til (295.15 ± 0,5) K her er kontrolleret med en Peltier element forbundet til rheometer og målt med en ekstern termometer. Udsving af mindre end 0,5 K er observeret under forsøgene.
  2. Justere imaging systemet.
    1. Skifte på 300 W Arc xenonlampe. Justere den fleksible lys guide for at belyse perle fra side gennem de gennemsigtige vægge af beholderen.
    2. Justere LED lys intensitet for at undgå stærke lysrefleksion på underlaget.
    3. Justere imaging systemet designet til at optage partikel bevægelse oppefra gennem det gennemsigtige måle plade.
      1. Start-up billedbehandlingsprogrammer fra computeren og vælge den monokrome profil fra dialogen start.
      2. Åbn 768 x 576 CMOS kamera af imaging systemet installeret på toppen af beholderen. Start op den opholde sig video.
      3. Justere den vandrette positionering fase, indtil den reference holdning, der tidligere er afmærket i midten af substratet vises i midten af billedet.
      4. Justere lodret positionering scenen til at fokusere på underlaget.
      5. Læg forsigtigt en markant soda-kalk glas kugle (405.9 ± 8,7) µm.
      6. Sikre, at mindst én af de omhandlede varemærker er placeret i en afstand af ca. 75% af perle radius eller større fra rotationsaksen. Hvis dette ikke er tilfældet, flytte manuelt at måle plade for at opnå bevægelse perle til næste ligevægt position (Se figur 2(a) som reference).
        Bemærk: for at sikre en ordentlig overvågning under bevægelse mobile perlerne er markeret med flere steder adskilt af ca 45° (Se figur 3(a)). Koden indeholder en simpel kontrol flow erklæring for at minimere mark misassignment for at beregne vinklen på rotation. For yderligere oplysninger henviser vi til Agudo et al. 201739.
      7. Åbne dialogboksen til angivelse af parametrene kamera og justere billedhastighed på 30 fps. Justere eksponeringstiden til at sikre, at de omhandlede varemærker korrekt adskiller sig fra perle perimeter.
        Bemærk: Soda-kalk glas kugle nedsænket i en silicium olie af 100 mPa·s kræver ca. 4 sekunder til at flytte fra sin oprindelige holdning til afvanding til den nærliggende ligevægt stilling. Derfor tillader en framerate på 30 fps en usikkerhed på mindre end 1%.
    4. Montere måling pladen til rheometer.
    5. Indstil måle afstanden til 2 mm.
      Bemærk: Fokus for top kameraet skal justeres lidt på grund af tilstedeværelsen af Plexiglas plade.
    6. Justere imaging systemet designet til at optage partikel bevægelse fra side gennem det gennemsigtige objektglas.
      1. Åbn 4912 x 3684 CMOS kamera af imaging systemet installeret på forsiden af container og start op den opholde sig video.
      2. Juster lodret og vandrette positionering scenen placeres parallelt med rheometer, indtil den markerede perle vises i midten af billedet.
      3. Justere den modulære zoomobjektiv, indtil synsfeltet omfatter den øvre overflade af substrater, perle og den nederste del af måling disken.
      4. Juster den vandrette positionering fase placeret vinkelret på rheometer at fokusere på Perlen.
      5. Åbne dialogboksen til angivelse af parametrene kamera og justere billedhastighed på 30 fps.
  3. Bestemme den kritiske roterende hastighed for udbrud af bevægelse.
    1. Stige lineært rotationshastighed, n, fra 0,02 til 0,05 omdrejninger pr. sekund i små trin på 0.00025 omdrejninger pr. sekund ved hjælp af rheometer software.
      1. I vinduet måling skal du dobbeltklikke på cellen for kontrolelementtypen og redigere vifte af hastighed fra 0,02 til 0,05 omdrejninger pr. sekund.
      2. Dobbeltklik på indstillingen og angive antallet af måling påpeger, 60, og varigheden af hver måling, 5 s.
      3. Angive en tabel, der repræsenterer rotationshastighed som funktion af tiden.
    2. Åbn live video fra top og side-kameraer. Begynde at optage en video-sekvens fra begge kameraer, ved hjælp af billedbehandling software.
    3. Start måling ved hjælp af rheometer software.
      NOTE: En foreløbig eksperiment med en større skridt størrelse anbefales før trin 1.3.1.1 for at groft skøn det hastighedsområde, hvormed den begyndende bevægelse vil ske. I en afstand af 21 mm fra drejning aksen og ved hjælp af silikone olie af 100 mPa·s, for eksempel flytter glas perle på roterende hastigheder på ca 0,035 omdrejninger pr. sekund. Derfor hensigtsmæssigt et interval fra 0,02 til 0,05 omdrejninger pr. sekund for eksperimentet.
    4. Kig nøje på live video fra toppen eller fra side kamera og stop måling, når perle fortrænger fra sin ligevægt. Bemærk den hastighed, hvormed perle krydser separatrix til den tilstødende ligevægt stilling. De noterede roterende hastighed repræsenterer den kritiske roterende hastighed, nC. Stop video-sekvenser.
      Bemærk: Sikre, at trin størrelsen er lille nok, at stigningen i hastighed under det tidsinterval, perle kræver flytter fra sin oprindelige holdning til den nærliggende ikke involverer mere end 1% af den kritiske værdi.
    5. Sted perle tilbage til sin oprindelige position. Dette kan gøres ved at flytte manuelt den roterende plade indtil perle fortrænger én plads tilbage. Gentage forsøget fem gange at bemærke den gennemsnitlige kritiske hastighed og standardafvigelsen.
    6. Gentag trin 1.3.1 til 1.3.5 med en anden markant perle i 2 tilstødende positioner til midten af underlaget.
  4. Dataanalyse.
    1. Bestemme tilstand af bevægelse: analysere sekvensen af billeder tidligere registreret fra toppen eller fra siden med algoritme som beskrevet i Agudo et al. 201739.
    2. Bestemme den kritiske skjolde antallet og shear Reynolds tal.
      1. Få kritisk skjolde antallet fra den følgende ligning40
        Equation 05(1)
        hvor Equation 06 er opnået fra trin 1.3.4, Equation 06 er den kinematiske viskositet, Equation 08 og Equation 09 er partikel og flydende tætheder, henholdsvis Equation 10 er acceleration af tyngdekraften og Equation 11 er den mobile perle diameter, alle dem kendt. Equation 12 er Mellemrumsbredde, defineret som afstanden fra toppen af substrat kugler til at måle plade, dvs. 2 mm og r er den radiale afstand af partikel fra drejning akse, dvs 21 mm.
      2. Få shear Reynolds tal, Re * baseret på shear hastighed af følgende ligninger:
        Equation 13(2)
    3. Gentag proceduren fra 1.1.3 1.4.2 ved hjælp af en anden regelmæssig substrat.
    4. Brug forskellige perle tætheder og forskellige væske viskositeter for at dække en bred vifte af Re * fra snigende strømningsforhold op til 1.

