Method Article

Boya Deneyler ve Simülasyonu kullanarak yatak oluşumları sayesinde Hyporheic Akışı görselleştirme

DOI:

10.3791/53285

⸱

November 18th, 2015

 ,  ,  , 
1Engineering and Physical Science, St. Ambrose University, 2Civil and Environmental Engineering, Northwestern University, 3Mathematics and Computer Science, Augustana College

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu el yazması, bir kanalda düzenli yatak formlarının nasıl oluşturulacağını, yatak formlarından nasıl akışın görselleştirileceğini ve hiporeik akışı simüle etmek için bilgisayar simülasyonlarının nasıl kullanılacağını açıklar. Bilgisayar simülasyonları, deneysel gözlemlerle iyi bir şekilde karşılaştırılır. Bu birleştirilmiş simülasyon ve deney, hem araştırma hem de eğitim amaçları için çok uygundur.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Akarsu ortamlarında hyporheic değişim denilen sedimanlar gözenek alanı ve örten su sütunu arasındaki Advektif değişimi, nehirler ve birçok önemli biyokimyasal süreçlerde çözünen taşıma sürücüleri. Görsel gösteri ile bu süreçlerin anlaşılmasını artırmak için, multi-ajan bilgisayar modelleme platformu NetLogo bir hyporheic akış simülasyonu oluşturdu. Simülasyon iki boyutlu yatak oluşumları ile kaplanmış bir dere akan sanal izleyici gösterir. Tortu, akış ve sediment özellikleri modeli için girdi değişkenleri olarak kullanılır. Biz bu simülasyonlar ölçülen girdi parametreleri dayalı laboratuvar kanalet deneyler deneysel gözlemlerini maç nasıl göstermektedir. Boya gözenek suyu akışını görselleştirmek için kanalet sedimanlar enjekte edilir. Karşılaştırma için sanal izleyici parçacıkları simülasyon aynı yerlere yerleştirilir. Bu birleştiğinde simülasyon ve laboratuar deneyi lisans ve gradua de başarıyla kullanılmaktadırte laboratuarlar doğrudan nehir gözenek suyu etkileşimleri görselleştirmek ve fiziksel tabanlı akış simülasyonları çevresel fenomenleri üretebileceği nasıl göstermek için. Öğrenciler şeffaf oluklu duvarlarından yatağın fotoğraflarını aldı ve simülasyon aynı zamanlarda boya şekilleri karşılaştırıldı. Bu öğrencilerin daha iyi akış modelleri ve matematiksel model hem de anlamak için izin çok benzer trendler, sonuçlandı. Simülasyonlar da kullanıcının hızlı çoklu simülasyonlar çalıştırarak her giriş parametresi etkisini görselleştirmek için izin verir. Bu işlem, aynı zamanda ara yüzey akışına ve gözenek suyu taşıma ilgili temel işlemleri açıklamaktadır ve sayısal işlem tabanlı modelleme desteklemek için araştırma uygulamalarında kullanılabilir.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yüzey suyu akımında hamle, nehir veya gelgit bölgesi olarak, içine ve sedimanlar 1 su dışarı götürmek baş gradyanlar oluşturur. Akarsu sistemlerinde bu değişim meydana dere sedimanlar kısmı hyporheic bölge 2,3 olarak bilinir. Birçok besin ve kirleticiler, saklanan tevdi veya hyporheic bölge 4-9 içinde dönüşür çünkü bu bölge çok önemlidir. Bir izleyici tortu harcadığı zaman miktarı kalma süresini denir. Hem kalış süreleri ve akış yollarının yerleri dönüşüm süreçlerini etkiler. Sediment akışını etkileyen süreçlerin daha iyi anlaşılması nehirlerde çözünen taşıma tahmin ve besin (örn kıyı hipoksi 10,11) gibi malzemeler....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Simülasyon Yazılımı

