Visually Based Characterization of the Incipient Particle Motion in Regular Substrates: From Laminar to Turbulent Conditions

Jos&#233; R. Agudo; Jiwon Han; Jinyoung Park; Sinyoung Kwon; Soebiakto Loekman; Giovanni Luzi; Christoph Linderberger; Antonio Delgado; Andreas Wierschem

doi:10.3791/57238

JoVE Journal > Engineering

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Ingénierie

नेत्रहीन प्रारंभिक कण गति के नियमित रूप से सब्सट्रेट में आधारित लक्षण वर्णन: लामिना से अशांत स्थितियों के लिए

Published: February 22, 2018

doi:

10.3791/57238

José R. Agudo, Jiwon Han, Jinyoung Park, Sinyoung Kwon, Soebiakto Loekman, Giovanni Luzi, Christoph Linderberger, Antonio Delgado⁴, Andreas Wierschem

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

निस्र्पक के लिए दो अलग तरीके एक एकल मनका के प्रारंभिक कण गति लामिना से अवसादी बिस्तर ज्यामिति के एक समारोह के रूप में अशांत प्रवाह के लिए प्रस्तुत कर रहे हैं ।

Abstract

लामिना से अशांत प्रवाह की स्थिति के लिए बिस्तर के ज्यामितीय गुणों के एक समारोह के रूप में कण गति की दहलीज निर्धारित करने के लिए दो अलग प्रयोगात्मक तरीकों प्रस्तुत कर रहे हैं । उस प्रयोजन के लिए, एक एकल मनका के प्रारंभिक गति नियमित रूप से एक समान आकार है कि नियमित रूप से त्रिकोणीय और द्विघात समानताएं में व्यवस्था कर रहे है की निश्चित क्षेत्रों के एक monolayer से मिलकर बनता है पर अध्ययन किया है । दहलीज महत्वपूर्ण ढाल संख्या की विशेषता है । गति की शुरुआत के लिए कसौटी मूल संतुलन की स्थिति से विस्थापन के रूप में पड़ोसी एक को परिभाषित किया गया है । विस्थापन और गति की विधा एक इमेजिंग प्रणाली के साथ की पहचान कर रहे हैं । लामिना प्रवाह एक समानांतर डिस्क विंयास के साथ एक रोटेशन rheometer का उपयोग कर प्रेरित है । कतरनी रेनॉल्ड्स नंबर 1 के नीचे रहता है. अशांत प्रवाह खुला जेट परीक्षण अनुभाग के साथ एक कम गति हवा सुरंग में प्रेरित है । हवा वेग धौंकनी प्रशंसक पर एक आवृत्ति कनवर्टर के साथ विनियमित है । वेग प्रोफ़ाइल एक गर्म तार जांच एक गर्म फिल्म मीटर से जुड़े के साथ मापा जाता है । कतरनी रेनॉल्ड्स संख्या ४० और १५० के बीच पर्वतमाला. लघुगणकीय वेग कानून और Rotta द्वारा प्रस्तुत संशोधित दीवार कानून प्रयोगात्मक डेटा से कतरनी वेग अनुमान करने के लिए उपयोग किया जाता है । बाद विशेष ब्याज की है जब मोबाइल मनका आंशिक रूप से तथाकथित हाइड्रोलिक संक्रमणकालीन प्रवाह शासन में अशांत प्रवाह के संपर्क में है । कतरनी तनाव गति की शुरुआत में अनुमानित है । कुछ उदाहरण के परिणाम कट् के कोण के मजबूत प्रभाव दिखा रहा है, और कतरनी प्रवाह को मनका के जोखिम दोनों सरकारों में प्रतिनिधित्व कर रहे हैं ।