2. begyndende partikel bevægelse på den hydraulisk overgangsbestemmelser og ru turbulente Regime.

Bemærk: Målingerne er foretaget i en tilpasset lav hastighed vind-tunnel med åben jet test afsnit, Göttingen type.

  1. Forberede imaging systemet.
    1. Fix det kvadratiske substrat i afsnittet test.
    2. Sted en 5 mm alumina perle tidligere markeret på den ønskede oprindelige position (110 mm fra forkanten og 95 mm fra sidekanten).
    3. Tilslut højhastighedskamera koblet til makroobjektiv til computeren og tænde den. Justere makro linsen, indtil målet perle er tydelig i billedet.
    4. Indlede billedbehandlingsprogrammer på computeren. Aktivere "Live kamera", og Angiv "Sample rate" til 1000 fps.
    5. Tænd for LED-lyskilde og justere intensiteten samt fokus af kameraet for at opnå et klart billede af partikel og dens varemærker.
      Bemærk: Sikre, at mindst én af de omhandlede varemærker er placeret i en afstand af ca. 75% af perle radius eller større fra rotationsakse (Se figur 3(a) som reference).
  2. Fastsættelse af kritiske fan hastighed for udbrud af bevægelse.
    1. Indstille fan hastighed langt under den kritiske værdi (ca 1400 rpm i 5 mm alumina perle).
    2. Starte optagelsen ved at trykke på udløseren på imaging software.
    3. Øge hastigheden i trin på ca 4 til 6 rpm hver 10 s indtil begyndende bevægelse sker.
    4. Bemærk den kritiske hastighed værdi som begyndende bevægelse opstår og stop video-sekvens.
    5. Placere en ny markant perle på den samme oprindelige holdning og gentage proceduren fra 2.2.1 til 2.2.4 ti gange. Bemærk den kritiske hastighed for hver måling.
    6. Gentag proceduren fra 2.2.1 til 2.2.5 i samme afstand fra forkant, men på 65 og 125 mm fra sidekanten, henholdsvis. Bemærk den kritiske hastighed for hver måling.
  3. Forberede den konstante temperatur hot-wire anemometer (CTA).
    1. Indstil funktionen CTA at stå ved og årti modstand til 00.00. Tænd for hovedafbryderen og vente i ca 15-20 min at varme op.
    2. Tilslut kortslutning sonden og skifte CTA kontrolfunktion til modstandsmåling. Justere de nul ohm indtil nålen placeres i rødt mærke og skifte tilbage kontrolfunktionen til standby.
    3. Erstatte kortslutning sonden af miniature hot-wire sonde. Skifte CTA kontrolfunktion til modstandsmåling. Justere modstand switche, indtil nålen placeres i rødt mærke.
      Bemærk: Den målte modstand svarer til kold modstand af miniature sonden. Den målte værdi skal være i overensstemmelse med den angivne værdi af fabrikanten (3,32 Ω).
    4. Skifte CTA-funktionen for at stå og justere modstanden årti til 5,5 ohm til at opnå en overheat ratio på omkring 65%.
    5. Måle frekvensgang af CTA gennemsnitlige kritiske hastighed (trin 2.2.4).
      1. Tænd ventilatoren og indstille rotationshastighed af blæseren til den kritiske værdi, omkring 1400 rpm. Skifte på oscilloskopet.
      2. Tænd den firkantede bølge generator af CLU.
      3. Indlede oscilloskop software på computeren og åbne CSV-modulet for at aktivere dataregistrering. Vælge kanal (CH1) og gemme optagelsen data dvs. tid og spænding, under navnet på den ønskede fil. Vent, indtil målingen er færdig (ca. 3 min).
        Bemærk: Grænsefrekvens er beregnet ud fra den svartid, hvor spændingen faldt til et niveau af - 3db (Se figur 4(a)).
      4. Sluk firkantet bølge generator og indstille funktionen CTA til standby.
  4. Kalibrering CLU.
    1. Skifte CTA-funktionen til at fungere. Sikre, at sonden er justeres til en tilstrækkelig højde væk fra pladen, så det er placeret i zonen gratis stream.
    2. Indstille fan rotationshastighed til 200 rpm. Måle den streamwise hastighed i zonen gratis strøm ved hjælp af løbehjulet Anemometeret og læse spænding på oscilloskopet.
    3. Gentag trin 2.4.2 for forskellige rotationshastigheder med et fast interval af 50 rpm op til omkring 1450 rpm (i alt 26 læser).
    4. Etablere en sammenhæng mellem rpm og den målte gratis stream streamwise hastighed, Equation 14 . Skaffe den kritiske hastighed, Equation 15 , der svarer til den kritiske rotationshastighed for hver af målingerne udføres fra trin 2.2.5 til 2.2.6. Beregner den gennemsnitlige kritiske gratis stream hastighed, Equation 16 og standardafvigelsen af målingerne.
    5. Etablere en sammenhæng mellem hastighed og spænding efter en tredje grad polynomium fit:
      Equation 17(3)
      Her, Equation 18 er den streamwise hastighed målt i m/s, Equation 04 er den spænding målt i Volt (V), og Equation 19 er de fit koefficienter. Kalibreringskurverne er vist i figur 4(b) før og efter målinger af hastighed profil.
  5. Måling af streamwise hastighed med væg-normal position på kritiske forhold.
    1. Fjerne den markerede perle fra underlaget.
    2. Justere håndhjul af horisontale positionering fase, indtil hot wire sonden er placeret på den ønskede oprindelige position (110 mm fra forkanten og 95 mm fra sidekanten).
    3. Justere grundigt af håndhjul af lodret positionering scenen før sonden er placeret som tæt på substrat overflade som muligt. Se gennem kameraet koblet til makro linsen til at sikre, at wiren ikke rører underlaget overflade. Indstille værdien nul i den digitale niveau indikator på denne holdning.
      Forsigtighed: Den varme ledning er meget følsomme, og hvis det rører overfladen vil det bryde. Skyld sikkerhed, vi placere sonden i en afstand af 0,05 mm over toppen af substrat sfære (Se figur 1(e) som reference). Dette repræsenterer en normaliseret væg-normal komponent Equation 20 hvor Equation 21 er start måling værdi, Equation 22 er shear hastigheden og Equation 23 er den kinematiske viskositet af luft på driftstemperatur. Bemærk, at startværdien er nedenfor Equation 24 hvor viskositeten er dominerende55.
    4. Indstille fan rotationshastighed til den gennemsnitlige rotationshastighed på som den begyndende bevægelse opstår, se trin 2.2.4. Gratis stream hastighed således svarer til Equation 25 .
    5. Justere samplingfrekvens til 1 kSa og antallet af prøver til 6000 på oscilloskopet (total Prøvetagningstiden 6 s). Vælg kanalen (CH1) og start måling. Gemme dataene i optagelse under navnet på den ønskede fil. Vent, indtil målingen er færdig (ca. 3 min).
