Boya Deneyler ve Simülasyonu kullanarak yatak oluşumları sayesinde Hyporheic Akışı görselleştirme

Bu prosedürün genel amacı, fiziksel deneyle güçlü bir şekilde uyuşan bir simülasyon oluşturan modelleme yazılımı kullanarak hipo EIC akışını deneysel olarak göstermektir. Bu yöntem, bir akarsu altındaki çökeltilerden geçen su akışının tortu, topografya ve yüzey suyu özelliklerinden nasıl etkilendiğini göstererek hidroloji alanındaki temel kavramların gösterilmesine yardımcı olabilir. Bu yöntem hiper IC akışını araştırmak için kullanılabilirken, eğitim laboratuvarında da her seviyedeki öğrenciye hiper IC akışını göstermek için kullanılabilir.

Bu tekniğin temel avantajı, fiziksel laboratuvar deneylerini aynı fenomeni simüle eden etkileşimli bilgisayar yazılımı ile birleştirmesidir. Görsel gösterim, fiziksel deneyler ve simülasyonlar arasındaki mekansal benzerlikleri ve tutarsızlıkları gösterir ve bu da hiper ilkelerin daha derin bir şekilde anlaşılmasını teşvik eder. Net logosu ve net içinde çalıştırmak için iki komut dosyası olan gerekli yazılımı yüklemekle başlayın.

Logo, fare damlası ve arayüz. Ardından, metin protokolündeki talimatları izleyerek, laboratuvar kanalını, tüm parametreler fare bırakma simülasyonu parametre aralığı kısıtlamaları dahilinde olacak şekilde ayarlayın. İstenilen özelliklere sahip bir yatak formu oluşturmak için kanalı 12 ila 24 saat boyunca çalıştırın.

Yatak formu üzerinde eşit bir akış elde etmek için kanal eğimini ve su derinliğini ayarlayın. Amaç, yatak formlarındaki tortu tanelerinin hareket ediyormuş gibi görünmemesidir, ancak küçük bir hareket kaçınılmaz olabilir. İlk olarak, pompa çalışırken akışı düzgün hale getirin.

Kanalın altında iki nokta seçin ve her çizgi için su yüzeyine olan mesafeyi kaydedin. Ardından, bu dikey mesafe ölçümleri aynı olana kadar kanalın eğimine veya su derinliğine göre ayarlayın. İkinci olarak, pompayı durdurun ve suyun hareket etmesinin durmasını bekleyin.

Daha sonra, daha önce olduğu gibi aynı yerlerde, kanalın dibinden su yüzeyine olan mesafeleri ölçün ve bu dikey ölçümler arasındaki mesafeyi ölçün. Kanal eğimini, bu ölçümler arasındaki farkın, aralarındaki eğimli yatay mesafeye bölünmesiyle hesaplayın. Şimdi pompayı yeniden başlatın ve bir test bölümü seçin.

Kum tepelerinin düzenli bir desen oluşturduğu kanalın orta veya aşağı akış ucuna yakın bir yer seçin. Bu bölüm en az bir tam yatak formunu kapsamalıdır. Test bölümünde.

Saydam bir cetvel kullanarak birkaç ölçüm yapın. İlk olarak, bir kumul oluğunda ve bir kumul tepesinde ölçümler yaparak ortalama tortu derinliğini belirleyin. Bu ölçümler arasındaki fark yatak kalıbı yüksekliğidir.

Ardından, su yüzeyinden kum yatağı yüzeyine olan ortalama mesafe olan ortalama su derinliğini bulun. Ardından, ardışık kumul tepeleri arasındaki mesafeyi ölçerek ortalama yatak formu dalga boyunu ölçün ve kaydedin. Ardından, devridaim döngüsündeki bir akış ölçerden kanal akış hızını kaydedin ve ortalama akış hızını hesaplayın.

Şimdi, fare bırakma simülasyonunu açın ve tüm bu ölçümlerin kullanıcı arayüzünde belirtilen aralıklar içinde olup olmadığını kontrol edin. Ölçülen bir parametre kısıtlama aralığının dışında kalırsa, kaydırıcıya sağ tıklayarak, minimum ve maksimum değerleri seçerek, düzenleyerek ve ayarlayarak parametre aralığını ayarlayın. İlk olarak, kanal duvarına dik olarak yönlendirilmiş bir tripod üzerine bir kamera kurun.

Resim, test bölümünde tek kişilik bir yatak formuna ortalanmalıdır. Yansımalar bir sorunsa, kameranın konumunu düzeltin ve resimdeki bir cetvel de dahil olmak üzere aydınlatmayı ayarlayın, ölçeklendirmeye yardımcı olabilir. Daha sonra, bir şırınga ve iğne kullanarak, kanal duvarının yakınında iki veya üç küçük boya enjeksiyonu yapın.

Bu enjeksiyonlar, çeşitli dikey ve yatay yerlere yerleştirilmesi gereken iki santimetrelik renkli dökme su yamaları oluşturmalıdır. Boya enjeksiyonlarının başlangıç zamanını kaydedin ve ilk fotoğrafı çekin. İlk D cephelerini ve boyanın etrafındaki sınırları izlemek için saydam kağıt kullanmak eğitici olabilir.

Bu nedenle, laboratuvarda hareketlerini gözlemlemek daha kolaydır, ancak bu yöntemin ödünleşimleri vardır. Kamerayı kullanarak, uygun zaman aralıklarında D cephe konumlarını yakalayın. Zaman atlamalı fotoğrafçılıkta, pürüzsüz sonuçlar için 32. aralıkları kullanın.