  1. Bu bölümde tarif edilen yazılım kullanın.
    1. (: Mevcut özgür / açık kaynak kodlu multi-ajan modelleme dili ve simülasyon platformu, NetLogo indirin ve yükleyin http://ccl.northwestern.edu/netlogo/, sürüm 5.1 veya üstü).
      Not: Bu yazılım hiçbir ücret ödemeden mevcuttur ve tüm önemli işletim sistemleri (Windows / Mac / Linux) üzerinde çalışır.
    2. Bu laboratuvar prosedürü eşlik iki özel simülasyon komut dosyalarını (mousedrop.nlogo ve interface.nlogo) indirin. (Available: http://modelingcommons....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deneylerde ile birlikte bir simülasyon kullanımı öğrenciler. Benzerlikleri ve idealize matematiksel modeller ve daha karmaşık gerçek sistemleri arasındaki farkları gözlemek 4 Mousedrop simülasyonları ile boya enjeksiyon fotoğraflarını karşılaştıran bir örnek göstermektedir sağlar. İlk fotoğraf sıfır zamanında simüle boya izleyici yerleşimini belirlemek için kullanılır ve daha sonra simülasyon o anda çekilen bir fotoğraf ile karşılaştırıldığında 34.2 dakika çalıştırılır ve. Gene.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bağlantılı olarak, flume gösteri ve partikül izleme simülasyonları izleyicileri bir dizi için hyporheic akışına kapsamlı bir giriş sağlar. Her seviyeden katılımcılar yatak oluşumları tarafından uyarılan hyporheic değişim meydana, ve yatak oluşumları altında yeraltı akış yolları güçlü değişkenlik görsel kanıtlar mevcuttur. Bu prosedürler lisans veya K-12 öğrencileri için gözenek suyu akışının basit bir gösteri olarak kullanılabilir, ya da bir daha nehir hidroliği derinlemesine sunumu, sediment taşınması ve hyporheic deği.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu materyal, Ulusal Bilim Vakfı hibeleri EAR-0810270, EAR-1215898 ve EAR-1344280'in yanı sıra NSF Lisansüstü Araştırma Bursu tarafından desteklenen çalışmalara dayanmaktadır.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
FlumeMühendislik Laboratuvarı Tasarımı24-48 saat boyunca net kenarları olan Özel Laboratuvar kanalı. Alternatif olarak, ek materyallerimizde verilen yönergeleri izleyerek 300 doların altında küçük bir öğretim kanalı inşa edilebilir.
Akış ölçerRosemount 8800 girdap Bu, kanalın devridaim döngüsünün içinde bulunur
KumABD. SilikaF30Kanal boyunca 10-20 cm derinliğinde bir tabaka oluşturmak için araştırma sınıfı kum
BoyaGıda şirketlerindenSulu bir çözelti haline getirilen suda çözünür gıda sınıfı boya. Kırmızı, mavi ve yeşil gibi koyu renkler en iyi sonucu verir. (Propilen glikoldeki gıda boyalarından kaçının.)
ŞırıngaHSW4100.000V05-10 ml, örn. HSW Norm-Ject 2 parçalı tek kullanımlık şırınga
Pipetleme İğnesiCadence Science794214 ölçülü, 6 inç künt uçlu,   boyayı kumun derinliklerine enjekte etmek için.
Dijital Fotoğraf Makinesiherhangi birDijital fotoğraf makinesi. (Hızlandırılmış kameralar, hızlı ve eşit aralıklı veri toplamak için kullanılabilir.) Biz bir Nikon D7000 kullandık.
CetvelHerhangi BirŞeffaf en iyisidir.
Ölçüm BandıHerhangi Bir
CCLhttp://ccl.northwestern.edu/netlogo/
Mousedrop.nlogoNetlogo Commons4259http://modelingcommons.org/browse/one_model/4259
Interface.nlogoNetlogo Commons4258http://modelingcommons.org/browse/one_model/4258
örnekler Sabit tripodlu Netlogo Yazılımı

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Huettel, M., Webster, I. T. Porewater flow in permeable sediments. In: The benthic boundary layer: Transport processes and biogeochemistry. Bordeau, B. P., Jørgensen, B. B. , Oxford University Press. New York. 144-179 (2001).
  2. Bencala, K. E., Walters, R. A.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Hyporheic FlowBedform SimulationDye ExperimentsNetLogo ModelingFlume ExperimentsSediment TransportPorewater FlowVirtual TracersFlow VisualizationComputer Simulation

Related Articles