    6. Øge væg-normal position for sonden, ved en tilvækst på 0,01 mm op til 0,4 mm, og ved en tilvækst på 0,1 mm op til højden af 10 mm. Det svarer til i alt 137 point for hastighed profil kurve. Gemme den registrerede data for hver højde.
  6. Dataanalyse.
    1. Beregn den gennemsnitlige streamwise hastighed og den turbulente intensitet for hver væg-normal position.
      1. Kør den egenudviklede algoritme for at vurdere de statistiske mængder. Åbne scriptet og Vælg mappen med kalibreringskurven og den lagrede data for hver af de målte højde.
        Bemærk: Scriptet beregner først fit koefficienter fra kalibreringskurven som vist i Eq. 3. For hver højde, det beregner den øjeblikkelige streamwise hastighed, Equation 26 ved hjælp af Eq. 3 og beregner den integrerende tidsskala autokorrelation metode56. Derefter, det beregner gennemsnittet i tid, Equation 27 og rod firkantede hastighed, Equation 28 , for prøver, der er adskilt af to gange den integrerende tid nødvendige for den tid i gennemsnit analyse.
      2. Plot dimensionsløs lodret stilling, Equation 29 mod dimensionsløse streamwise tid gennemsnitlige hastighed Equation 30 , hvor Equation 31 er diameteren af substrat kugler. Plot Equation 29 mod dimensionsløs root firkantede hastighed Equation 32 . Figur 4 (c)-(d) skildrer resultater for tilfældet med 5 mm alumina perle.
    2. Beregne shear hastigheden fra eksperimentelle data.
      1. Passe dimensionsløs tid gennemsnitlige hastighed med den logaritmiske hastighed distribution57
        Equation 33(5)
        hvor Equation 34 er shear hastigheden, Equation 35 er von Kármán konstant og Equation 36 er en konstant, som afhænger af shear Reynolds nummer26. Den faste linje i figur 4(c) er en logaritmisk passer til den tid gennemsnitlige hastighed.
        Bemærk: Fra passer til eksperimentelle data, kan det blive vist som shear hastighed, Equation 34 er givet ved:
        Equation 37(6)
        hvor Equation 38 er den logaritmiske fit koefficient og Equation 39 20.
        Den tyktflydende underlag, Equation 40 forbliver over toppen af substrat kugler i vores eksperimenter. I den strengeste scenario, bør Eq. 5 erstattes af den ændrede hastighed lov præsenteret af Rotta20,58.
        Equation 41(7)
        hvor Equation 42 og Equation 43 . Equation 40 er den tyktflydende underlag tykkelse, der kan beregnes ca ved Equation 44 55.
        Algoritmen, der beregner direkte shear hastighed fra fit af eksperimentelle data til Eq. 5 og Eq. 7. De blå symboler i figur 4(c) repræsenterer fit til forsøgsdata ifølge Eq. 7.
        På Re * over 70, Equation 40 udgør op til 5% af de mobile perle diameter, og ved hjælp af en egnet fra Eq. 5 eller Eq. 7 indebærer en variation på Equation 22 inden for de vedtagne række usikkerhed. Sammenlign streg og blå symboler i figur 4(c) på en Re * af omkring 87,5.
    3. Bestemme tilstand af bevægelse: analysere sekvensen af billeder tidligere registreret fra siden med algoritmen, som beskrevet i Agudo et al. 201739.
    4. Bestemme den kritiske skjolde antallet og shear Reynolds tal.
      1. Få kritisk skjolde antallet fra den følgende ligning22
        Equation 34(8)
        hvor Equation 34 er opnået fra trin 10.2, Equation 08 og Equation 46 er partikel og væske tætheder, henholdsvis Equation 10 er acceleration af tyngdekraften og Equation 11 er den mobile perle diameter, alle af dem kendt.
      2. Få partikel Reynolds tal, Re *, af følgende ligninger:
        Equation 47(9)
      3. Gentag fremgangsmåden for måling af hastighed profil som en funktion af den mur-normal koordinat, trin 2.5, i samme afstand fra forkant men på 65 og 125 mm i bredde retning, henholdsvis.
      4. Gentag proceduren fra 2,1 til 2.6.4.3 ved hjælp af forskellige perle størrelser og regelmæssig substrater.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 1 (a) repræsenterer en skitse af den eksperimentelle set-up bruges til at karakterisere den kritiske skjolde antallet i den snigende flow grænse, § 1 i protokollen. Målingerne er udført i et roterende rheometer, der blev ændret for dette specifikke program. En gennemsigtig Plexiglas plade på 70 mm i diameter blev omhyggeligt fast til en parallel plade af 25 mm i diameter. Inertien i maaleanlaegget var derfor justeres inden målingen. En tilpasset cirkulære container 176 mm i diameter med gennemsigtige vægge var koncentrisk koblet til rheometer. Et lodret snit blev udført i den forreste del. Et objektglas blev omhyggeligt fastgjort til den forreste sektion til at forbedre billeddannelse. Kløften indstilling profil var justeres for at tage hensyn til tilstedeværelsen af beholderen. Plade hastighed blev minimeret tæt på væske grænsefladen for at forhindre perle bevægelse før du starter målingen. I dette system, enkelt perle optisk kan spores fra toppen gennem den gennemsigtige plade, se figur 1(b), eller fra siden gennem de gennemsigtige dæksider, se figur 1(c). En Couette flow profil er induceret mellem den roterende plade og substrat. Derfor kritisk shear rate er givet ved Equation 48 . Derfor kan kritisk skjolde antallet og shear Reynolds tal defineres som Eq. 1 og Eq. 2, henholdsvis. Det set-up, anvendes i afsnit 2 i protokollen er illustreret i figur 1(d). Målingerne er udført i en tilpasset lav hastighed vind-tunnel med åben jet test afsnit, Göttingen type. De regelmæssige substrater af 19 x 25 cm2 er beliggende midt i afsnittet test. Fan hastighed og dermed den væske velocity er reguleret med en frekvensomformer, tilsluttet blæser fan. Et turbulent grænselag er induceret ovenfor den regelmæssige substrat. Profilen hastighed måles med en hot wire miniature sonde specialiseret designet til at måle grænselag (Se figur 1(e)) koblet til en konstant temperatur anemometer (CTA). Væg-normal position, y, styres med en lodret fase, der kan flyttes inden for ca. 0,01 mm. Holdning er målt med en digital niveau indikator med en opløsning på 0,01 mm. I den fuldt ru turbulente styre (typisk Re * > 70), shear hastighed kan udledes af et anfald af eksperimentelle data til logaritmisk væg lov, Eq. 559. I den hydraulisk overgang regime, shear velocity er udledes fra en pasform af modificerede væg lov, Eq. 758. Kritiske skjolde antallet og shear Reynolds tal kan fås fra shear velocity som udtrykt i Eq. 8 og Eq. 9, henholdsvis.