Introduction

प्रारंभिक कण गति औद्योगिक और प्राकृतिक प्रक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला में सामना करना पड़ा है । पर्यावरणीय उदाहरणों में नदी और महासागरों में तलछट परिवहन की आरंभिक प्रक्रिया शामिल है, दूसरों के बीच बिस्तर कटाव या टीला निर्माण ¹^,²^,³। वायवीय संदेश⁴, प्रदूषकों को हटाने या सतहों की सफाई⁵^,⁶ ठेठ औद्योगिक कण गति की शुरुआत शामिल आवेदन कर रहे हैं ।

अनुप्रयोगों की व्यापक रेंज के कारण, कण गति की शुरुआत बड़े पैमाने पर एक सदी से अधिक अध्ययन किया गया है, ज्यादातर अशांत परिस्थितियों में⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹^, ¹²^,¹³^,¹⁴^,¹⁵. कई प्रायोगिक दृष्टिकोण गति की शुरुआत के लिए सीमा निर्धारित करने के लिए लागू किया गया है । अध्ययनों में कण रेनॉल्ड्स नंबर¹³^,¹⁶^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹^,²⁰, सापेक्षिक फ्लो डूब जैसे पैरामीटर्स शामिल हैं ²¹ ^, ²² ^, ²³ ^, ²⁴ या ज्यामितीय कारकों के रूप में कट् टे¹⁶^,¹⁸^,²⁵, प्रवाह को²⁶^,²⁷^,²⁸^,²⁹, सापेक्ष अनाज दखल²⁹ या streamwise बिस्तर ढलान³⁰.

अशांत परिस्थितियों सहित दहलीज के लिए वर्तमान डेटा मोटे तौर पर¹²^,³¹ बिखरे हुए हैं और परिणाम अक्सर²⁴असंगत लग रहे हैं । यह ज्यादातर को नियंत्रित करने या अशांत परिस्थितियों के तहत प्रवाह मापदंडों का निर्धारण¹³^,¹⁴के अंतर्निहित जटिलता के कारण है । इसके अलावा, तलछट गति के लिए सीमा दृढ़ता से गति की विधा पर निर्भर करता है, यानी फिसलने, रोलिंग या भारोत्तोलन¹⁷ और कसौटी प्रारंभिक गति³¹विशेषताएं । बाद एक erodible तलछट बिस्तर में अस्पष्ट हो सकता है ।

पिछले दशक के दौरान, प्रयोगात्मक शोधकर्ताओं ने लामिना प्रवाह में प्रारंभिक कण गति का अध्ययन किया है^३२^,^३३^,^३४^,^३५^,^३६^,^३७^, ^३८ ^, ^३९ ^, ^४० ^, ^४१ ^, ^४२ ^, ^४३ ^, ^४४, जहां लंबाई तराजू बिस्तर के साथ बातचीत के व्यापक स्पेक्ट्रम^४५से परहेज है । अवसाद का अर्थ कई व्यावहारिक परिदृश्यों में, कणों काफी छोटे हैं और कण रेनॉल्ड्स संख्या के बारे में 5^४६से कम रहता है । दूसरी ओर, लामिना बहती लहर और टिब्बा के रूप में अशांत प्रवाह के रूप में ज्यामितीय पैटर्न उत्पंन कर रहे है^४२^,^४७। दोनों परहेजों में Similitudes अंतर्निहित भौतिकी में सादृश्य को प्रतिबिंबित करने के लिए दिखाया गया है^४७ कण परिवहन के लिए महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि एक बेहतर नियंत्रित प्रयोगात्मक प्रणाली^४८से प्राप्त किया जा सकता है ।

लामिना प्रवाह में, Charru एट अल । गौर किया है कि समान रूप से आकार मोतियों की एक दानेदार बिस्तर के स्थानीय पुनर्व्यवस्था, तथाकथित बिस्तर बख्तरबंद, गति की शुरुआत के लिए सीमा के एक प्रगतिशील वृद्धि के परिणामस्वरूप जब तक संतृप्त स्थितियों हासिल किए गए ^३२. साहित्य, तथापि, प्रयोगात्मक सेट अप^३६^,^४४के आधार पर अनियमित रूप से व्यवस्थित तलछट बिस्तरों में संतृप्त स्थितियों के लिए अलग थ्रेसहोल्ड का पता चलता है । इस तितर बितर करने के लिए अभिविंयास के रूप में कण मानकों को नियंत्रित करने की कठिनाई के कारण हो सकता है, घुसपैठ के स्तर और तलछट के संकुचन ।