Bir simülasyon için. Önce mouse drop'u çalıştırın ve sonuçları gözlemlenen boya taşınmasıyla karşılaştırın. Fare bırakma bölümünde, fiziksel sistem parametrelerini kanalların deneysel koşullarına uyacak şekilde ayarlayın.

Bu parametreleri girerken birimlere çok dikkat ettiğinizden emin olun. Ardından, simülasyon izleme renginin hangi saatlerde değişeceğini belirtmek için kaydırıcıları ayarlayın. Bu renk değişikliklerini gözlemlenen sürelerle eşleşecek şekilde ayarlayın.

Zaman parametrelerinin tümü sıfıra ayarlanmışsa, simülasyon boyunca tek bir renk gösterecektir. Tüm parametreler ayarlandıktan sonra kurulum düğmesine tıklayın. Yatak formu simülasyon görünümünde görünmelidir.

Ardından, sanal izleyicilerin başlangıç konumlarını belirtmek için fareyi bırak düğmesine tıklayın. Yatakta birden fazla yere tıklanabilir. Daha fazla sanal izleyiciyi serbest bırakmak için fareyi basılı tutun.

Tüm sanal izleyiciler yerleştirildikten sonra, simülasyonu çalıştırmak için bir sonraki zamana ilerle düğmesine tıklayabilirsiniz. Birinci zamana kadar, kurulum düğmesine yeniden tıklamayın, aksi takdirde izleyicilerin yeniden yerleştirilmesi gerekecektir. Simülasyonu çalıştırmak için git durdur düğmesine de tıklayabilirsiniz.

İzleyiciler, siz durdur düğmesine basmadığınız sürece tüm sanal izleyiciler sistemden ayrılana kadar hareket etmeye devam edecektir. Yine, bu simülasyonu duraklatmak için kullanılabilir, böylece simüle edilen ve ölçülen boya dağılımları arasında karşılaştırmalar yapılabilir. Simülasyon çalışmaya başladığında, her bir izleyicinin konumu için hız hesaplanır.

Simülasyon parametrelerine bağlı olarak, izleyici bu hızı kullanarak yeni bir konuma hareket eder, ardından izleyici sistemden ayrılana kadar prosedür tekrarlanır. Ardından, kuruluma ve ardından dur'a tıklayarak arayüz simülasyonunu çalıştırın. Bu, simülasyonu varsayılan ayarlarla çalıştıracaktır.

Arayüz simülasyonu, varsayılan olarak hesaplanan yeraltı hızlarına dayalı olarak akış yatağı yüzeyindeki sanal izleyicileri akı ağırlıklı bir şekilde tanıtır ve parçacıklar nerede olduklarını gösteren yollar bırakır. Bu yolları ortadan kaldırmak için yolları göster düğmesini kapalı konuma getirin. Kırmızı bırakma anahtarını açık konuma getirmek, kümülatif kalma süresi dağılım grafiğini devre dışı bırakır ve her seferinde yeni bir parçacık serbest bırakır.

Biri sistemden çıkar. Simülasyonu varsayılan parametrelerle gözlemledikten sonra, simülasyonu durdurmak için git durdur'a tıklayın. Ardından bir veya daha fazla parametreyi değiştirin, kuruluma tıklayarak simülasyonu yeni parametrelerle yeniden başlatın, ardından burada durun, yatak formu yüksekliğini ayarladık, simülasyonu çalıştırdık ve ardından işlemi tekrarladık, simülasyonu deneysel sonuçlarla karşılaştırmak için yatak derinliğini ayarladık.

İlk fotoğraf, simüle edilmiş D izleyicinin sıfır zamanındaki yerleşimini belirlemek için kullanıldı. Daha sonra simülasyon 34.2 dakika boyunca çalıştırıldı ve o sırada çekilen bir fotoğrafla karşılaştırıldı. Genel olarak, model mükemmel bir iş çıkardı.

Her D blobu, modelle aynı genel yönlerde hareket eder ve simülasyon D bloblarına benzer şekilde deforme olur. Bununla birlikte, dikkatli bir inceleme bazı tutarsızlıklar gösterir. Örneğin, sağdaki D bloğu, simülasyondan daha çok bir fasulye şekli oluşturur.

Bu muhtemelen, tortuya enjeksiyonu sırasında oluşan bu lekenin hemen üzerindeki yatak formu topografyasındaki gözlemlenebilir düşüşten kaynaklanmaktadır. Diğer bir yaygın tutarsızlık, aynı zamanda mükemmel olmayan zamanlamadır. Bu muhtemelen tortu özelliği ölçümlerindeki küçük hatalardan kaynaklanmaktadır.

Yaygın tutarsızlıklar, düzensiz yatak formu geometrisi, değişkenlik ve tortu paketleme vb. nedeniyle ölçüm hataları ve ikinci dereceden fiziksel etkilerin bir kombinasyonundan oluşur. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik 24 saat içinde yapılabilir. Bu prosedürü denerken, yatak formunun stabilize olmasına izin vermek, sabırlı olmak ve ölçüm yaparken ve girerken birimlere dikkat etmek önemlidir.

Bu prosedürü takiben, topografya, hidrolik iletkenlik ve yüzey suyu özelliklerinin hiper akış üzerindeki etkisi hakkında ek soruları yanıtlamak için başka deneyler de yapılabilir. Bu videoyu izledikten sonra, hiper akışı deneysel olarak nasıl görselleştireceğinizi ve bilgisayar simülasyonlarımızı nasıl kullanacağınızı iyi anlamış olmalısınız.