Figure 1
Figur 1: skitse af den eksperimentelle set-up anvendes på laminar betingelser (a). en mobil perle (405.9 ± 8,7) µm diameter hvilende på den kvadratiske substrat lavet af kugler af samme størrelse med en afstand på 14 µm mellem dem set fra toppen (b) og fra den side (c), henholdsvis. Skitse af den eksperimentelle set-up anvendes på turbulente forhold (d). To mobile perler (3,00 ± 0,15) mm og (5,00 ± 0,25) mm hvilende på en kvadratisk substrat med nogen afstand mellem kugler (2,00 ± 0,10) mm tæt på miniature hot-wire sonde (e). Sonden er placeret i en afstand af ca. 0,05 mm fra toppen af substrat sfære. Figur 1 (d) er gengivet fra Agudo et al. 2017a39, med tilladelse fra AIP Publishing. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Et billede proces rutine, der analyserer markant perler blev udviklet i tidligere undersøgelser39 til at beregne rotationsvinklen perle på debut af bevægelse. Figur 2 og figur 3 viser eksempler på anvendelse på laminar, Re * = 0,06 og turbulente forhold, Re * = 87,5, henholdsvis. Ved hjælp af afmærkede områder, opnåede vi samme kritiske skjolde nummer som perler uden mærker inden for måleusikkerheden. Baseret på snu edge detection og Hough transformering, er rutine købedygtig anerkende perle med relativ usikkerhed lige mellem 1,2 og 4%39. Rotationsvinklen bestemmes ved at spore mærker baseret på en grå-skala tærskel. Usikkerheden, i dette tilfælde stiger op til absolutte værdier spænder fra 7 ° til 17 °, afhængigt af den imaging system39. Snapshots i figur 2(a) - (f) illustrerer repræsentative eksempler for enkelt glas perle af (405.9 ± 8,7) µm fortrænge fra sin oprindelige ligevægt holdning til den næste på en kvadratisk substrat lavet af perler af samme størrelse med en afstand på 14 µm mellem områder. Videoen er optaget fra toppen gennem det gennemsigtige målesystem som beskrevet i afsnit 1 (Se trin 1.2.3). Figur 2 (g) viser rotationsvinklen under forskydning som en funktion af den krumme bane Equation 49 langs substratet (Se justering af figur 2(g)). Bane er normaliseret til den afstand, som perle langs den krumme kurve mellem to ligevægt positioner, Equation 50 . Den stiplede linje i figur 2(g) repræsenterer vinklen til ren rullende. Enkelt perle oplevelser en total rotation (140 ± 8.5) °, som falder sammen med vinklen til ren rullende bevægelse, som også har en værdi af ca. 140°. Rullende er derfor tilstanden af begyndende bevægelse og Eq. 1 kan bruges til at karakterisere den begyndende partikel bevægelse.

Figure 2
Figur 2: Snapshots under den begyndende bevægelse af en markant perle (405.9 ± 8,7) µm diameter på den kvadratiske substrat med en afstand på 14 µm på Re * af ca 0,06 (a)-(f). Røde Kors og den grønne linje repræsenterer centrum af kuglen, og perle contour fremstillet af algoritmen, henholdsvis. De blå cirkler repræsenterer bane af det geometriske centrum af varemærket. Flow fra venstre mod højre. Snapshots er gengivet fra Agudo mfl (2017) en39, med tilladelse fra AIP Publishing. Vinkel på rotation som en funktion af den krumme bane langs to ligevægt positioner (g). Tid forekomster af snapshots er vist på figuren. Den stiplede linje angiver rotationsvinklen for en ren rullende bevægelse. Figur 2 (g) er gengivet fra Agudo mfl (2014)41, med tilladelse fra AIP Publishing. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Snapshots i figur 3(b) - (e) skildrer et eksempel for en alumina perle (5 ± 0,25) mm fortrænger fire positioner over kvadratiske substrat lavet af kugler af (2,00 ± 0,10) mm med no-gap mellem disse. Videoen er optaget fra siden som i punkt 2 (Se trin 2.2.1-2.2.4). Den målte vinkel er enig med den teoretiske under en sti, der dækker cirka de første to ligevægt stilling (Se figur 3(g)). Derfor, rullende antages for at være tilstanden af begyndende bevægelse og Eq. 8 kan bruges til at beregne det kritiske skjolde tal. Efter den anden ligevægt holdning, men synes den målte rotationsvinkel at afvige fra ren rullende bevægelse. Den røde linje i figur 3(f) repræsenterer perle bane under en længere vej ca 17 stillinger over underlaget. Fra bane, kan det skimtes, hvordan partiklen oplever små fly under sin bevægelse langs substratet.