इस पांडुलिपि का मुख्य लक्ष्य विस्तार में वर्णन करने के लिए कैसे क्षैतिज तलछट बिस्तर के ज्यामितीय गुणों के एक समारोह के रूप में एकल क्षेत्रों की प्रारंभिक गति को चिह्नित करने के लिए है । उस प्रयोजन के लिए, हम नियमित रूप से geometries, नियमित रूप से त्रिकोणीय या द्विघात विंयास के अनुसार व्यवस्था की निश्चित मोतियों की monolayers से मिलकर का उपयोग करें । नियमित रूप से है कि हम उपयोग करने के लिए इसी तरह के टेंपलेट के लिए जैसे अनुप्रयोगों में पाया जाता है microfluidic परख में कणों की विधानसभा^४९, स्व संरचित geometries में microdevices की विधानसभा^५० या आंतरिक कण-प्रेरित microchannels में परिवहन^५१. इससे भी महत्वपूर्ण बात, नियमित रूप से सब्सट्रेट का उपयोग हमें स्थानीय ज्यामिति और अभिविन्यास के प्रभाव को उजागर करने के लिए और पड़ोस की भूमिका के बारे में कोई dubiety से बचने के लिए अनुमति देता है ।

लामिना प्रवाह में, हमने देखा है कि महत्वपूर्ण ढाल संख्या केवल सब्सट्रेट क्षेत्रों के बीच की रिक्ति के आधार पर ५०% की वृद्धि हुई है और इस तरह के प्रवाह के लिए मनका के जोखिम पर^३८। इसी प्रकार, हमने पाया है कि महत्वपूर्ण ढाल संख्या ऊपर से एक कारक के लिए बदल सब्सट्रेट के उंमुखीकरण के आधार पर प्रवाह दिशा^३८। हमने देखा है कि मोबाइल पड़ोसियों केवल मोबाइल मनका की शुरुआत को प्रभावित अगर वे करीब तीन कण व्यास^४१से अधिक थे । प्रयोग निष्कर्षों से ट्रिगर, हम हाल ही में एक कठोर विश्लेषणात्मक मॉडल है कि डरावना प्रवाह सीमा^४०में महत्वपूर्ण ढाल संख्या भविष्यवाणी प्रस्तुत किया है । मॉडल अत्यधिक छिपा मोतियों को उजागर से गति की शुरुआत शामिल हैं ।

प्रयोगात्मक रेनॉल्ड्स संख्या, पुनः *, 1 से कम में पिछले अध्ययनों में प्रयुक्त प्रायोगिक प्रक्रिया के विवरण के साथ इस पांडुलिपि सौदों के पहले भाग । लामिना प्रवाह एक समानांतर विंयास के साथ एक रोटेशन rheometer के साथ प्रेरित है । इस कम रेनॉल्ड्स संख्या सीमा में, कण किसी भी वेग अस्थिरता²⁰ का अनुभव नहीं है और सिस्टम के तथाकथित हाइड्रोलिक चिकनी प्रवाह जहां कण चिपचिपा उपस्तर के भीतर जलमग्न है से मेल खाता है ।

