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粗颗粒在陡坡下的浅水流中的夹带和运动。 (英语) Zbl 1159.76335号

小结:我们研究了陡坡下湍流浅水流中粗球形颗粒的卷吸、沉积和运动。这是对山区溪流中泥沙输移的理想化。早期的研究使用经验相关性或从连续介质力学中借用的概念描述了这种泥沙运移。低水位放电时颗粒传输的间歇性特征使我们将其视为一个随机过程。这种情况下的泥沙输移是由于颗粒夹带和沉积之间的不平衡,而不是由于水和颗粒之间的动量平衡。我们发展了一个出生-死亡移民-移民马尔可夫过程来描述河床和水流之间的颗粒交换。该模型的一个关键特征是其自相关时间长,固体放电波动大且频繁,尽管这种现象在自然界和实验室实验中普遍存在,但以前从未解释过。我们提供了使用近二维渠道和玻璃珠替代沉积物获得的实验数据。使用高速数码相机监测夹带、轨迹和沉积。理论模型正确地描述了固体放电和沉积频率的经验概率分布。实验证实固体放电存在广泛而频繁的波动,并揭示了存在较长的自相关时间,但理论高估了自相关时间约三倍。与理论模型的预测相反,颗粒速度对流体速度的依赖性很弱,理论模型在单个颗粒运动时表现良好。在我们的实验中,固体放电对流体速度的依赖性完全由运动粒子的数量而不是速度控制。我们还注意到,当河床坡度或排水量增加时,颗粒运移行为发生了显著变化。水流越猛烈,固体排放就越连续。此外,尽管90%的重力提供给水流的能量在低于10%的斜坡上被湍流耗散,但当河床坡度增加时,颗粒耗散的能量越来越多,但令人惊讶的是,耗散率几乎与流体速度无关。该报纸的在线版本提供了一部电影。

MSC公司:

76层25 湍流输送、混合
76-05 流体力学相关问题的实验工作
86A05型 水文学、水文学、海洋学
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全文: 内政部

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