Figure 3
Figur 3: Snapshots under den begyndende bevægelse af en markant perle (5,00 ± 0,25) mm diameter på den kvadratiske substrat med nogen afstand mellem kugler på Re * af ca 87,5 (a) - (e). Røde Kors og den grønne linje repræsenterer centrum af kuglen, og perle contour fremstillet af algoritmen, henholdsvis. De blå cirkler repræsenterer bane af det geometriske centrum af varemærket. Røde Kors i (f) repræsenterer bane af byens perle langs ca 17 stillinger langs substratet. Flow fra venstre mod højre. Vinkel på rotation som en funktion af den krumme bane langs fire ligevægt positioner (g). Tid forekomster af snapshots er vist på figuren. Den stiplede linje angiver rotationsvinklen for en ren rullende bevægelse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4 (a) illustrerer square-bølge test for at vurdere hyppighed svaret af CLU på kritiske gratis stream hastighed for alumina perle (5 ± 0,25) mm (Se trin 2.3.5). Den tid, der kræves for spændingen til at falde af 97%, Equation 51 , handler om 0.1 ms. i overensstemmelse hermed, frekvensgang, givet ved Equation 52 60, resulterer i cirka 7.7 kHz. Fra figur 4(a), kan det konstateres, at lavt er fortsat langt under 15% af top respons. Dette indikerer at den hot-wire CTA parametre, herunder den overophedning ratio, er korrekt tunned61. Kalibreringen kurver for det illustrative eksempel er vist i figur 4(b) før (røde firkanter), og efter målinger af hastigheden profil (sorte cirkler). Begge kurver overlapper hinanden med angivelse af at ingen ændringer skete under eksperimentet. For alumina perle (5 ± 0,25) mm, er den tid-gennemsnit hastighed og root firkantede hastighed afbildet som en funktion af den normaliserede væg-normal komponent i figur 4(c) og 4(d), henholdsvis. De er fremstillet som beskrevet i trin fra 2.5.1 til 2.6.1 i protokollen. Begge hastigheder er normaliseret med den kritiske gratis stream hastighed. Fra den maksimale værdi i Equation 32 , det kan påvises, at den målte tyktflydende underlag tykkelse er ca. 0,25 mm. Den faste linje i figur 4(c) repræsenterer en pasform til de eksperimentelle data efter den logaritmiske hastighed lov, Eq. 5, mens den blå linje repræsenterer en fit af data efter ændrede hastighed lovgivning foreslået af Rotta20 , 58, eq. 7. I dette tilfælde er begge pasform i god aftale, da den tyktflydende underlag udgør kun 5% af mobile perle diameter. I overensstemmelse hermed, shear hastighed fra begge passer afviger mindre end 8%. Figur 4 (e) illustrerer handlingen af fluktuerende kræfter på den begyndende bevægelse fra energi kriterium perspektiv som anført af Valyrakis et al. 201362. Den faste linje viser en del af den tidsmæssige historie af kuben af øjeblikkelige streamwise hastighed, Equation 53 , målt i en afstand af mobile alumina halv perle diameter fra underlaget. Hastigheden blev opbevaret på en samplingfrekvens på 25 kSa for denne specifikke måling. Den blå linje repræsenterer terning af den gennemsnit hastighed, Equation 54 . Den røde prikkede linje repræsenterer terning af den kritiske hastighed beregnes som Valyrakis et al. 201163

Equation 55(10)

hvor Equation 56 er den hydrodynamiske masse koefficient, cirka lig med 1 i vores forsøg, og Equation 57 er træk koefficient antages for at være 0,9 som betragtes som i Valyrakis et al. 201163. Equation 58 og Equation 04 er beregnet som vist i Eq. 11 og 12, henholdsvis. Den øjeblikkelige flow magt er en lineær funktion af kuben af velocity62. Derfor Topper på Equation 53 over den kritiske værdi kan betragtes som en potentiel udløser for begyndende partikel bevægelse, hvis varigheden af disse flow begivenheder sidste nok62. Det egenudviklede algoritme anslår varighed af energiske flow begivenheder ved at evaluere skæringspunktet mellem Equation 53 med den vandrette linje Equation 59 langs hele eksperimentet. I den vejledende eksperiment afbildet i figur 4, er varigheden af energiske flow begivenheder ca. 1-2 ms med et maksimum på 2,1 ms.

Figure 4
Figur 4: repræsentative resultater opnået med hot wire CTA i afsnittet test i vindtunnel lav hastighed på debut af bevægelse af alumina perle (5 ± 0,25) mm hvilende på en kvadratisk substrat med nogen afstand mellem kugler (a) hyppighed svar i CTA efter en square-bølge test b kalibreringskurver benyttes før (røde firkanter), og målinger af hastighed profil (sorte cirkler). Den solide linje angiver en tredje polynomium trend passer til dataene. De fit koefficienter er afbildet i indsatser af figur (c) tid i gennemsnit streamwise hastighed profil. Streg og blå symboler viser en pasform retspraksis logaritmisk, og ændrede væg, henholdsvis (d) kvadratiske streamwise hastighed profil inden for en lille højde rækkevidde. Den målte tyktflydende underlag er omkring 0,25 mm (e) A del af den tidsmæssige historie af kuben af øjeblikkelige streamwise hastighed målt i en afstand af mobile alumina halv perle diameter fra underlaget. Den blå linje angiver kube af tid i gennemsnit streamwise hastigheden. Den røde stiplede linje angiver kube af den kritiske hastighed beregnes som Valyrakis et al. 201164. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5 (a) repræsenterer den kritiske skjolde nummer afhængighed som en funktion af nedgravning grad defineret som Martino et al. 2009 af Equation 60 37. De symboler, der er markeret med rødt er den tærskel, der er fremstillet af de illustrative eksempler i protokollen. Vinkel hvile og eksponering graden er geometrisk kombineret i vores regelmæssige strukturer. Vinkel hvile kan analytisk beregnet som følger:

Equation 61(11)
hvor hævet Equation 62 refererer til den trekantede geometri og Equation 63 refererer til den kvadratiske geometri med mellemrum Equation 64 mellem områder. Tilsvarende eksponering grad defineret som tværsnitsareal udsat for strømmen udbytter:

Equation 65(12)
hvor Equation 66 er vinklen vinklen mellem perle overfladen på effektiv nul niveau og den lodrette akse (Se justering af figur 5). For den trekantede og kvadratiske substrat med mellemrum Equation 64 mellem områder, kan det blive vist som:

Equation 67(13)
hvor Equation 68 er en effektiv nul niveau under toppen af substratet (Se justering af figur 5). I den snigende flow grænse, numeriske simulationer viser, at effektivt nul niveau stiger lineært med afstanden Equation 64 : Equation 69 . På større Re *, effektivt nul antages for at være konstant Equation 70 som eksperimentelt vist Dey et al. 201264. For Re * spænder mellem 40 og 150, var shear stress udledes ved hjælp af modificerede væg loven, der omfatter hydraulisk overgangsbestemmelser flow regime. Solid og stiplede linje er magt tendenser monteret til eksperimentelle data. Som vist i figur 5, flow de kritiske skjolde antallet stiger som funktion af nedgravning grad viser stærk påvirkning fra delvist afskærmning partikel til shear. Dette omfatter sammenligne trekantede kvadratiske substrat konfigurationer og forskellige mobile perler diametre. Påvirkning af sedimentet bed geometri synes at være mere udtalt på højere Re *. For den samme grad af fremspring, kritiske skjolde på Re * nedenstående nummer 1 er stadig langt over værdien på Re * spænder mellem 40 og 150.

Figure 5
Figur 5: afhængighed af kritiske skjolde antallet nedgravning graden fra laminar turbulent strømning betingelser. På Re * < 1, trekanter, kvadrater, cirkler og rhomboids tyder resultaterne med trekantede og kvadratiske substrater med en afstand på 14, 94 og 109 µm, henholdsvis. Solid og åbne symboler repræsenterer eksperimenter udført med mindre tyktflydende og højere viskøse olier, henholdsvis. På 40 < Re * < 150, trekanter og kvadrater angive eksperimenter udført med trekantede og kvadratiske substrater med nogen afstand, henholdsvis. Sort, blå, rød, grøn og lilla angive eksperimenter udført med glas, stål, aluminiumoxid, polystyren sulfonat og Plexiglas, henholdsvis. Data på Re * < 1 er gengivet fra Agudo et al (2012)38, med tilladelse fra AIP Publishing. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Vi præsentere to forskellige eksperimentelle metoder til kendetegner begyndende partikel bevægelse som en funktion af sediment bed geometri. Til dette formål bruger vi en éncellelag af kugler jævnligt arrangeret efter en trekantet eller kvadratiske symmetri på en sådan måde, at parameteren geometriske forenkler til en enkelt geometri. I den snigende flow grænse beskriver vi den eksperimentelle metode ved hjælp af en roterende rotameter til at fremkalde laminar shear flow som i tidligere undersøgelser39,40,41. Indledende forsøg viste, at den begyndende bevægelse forblev uafhængige af finite-størrelse virkninger af substrat som den radiale placering eller afstand fra det opstrøms grænse af substrat38. På samme måde kritisk skjolde antallet blev fundet for at være uafhængig af relative flow nedsænkning inden for et interval Equation 71 spænder mellem 2 og 12 og uafhængig af inerti op til en Equation 72 af omkring 338. Over denne værdi konstateredes en stigning i den kritiske skjolde antallet som følge af interferens på grund af en sekundær flow induceret af den roterende plade. Denne faktor begrænsede maksimalt Equation 72 for den eksperimentelle proceduren beskrevet i første del af håndskriftet. Den anden eksperimentelle metode er designet til at løse den hydraulisk overgangsbestemmelser og ru turbulent flow regime. Shear stress er foranlediget af en lav hastighed vindtunnel. For at fastslå en række parametre uafhængigt af enhver størrelse eller afgrænsning virkning på underlaget, vi har foretaget målinger af turbulent grænselag i en afstand på 50, 80, 110, 140, 170 og 200 mm fra forkant. På 50, 80, 110 og 200 mm, blev grænselag målt til 4 forskellige positioner i den bredde retning, 55, 65, 95 og 125 mm fra en af substrat grænserne. På 140 og 170 mm, blev grænselag målt på to forskellige positioner i den bredde retning, 65 og 95 mm fra en af grænsen substrat. Alle målinger blev udført på kritiske gratis stream hastighed betingelser, Equation 73 for en (5,00 ± 0,25) mm glas perle hvilende på et trekantet substrat lavet af (2,00 ± 0,10) mm perler. Inden for det interval, der spænder mellem 80 og 200 mm, form faktor varierede mellem 1,3 og 1,5 som forventet for turbulente grænse lag57. Velocity profiler på samme afstand fra forkanten var i god aftale med hinanden, afslørende logaritmisk koefficienter, der varierer fra 5% op til 10% uafhængig af bredde retning. Den valgte række parametre i beskrivelsen af protokollen er nøje udvalgt til at sikre, at de kritiske skjolde nummer forblev uafhængige af enhver grænse virkning på den eksperimentelle set-up. Dette gælder for både eksperimentelle metoder.