एक बार लामिना प्रवाह में प्रारंभिक गति स्थापित है, अशांति की भूमिका स्पष्ट हो सकता है । इस विचार से प्रेरित होकर, हम प्रोटोकॉल के दूसरे भाग में एक उपंयास प्रयोगात्मक प्रक्रिया परिचय । ओपन जेट परीक्षण अनुभाग के साथ एक गौटिंगेन कम गति पवन सुरंग का प्रयोग, महत्वपूर्ण ढाल संख्या पुनः की एक विस्तृत श्रृंखला में निर्धारित किया जा सकता है * हाइड्रोलिक संक्रमणकालीन प्रवाह और अशांत शासन भी शामिल है । प्रायोगिक परिणामों के बारे में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते है कैसे बलों और टोक़ एक कण सब्सट्रेट ज्यामिति के आधार पर अशांत प्रवाह के कारण पर कार्य । इसके अलावा, इन परिणामों को उच्च पुनः में अधिक परिष्कृत मॉडल के लिए एक बेंचमार्क के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है * एक समान तरीका है कि लामिना प्रवाह में पिछले काम के लिए अर्द्ध संभाव्य मॉडल^५२ फ़ीड या हाल ही में संख्यात्मक मॉडल^५३मांय इस्तेमाल किया गया है । हम पुनः पर आवेदनों की कुछ प्रतिनिधि उदाहरण वर्तमान ४० से लेकर १५० ।

प्रारंभिक कसौटी अगले एक करने के लिए अपने प्रारंभिक संतुलन की स्थिति से एकल कण की गति के रूप में स्थापित किया गया है । छवि प्रसंस्करण के लिए गति, यानी रोलिंग, फिसलने, भारोत्तोलन^३९^,^४१की शुरुआत की विधा का निर्धारण किया जाता है । उस उद्देश्य के लिए, मैन्युअल रूप से चिह्नित किए गए मोबाइल क्षेत्रों के घुमाव के कोण का पता लगाया है । एल्गोरिथ्म चिह्न की स्थिति ट्रैक करता है और यह क्षेत्र के केंद्र के साथ तुलना करता है । प्रयोगों का एक प्रारंभिक सेट दोनों प्रयोगात्मक सेट अप में आयोजित किया गया था स्पष्ट है कि महत्वपूर्ण ढाल संख्या सेट अप और सापेक्ष प्रवाह डूब के परिमित आकार प्रभाव से स्वतंत्र रहता है । प्रायोगिक तरीके इस प्रकार के लिए किसी भी अंय पैरामीटर Re * और तलछट बिस्तर के ज्यामितीय गुणों से परे महत्वपूर्ण ढाल संख्या पर निर्भर बाहर करने के लिए डिज़ाइन कर रहे हैं । Re * विभिंन द्रव कण संयोजन का उपयोग कर विभिंन है । महत्वपूर्ण ढाल संख्या दफन डिग्री के एक समारोह के रूप में विशेषता है, Martino एट अल द्वारा परिभाषित किया गया है । ^३७ के रूप में जहां कट् टे का कोण है, यानी महत्वपूर्ण कोण जिस पर गति^५४होती है, और एक्सपोज़र डिग्री है, जो क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र के बीच के अनुपात के रूप में परिभाषित है जो प्रभावी रूप से प्रवाह को उजागर करता है कुल पार करने के लिए मोबाइल मनका के अनुभागीय क्षेत्र ।

Protocol

1. प्रारंभिक कण गति रेंगने प्रवाह की सीमा में । नोट: माप इस विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए संशोधित किया गया है एक घुमाव rheometer में आयोजित किए जाते हैं । Rheometer की तैयारी कर रहा है । हवा बीयरिंग…

Representative Results

चित्र 1 (a) प्रयोगात्मक सेट-अप के एक स्केच का प्रतिनिधित्व करता है जो कि रेंगने वाले प्रवाह सीमा में महत्वपूर्ण शील्ड संख्या, प्रोटोकॉल की धारा 1 को चिह्नित करने के लिए उपयोग…

Discussion

हम तलछट बिस्तर ज्यामिति के एक समारोह के रूप में प्रारंभिक कण गति निस्र्पक के लिए दो अलग प्रयोगात्मक तरीके पेश करते हैं । उस प्रयोजन के लिए, हम नियमित रूप से इस तरह से एक त्रिकोणीय या द्विघात समरूपता के अ?…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

लेखकों बहुमूल्य सलाह के लिए अज्ञात रेफरी के लिए आभारी है और Sukyung चोई, Byeongwoo Ko और Baekkyoung के लिए प्रयोग की स्थापना में सहयोग के लिए शिन । इस काम को २०१७ में ब्रेन बुसान 21 प्रोजेक्ट ने सपोर्ट किया था ।

Materials

MCR 302 Rotational Rheometer	Antoon Par	Induction of shear laminar flow
Measuring Plate PP25	Antoon Par	Induction of shear laminar flow
Peltier System P-PTD 200	Antoon Par	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

References

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).
Wierschem, A., Groh, C., Rehberg, I., Aksel, N., Kruelle, C. Ripple formation in weakly turbulent flow. Eur. Phys. J. E. 25, 213-221 (2008).
Herrmann, H. . Dune Formation in Traffic and Granular Flow. , (2007).
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).
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).
Burdick, G., Berman, N., Beaudoin, S. Hydrodynamic particle removal from surfaces. Thin Solid Films. , 116-123 (2005).
Chang, Y. Laboratory investigation of flume traction and transportation. Proceedings of the American Society of Civil Engineers. , 1701-1740 (1939).
Paintal, A. A stochastic model of bed load transport. J. Hydraul. Res. 9, 527-554 (1971).
Mantz, P. A. Incipient transport of fine grains and flakes by fluids-extended shield diagram. J. Hydr. Eng. Div.-Asce. 103, (1977).
Yalin, M. S., Karahan, E. Inception of sediment transport. J. Hydr. Eng. Div.-Asce. 105, 1433 (1979).
Kuhnle, R. A. Incipient motion of sand-gravel sediment mixtures. J. Hydraul. Eng. 119, 1400-1415 (1993).
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).
Vollmer, S., Kleinhans, M. G. Predicting incipient motion, including the effect of turbulent pressure fluctuations in the bed. Water Resour. Res. 43, (2007).
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).
Dey, S., Ali, S. Z. Stochastic mechanics of loose boundary particle transport in turbulent flow. Phys. Fluids. 29, 055103 (2017).
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).
Ling, C. -. H. Criteria for incipient motion of spherical sediment particles. J. Hydraul. Eng. 121, 472-478 (1995).
Dey, S. Sediment threshold. Appl. Math. Model. 23, 399-417 (1999).
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).
Ali, S. Z., Dey, S. Hydrodynamics of sediment threshold. Phys. Fluids. 28, 075103 (2016).
Yalin, M. S. . Mechanics of sediment transport. , (1977).
Graf, W. H., Sueska, L. Sediment transport in steep channels. Journal of Hydroscience and Hydraulic Engineering. 5, 233-255 (1987).
Recking, A. . An experimental study of grain sorting effects on bedload. , (2006).
Roušar, L., Zachoval, Z., Julien, P. Incipient motion of coarse uniform gravel. J. Hydraul. Res. 54, 615-630 (2016).
Miller, R. L., Byrne, R. J. The angle of repose for a single grain on a fixed rough bed. Sedimentology. 6, 303-314 (1966).
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).
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).
Armanini, A., Gregoretti, C. Incipient sediment motion at high slopes in uniform flow condition. Water Resour. Res. 41, (2005).
Chin, C., Chiew, Y. Effect of bed surface structure on spherical particle stability. J. Waterw. Port Coast. 119, 231-242 (1993).
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).
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).
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).
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).
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).
Ouriemi, M., Aussillous, P., Medale, M., Peysson, Y., Guazzelli, &. #. 2. 0. 1. ;. Determination of the critical Shields number for particle erosion in laminar flow. Phys. Fluids. 19, 061706 (2007).
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).
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).
Agudo, J., Wierschem, A. Incipient motion of a single particle on regular substrates in laminar shear flow. Phys. Fluids. 24, 093302 (2012).
Agudo, J., et al. Detection of particle motion using image processing with particular emphasis on rolling motion. Rev. Sci. Instrum. 88, 051805 (2017).
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).
Agudo, J., Dasilva, S., Wierschem, A. How do neighbors affect incipient particle motion in laminar shear flow?. Phys. Fluids. 26, 053303 (2014).
Seizilles, G., Lajeunesse, E., Devauchelle, O., Bak, M. Cross-stream diffusion in bedload transport. Phys. Fluids. 26, 013302 (2014).
Seizilles, G., Devauchelle, O., Lajeunesse, E., Métivier, F. Width of laminar laboratory rivers. Phys. Rev. E. 87, 052204 (2013).
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).
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).
Happel, J., Brenner, H. . Low Reynolds Number Hydrodynamics: With Special Applications to Particulate Media. , (1983).
Lajeunesse, E., et al. Fluvial and submarine morphodynamics of laminar and near-laminar flows: A synthesis. Sedimentology. 57, 1-26 (2010).
Aussillous, P., Chauchat, J., Pailha, M., Médale, M., Guazzelli, &. #. 2. 0. 1. ;. Investigation of the mobile granular layer in bedload transport by laminar shearing flows. J. Fluid Mech. 736, 594-615 (2013).
Thompson, J. A., Bau, H. H. Microfluidic, bead-based assay: Theory and experiments. J. Chromatogr. B. 878, 228-236 (2010).
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).
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).
Soepyan, F. B., et al. Threshold velocity to initiate particle motion in horizontal and near-horizontal conduits. Powder Technol. 292, 272-289 (2016).
Deskos, G., Diplas, P. Incipient motion of a non-cohesive particle under Stokes flow conditions. International Journal of Multiphase Flow. , (2017).
Julien, P. Y. . Erosion and sedimentation. , (2010).
Jimenez, J. Turbulent flows over rough walls. Annu. Rev. Fluid Mech. 36, 173-196 (2004).
O’neill, P., Nicolaides, D., Honnery, D., Soria, J. . 15th Australasian Fluid Mechanics Conference. , 1-4 (2006).
Schlichting, H. . Boundary-Layer Theory. , (1979).
Rotta, J. Das in wandnähe gültige Geschwindigkeitsgesetz turbulenter Strömungen. Arch. Appl. Mech. 18, 277-280 (1950).
Schlichting, H., Gersten, K., Krause, E., Oertel, H. . Boundary-layer theory. 7, (1955).
Bruun, H. H. . Hot-wire anemometry-principles and signal analysis. , (1995).
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).
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).
Valyrakis, M., Diplas, P., Dancey, C. L. Entrainment of coarse grains in turbulent flows: An extreme value theory approach. Water Resour. Res. 47, (2011).
Dey, S., Das, R., Gaudio, R., Bose, S. Turbulence in mobile-bed streams. Acta Geophys. 60, 1547-1588 (2012).
Wu, F. -. C., Chou, Y. -. J. Rolling and lifting probabilities for sediment entrainment. J. Hydraul. Res. 129, 110-119 (2003).
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).
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).
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).
Amon, A., et al. Focus on Imaging Methods in Granular Physics. Rev. Sci. Instrum. 88, (2017).
Mouilleron, H., Charru, F., Eiff, O. Inside the moving layer of a sheared granular bed. J. Fluid Mech. 628, 229-239 (2009).
Diplas, P., et al. The role of impulse on the initiation of particle movement under turbulent flow conditions. Science. 322, 717-720 (2008).
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).
El-Gabry, L. A., Thurman, D. R., Poinsatte, P. E. . Procedure for determining turbulence length scales using hotwire anemometry. , (2014).
Roach, P. The generation of nearly isotropic turbulence by means of grids. Int. J. Heat Fluid Fl. 8, 82-92 (1987).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Citer Cet Article

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).