Tærsklen for begyndende bevægelse afhænger tilstanden af bevægelse, som igen er en funktion af geometriske egenskaber af sengen som eksponering af partikel. På høj Reynolds tal er begyndende bevægelse tilbøjelige til at ske ved at rulle hvis partiklen er meget udsat for flow14,65. For enkelte partikler, der er næsten helt afskærmet af naboer, kan ophævelse, være en mere passende tilstand14. På laminar betingelser forenkler situationen, da lift styrker er normalt oversete16,17,40,44,45,66 , og rullende eller glidende antages for at være i hovedtilstand for begyndende bevægelse. For at korrekt karakterisere kritiske skjolde nummeret som en funktion af bed geometri, skal tilstand af bevægelse først være grundigt analyseret. Til dette formål, vi indspillede partikel bevægelse og vi brugte et billede proces algoritmer, der beregner vinkel på rotation af perle39. Hvis denne værdi svarer til den teoretiske vinkel til ren rullende som afbildet i figur 2 eller i den første række af figur 3, litra g, de kritiske skjolde antallet kan udledes ved hjælp af Eq. 1 og Eq. 8 til afsnit 1 og 2 i protokollen , henholdsvis. Algoritmen identificerer partikel positioner og mærker at studere rotatorisk og glidende bevægelse med et minimum af mennesket indgreb. Sporing af partiklen er baseret på en snu kant detektor og Hough transformering. Denne kombination har vist sig for at give en robust og pålideligt redskab til at studere kornede transport processer1,39,67,68. På den anden side er mark påvisning baseret på enkle grå-skala tærskel. Den største ulempe ved algoritmen er, at tærsklen, der skal justeres afhængigt af imaging systemet. Selv om algoritmen tages hensyn geometriske sanktioner s varemærker, sporing er mere modtagelige for fejl forårsaget af forskellige tærskelværdierne og lysintensitet udsving, som kan ses, for eksempel fra den blå cirkel angiver den barycentrum af en mark tæt på byens perle i øjebliksbillede af figur 3, litra e og 3, litra f. Yderligere applikationer foreslår vi at bruge cross-korrelation teknikker til at opdage mark forskydninger mellem efterfølgende rammer. Dette kan gøre det muligt for os at opnå en sub-pixel opløsning69 og kan forbedre påvisningen af vinklen, når mange mærker er til stede.

Forskellige definitioner for partikel tærskel er fundet i litteraturen. På laminar betingelser, som behandlet i afsnit 1, kritiske skjolde antallet som en dimensionsløs parameter for udbrud af bevægelse er normalt defineret som anført i Eq. 1, dvs med de karakteristiske shear stress som Equation 74 32,34 ,36,70. Andre dimensionsløs parametre som Galileo tal findes også i laminar flow37. Dette valg, dog kan synes passende på højere partikel Reynolds tal hvor inerti er mere relevant end friktion. Definitionen i Eq. 1 synes at være særligt hensigtsmæssige i den krybende flow grænse hvor det har vist sig at et deterministisk modelmetode er gyldig, når parameteren geometriske er forenklet til en regelmæssig struktur40. Denne erklæring er efter aftale med maksimal standardafvigelser ca. 5-7% målt med eksperimentelle systemet beskrevet i afsnit 1. Standardafvigelsen som anslået taktfast 1.4.2.3, karakteriserer den tilfældige fejl forbundet med rheometer og udsving på grund af lokale skønhedsfejl på bærematerialet eller perle størrelse. Bemærk, at udsving i de hydrodynamiske styrker ikke forventes på Re * under én. Ved hjælp af kvadratiske bærematerialet med en afstand mellem perler af 14 µm, opnåede vi en kritisk skjolde antal svarende til 0.040 ± 0,00238. Standardafvigelsen var bestemmes under hensyntagen til alle individuelle målinger af figur 5, dvs., fem forskellige kører for hver materialekombination i tre forskellige lokale holdninger. Værdier op til 7% for standardafvigelsen er fundet for andre substrat konfigurationer demonstrerer praecision. Det er værd her bemærke, at bortset fra afvigelserne i wire mesh størrelse, substraterne præsentere undertiden større lokale mangler såsom hulrum, hvor den faste perle er blevet skilt eller som variationer i højden. En besigtigelse af både top- og kamera anbefales derfor før du starter målingen. Høj opløsning 3D laserudskrivning kan bruges til at opbygge substrater i yderligere programmer hvor sub micron beslutning er påkrævet.

Når perlen er helt eller delvist udsat for turbulent strømning, som betragtes som i afsnit 2, skal rolle peak turbulente-velocity værdier og dens varighed betragtes når vi forsøger at identificere den begyndende partikel bevægelse. Impuls14,71 eller energi kriterium62 vises som et værdifuldt alternativ til den klassiske skjolde kriterium. De foreslår, at bortset fra den hydrodynamiske kraft, den karakteristiske tidsskala flow strukturer skal være ordentligt parametriserede71. Til dette formål, den samme algoritme, som henter tid i gennemsnit og kvadratiske hastigheder, vurderer varigheden af energiske flow begivenheder på basis af tilstanden Equation 75 . For de illustrative eksperiment af figur 4, litra e, varigheden af energiske flow begivenheder er fortsat ca. 1-2 ms. hvis vi brugte en træk koefficient givet ved Equation 76 i Eq. 10 som foreslået af Vollmer og Kleinhans 200713 eller Ali og Dey 201620 baseret på Colemans eksperimenter72, den modificerede Equation 77 forbliver over den tidligere værdi og den målte maksimale varighed falder til ca 1,6 ms. i hvert fald, varigheden er fortsat langt under rækkefølgen af 10 ms som observeret i tidligere eksperimenter af Valyrakis, Diplas et al. 2013 udført i en vand kanal62. Derudover bestemmer algoritmen integreret længde-skala, som det fremgår af El-Gabry, Thurman et al. 201473 baseret på Roachs metode74. I en afstand af en halv perle diameter fra underlaget er anslået makro-skala længde skala omkring 1,5 mm. Det har vist sig at de fleste af hændelserne energisk stand til at udløse den begyndende bevægelse bør have en karakteristisk længde af omkring to til fire partikel diametre62. Denne erklæring kan dermed indikere, at hændelserne energiske induceret i vores low-speed vindtunnel ikke er i stand til at udløse den begyndende bevægelse. Dette er efter aftale med en gennemsnit hastighed lidt over den kritiske værdi som vist i figur 4(e), og standardafvigelser under 8% i Equation 73 for 5 mm perler uafhængigt af materiale som bemærket i eksperimenter. Standardafvigelse i Equation 73 som beregnet i trin 2.2.5-2.2.6 giver en vurdering af den tilfældige udsving forbundet med flow-parametrene, men også til lokale mangler på den regelmæssige substrat. Alumina-kugle med 5 mm diameter vi opnået en Equation 73 svarende til 12,30 ± 0,23 m/s. Denne standardafvigelse blev fastsat under hensyntagen til 10 individuelle løber i tre forskellige positioner i samme afstand fra kanten. For perler af 2 mm øger standardafvigelsen op til ca. 14%. Denne resultater besluttede vi at bruge skjolde kriterium med en kritisk skjolde nummer som defineret i Eq. 8 til at karakterisere den begyndende bevægelse. Desuden, i stedet for at præsentere en sandsynlighed for medrivning, vælger vi for at give en bestemt værdi af kritiske skjolde antallet med en repræsentativ graden af usikkerhed. Der er to vigtigste kilder til usikkerhed i Eq. 6 for at evaluere shear hastigheden: Equation 73 og Equation 78 . Den relative usikkerhed på Equation 73 er udledes af standardafvigelsen af målingerne. Den relative usikkerhed i Equation 78 er relateret til måling af turbulent grænselag. På den samme afstand fra forkanten, typiske afvigelser på fit koefficient intervallet mellem 5 og 10% afhængigt af blæserhastighed, der på Skift afhænger substrat geometri og perle tæthed. Den relative usikkerhed i Equation 78 blev antaget for at være 10% i de mest konservative analyse. Derfor, usikkerheden af Equation 79 svinger mellem 7 og 18% afhængigt af eksperimentet. Fejllinjer i figur 5 viser usikkerheden af skjolde antallet efter anvender den ovennævnte analyse herunder relative usikkerhed på partikel diameter, og luft- og partikel tætheder.

Den eksperimentelle protokollen tillader karakterisering af begyndende partikel bevægelse som en funktion af nedgravning grad i forskellige flow regimer. Brug af regelmæssige geometrier forenkler den geometriske faktor til en enkelt geometri og undgår enhver tvivl om rollen af kvarteret. Kriteriet for begyndende bevægelse er tilfredse, når perle flytter fra sin oprindelige holdning til den næste ligevægt, en. Brug af en billedbehandling algoritme præciserer tilstanden af begyndende bevægelse. Den eksperimentelle metode beskrevet i afsnit 1 i protokollen har været anvendt i tidligere undersøgelser for at påpege den kraftige indvirkning, lokale bed arrangement på den begyndende bevægelse under laminar betingelser38,39,40 , 41. systemet, var imidlertid begrænset til Re * under 3. På højere Re * foreslår vi en ny Eksperimentel metode, som tillader os at løse den hydraulisk overgangsbestemmelser og ru turbulent flow regime. Interessant, turbulens kendetegn ved systemet i forbindelse med en forenklet geometriske parameter tillader os at karakterisere den begyndende bevægelse med en kritisk skjolde nummer med usikkerhed, der svinger mellem 14 og 25%. Vi fremlægger bare nogle repræsentative eksempler på anvendelse på Re * spænder mellem 40 og 150. Som en fremtidig omfanget af undersøgelsen, skal en bredere vifte af Re * være dækket med særlig vægt på hydraulisk overgangsbestemmelser flow regime hvor færre data er tilgængelige i litteratur. Tilsvarende bør eksperimenter på større nedgravning grader gennemføres. Disse resultater kan bruges som benchmark for mere komplekse modeller. For eksempel, er den realistiske model for nylig foreslået af Ali og Dey 2016 baseret på en hindring koefficient, der er afledt fra eksperimentelle resultater kun i tilfælde af tæt pakket sediment perler20. Eksperimentelle resultater for partikler, der er mindre udsat for strømmen, som behandles i den snigende flow grænse kan udløse en ekstrapolering af modellen på større nedgravning grader. Derudover kan den foreslåede eksperimentelle metode tillade os at fremhæve på turbulente sammenhængende strukturer på begyndende partikel bevægelse rolle med en kraftig forenkling af den geometriske faktor. Dette er stadig dårligt forstået i litteratur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at videregive

Acknowledgments

Forfatterne er taknemmelige til ukendt dommere af værdifulde råd og Sukyung Choi, Byeongwoo Ko og Baekkyoung Shin for samarbejde i opsætning af eksperimenter. Dette arbejde blev støttet af hjernen Busan 21 projekt i 2017.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
MCR 302 Rotational Rheometer Anton Paar Induction of shear laminar flow
Measuring Plate PP25 Anton Paar Induction of shear laminar flow
Peltier System P-PTD 200 Anton Paar Keep temperature of silicon oils constant in the system at laminar flow
Silicone oils with viscosities of approx. 10 and 100 mPas Basildon Chemicals Fluid used to induced the shear in the particles
Soda-lime glass beads of (405.9 ± 8.7) μm The Technical Glass Company Construction of the regular substrates for laminar flow conditions
Opto Zoom 70 Module 0.3x-2.2x WEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbH Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
2 x TV-Tube 1.0x, D=35 mm, L=146.5 mm WEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbH Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
UI-1220SE CMOS Camera IDS Imaging Development Systems GmbH Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
UI-3590CP CMOS Camera IDS Imaging Development Systems GmbH Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
Volpi IntraLED 3 - LED light source  Volpi USA Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
Active light guide diameter 5mm Volpi USA Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
300 Watt Xenon Arc Lamp Newport Corporation Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
Wind-tunnel with open jet test section, Göttingen type  Tintschl BioEnergie und Strömungstechnik AG Induction of turbulent flow
Glass spheres of (2.00 ± 0.10) mm Gloches South Korea Construction of the regular substrates for turbulent flow conditions
Alumina spheres of (5.00 ± 0.25) mm Gloches South Korea Targeted bead for experiments
CTA Anemometer DISA 55M01 Disa Elektronik A/S  Measurement of  flow velocity in the wind tunnel
Miniaure Wire Probe Type 55P15 Dantec Dynamics Measurement of  flow velocity in the wind tunnel
HMO2022 Digital Oscilloscope, 2 Analogue. Ch., 200MHz Rohde & Schwarz Measurement of  flow velocity in the wind tunnel
Phantom Miro eX1 High-speed Camera Vision Research IncVis Imaging system for recording the bead motion in the wind-tunnel
Canon ef 180mm f/3.5 l usm macro lens Canon Imaging system for recording the bead motion in the wind-tunnel
Table LED Lamp Gloches South Korea Imaging system for recording the bead motion in the wind-tunnel

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Engineering sag 132 granulerede Flow partikel/væske Flow sedimenttransport begyndende bevægelse
Visuelt baserede karakterisering af begyndende partikel bevægelse i regelmæssig substrater: fra Laminar turbulente forhold
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Agudo, J. R., Han, J., Park, J.,… More

Agudo, J. R., Han, J., Park, J., Kwon, S., Loekman, S., Luzi, G., Linderberger, C., Delgado, A., Wierschem, A. Visually Based Characterization of the Incipient Particle Motion in Regular Substrates: From Laminar to Turbulent Conditions. J. Vis. Exp. (132), e57238, doi:10.3791/57238 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter