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

Engineering

Visuelt basert karakterisering av det begynnende partikkel bevegelsen i vanlig underlag: fra laminær Turbulent forhold

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

To ulike metoder for å karakterisere den begynnende partikkel bevegelsen av en eneste perle som en funksjon av sediment seng geometrien fra laminær til turbulente flyt presenteres.

Abstract

To forskjellige eksperimentelle metoder for å bestemme terskelen partikkel bevegelse som en funksjon av geometriske egenskapene til sengen fra laminær å turbulente strømningsforhold presenteres. For dette formålet, er begynnende bevegelsen av en eneste perle studert på vanlig underlag som består av en monolayer av faste kuler av samme størrelse som arrangeres jevnlig i trekantet og kvadratiske symmetrier. Terskelen er preget av kritiske skjold nummeret. Kriteriet for utbruddet av bevegelse er definert som forskyvning fra opprinnelige likevekt stillingen til naboøya en. Forskyvning og modus for bevegelse identifiseres med en tenkelig system. Laminær strømning er indusert ved hjelp av en roterende rheometer med en parallell diskkonfigurasjon. Skjær Reynolds nummeret forblir under 1. Turbulente flyten er indusert i en lav hastighet vindtunnel med åpne jet test delen. Lufthastighet reguleres med en frekvens omformer på viften blåser. Hastighet profilen måles med en varm ledningen sonde koblet til en varm film optimalt. Skjær Reynolds antallet varierer mellom 40 og 150. Logaritmisk hastighet loven og endrede veggen loven presentert av Rotta brukes til å antyde skjær hastigheten fra eksperimentelle data. Sistnevnte er spesielt når mobil perle delvis eksponeres for turbulente flyten i såkalte hydraulisk overgangsreglene flyt regimet. Skjær stress er anslått til utbruddet av bevegelse. Noen veiledende resultater viser sterk virkningen av Friksjonsvinkel og eksponering av perlen å skråstille flyt er representert i begge regimer.

Introduction

Begynnende partikkel bevegelse oppdages i en rekke industrielle og naturlige prosesser. Miljømessige eksempler den første prosessen med sediment transport i elv og hav, seng erosjon eller dune formasjon blant andre ¹^,²^,³. Pneumatiske formidle⁴, fjerning av miljøgifter eller rengjøring flater⁵^,⁶ er typisk industrielle applikasjoner med utbruddet av partikkel bevegelse.

På grunn av det brede utvalget av programmer, er utbruddet av partikkel bevegelse grundig studert over et århundre, for det meste under turbulent forhold⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹^, ¹²^,¹³^,¹⁴^,¹⁵. Mange eksperimentelle tilnærminger er brukt for å bestemme terskelen for utbruddet av bevegelse. Studiene inkluderer parametere som partikkel Reynolds nummer¹³^,¹⁶^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹^,²⁰, relativ flyt drukningsdatoen ²¹ ^, ²² ^, ²³ ^, ²⁴ eller geometriske faktorer som vinkelen på hvile¹⁶^,¹⁸^,²⁵, eksponering til de flyte²⁶^,²⁷^,²⁸^,²⁹, relativ korn protrusion²⁹ eller streamwise seng skråningen³⁰.

Gjeldende data for terskelen inkludert turbulent forhold er bredt spredt¹²^,³¹ og resultatene synes ofte inkonsekvent²⁴. Dette er hovedsakelig på grunn av den iboende kompleksiteten til kontrollere eller bestemme flytparametrene under turbulent forhold¹³^,¹⁴. Dessuten avhengig terskelen for sediment bevegelse sterkt av bevegelse, dvs skyve, bølgende eller løfte¹⁷ og kriteriet for å karakterisere den begynnende bevegelsen³¹. Sistnevnte kan være i en erodible sedimenter seng.

I løpet av det siste tiåret, har eksperimentelle forskere studert begynnende partikkel bevegelse i laminær flyter³²^,³³^,³⁴^,³⁵^,³⁶^,³⁷^, ³⁸ ^, ³⁹ ^, ⁴⁰ ^, ⁴¹ ^, ⁴² ^, ⁴³ ^, ⁴⁴, hvor brede spekteret av lengde skalaer samarbeidsstil sengen er unngått⁴⁵. I mange praktiske scenarier antyde sedimentering, partiklene er ganske liten og partikkel Reynolds nummer er fortsatt lavere enn ca 5⁴⁶. På den annen side, kan laminær strømmer generere geometriske mønstre som krusninger og sanddyner som turbulente⁴²^,⁴⁷. Similitudes i begge regimer har blitt vist å reflektere analogier den underliggende fysikk⁴⁷ så viktig innsikt for partikkel transport kan fås fra en bedre kontrollert eksperimentelle systemet⁴⁸.

I laminær strømning merke Charru et al. at den lokale omorganisering av en detaljert seng av enhetlig størrelse perler, såkalte bed armouring, resulterte i en progressiv økning av terskelen for utbruddet av bevegelse til mettet betingelser ble oppnådd ³². litteratur, viser imidlertid forskjellige terskler for mettet forhold i uregelmessig arrangert sediment senger avhengig av eksperimentelle set-up³⁶^,⁴⁴. Denne spredning kan skyldes problemer med kontrollerende partikkel parametere som papirretning, protrusion nivå og kompakthet av sedimenter.

Hovedmålet med dette manuskriptet er å beskrive i detalj hvordan å karakterisere begynnende bevegelsen av enkelt kuler som en funksjon av geometriske egenskaper for vannrett sediment sengen. For dette formålet bruker vi vanlige geometrier, som består av monolayers av faste perler regelmessig ordnet etter trekantet eller kvadratiske konfigurasjoner. Vanlig underlag lik som vi bruker er funnet i applikasjoner som for mal-montering av partikler i microfluidic analyser⁴⁹, selvstendig montering av Micro Devices i trange strukturert geometrier⁵⁰ eller egenverdi partikkel-indusert transport i microchannels⁵¹. Enda viktigere, tillater bruker vanlige underlag oss å markere virkningen av lokale geometri og orientering og unngå alle dubiety om rollen av nabolaget.

I laminær strømning observerte vi at kritiske skjold økt med 50% bare avhengig av avstanden mellom substrat kulene og dermed på eksponering for perlen flyt³⁸. Tilsvarende vi fant at kritiske skjold tallet endres av til en faktor på to avhengig av retningen på underlaget flyt retning³⁸. Vi la merke til at immobile naboer bare påvirke utbruddet av mobil perle hvis de var nærmere enn tre partikkel diameter⁴¹. Utløst av eksperimentet funnene, har vi nylig presentert en streng analytiske modell som spår kritiske skjold nummeret i snikende flyt grense⁴⁰. Modellen dekker utbruddet av bevegelse fra svært utsatt for skjulte perler.

Den første delen av dette manuskriptet omhandler beskrivelsen av den eksperimentelle prosedyren brukes i tidligere studier på skjær Reynolds nummer, Re *, lavere enn 1. Laminær strømning er indusert med en roterende rheometer med en parallell konfigurasjon. I denne lave Reynolds tallgrense, partikkelen er ikke ment for å oppleve noen hastighet svingninger²⁰ og samsvarer system den såkalte hydraulisk jevne flyten der partikkelen er neddykket i tyktflytende sublayer.

Når begynnende bevegelse på laminær strømning er opprettet, kan rollen turbulens bli klarere. Motivert av denne ideen, introduserer vi en ny eksperimentelle prosedyren i den andre delen av protokollen. Bruker en Göttingen lav hastighet vindtunnel åpne jet test del, de kritiske skjoldene antallet kan fastslås i et bredt spekter av Re * inkludert hydraulisk overgangsreglene flyten og turbulente regimet. Eksperimentelle resultatene kan gi viktig innsikt om hvordan styrker og dreiemomenter opptre på en partikkel på grunn av den turbulente flyten avhengig av underlaget geometrien. Dessuten, disse resultatene kan brukes som en målestokk for mer avanserte modeller på høy Re * på en lignende måte at tidligere arbeid i laminær strømning er brukt å mate semi probabilistisk modeller⁵² eller validere siste numeriske modeller⁵³. Vi presentere noen representative eksempler på programmer på Re * spenner fra 40 til 150.

Begynnende kriteriet er etablert som bevegelse av én partikkel fra første likevekt posisjon til neste. Bildebehandling brukes til å bestemme modusen for utbruddet av bevegelse, dvs rullende, skyve, løfte³⁹^,⁴¹. For dette formålet oppdages rotasjonsvinkelen med mobile kuler som manuelt er merket. Algoritmen spor plasseringen av merkene og sammenligner den med midt i sfæren. En innledende sett av eksperimenter ble gjennomført i både eksperimentelle oppsetninger å avklare at kritiske skjold nummeret forblir uavhengig av endelig størrelse effekten av oppsett og relativ flyt submergence. Eksperimentelle metoder er dermed utformet å utelukke en annen parameter avhengig av kritiske skjold nummeret utover Re og geometriske egenskaper av sediment seng. Re * er variert med væske-partikkel kombinasjoner. Kritisk skjold nummeret er karakterisert som en funksjon av begravelse grad, , definert av Martino et al. ³⁷ som der er Friksjonsvinkel, dvs den kritiske vinkelen på hvilke bevegelse oppstår⁵⁴, og er eksponering graden, definert som forholdet mellom tverrsnitt område effektivt utsatt for strømmen til totalt tverrsnitt område av mobil perle.

Protocol

1. begynnende partikkel bevegelse i snikende flyt grensen. Merk: Målingene er utført i en roterende rheometer som er blitt endret for dette spesielle programmet. Forbereder Rheometer. Koble til lufttilførselen til rheometer for å unngå skade luft lagrene. Åpne ventilen foruten luftfiltre til et trykk på ca 5 barer i systemet er oppnådd. Koble den flytende Sirkulator til måling plate. Kontroller at slangene av Peltier-element er koblet ti…

Representative Results

Figur 1 (a) representerer en skisse av den eksperimentelle set-up benyttes for å karakterisere kritiske skjold tallet i snikende flyt grensen, del 1 av protokollen. Målingene er utført i en roterende rheometer ble endret for dette spesielle programmet. En gjennomsiktig PLEXIGLASS tallerken med 70 mm i diameter var nøye festet til en parallell tallerken med 25 mm i diameter. Treghet av måling var derfor readjusted før måling. En tilpass…

Discussion

Vi presenterer to ulike eksperimentelle metoder for å karakterisere begynnende partikkel bevegelse som en funksjon av sediment seng geometrien. For dette formålet bruker vi en monolayer med kuler regelmessig ordnet etter en trekantet eller kvadratiske symmetri slik at parameteren geometriske forenkler til en enkelt geometri. I snikende flyt grensen beskriver vi eksperimentelle metoden bruker en roterende rotameter for å indusere laminær skjær flyten i tidligere studier³⁹^,<sup class…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne er takknemlig til ukjent dommerne for verdifulle råd og Sukyung Choi, Byeongwoo Ko og Baekkyoung Shin for samarbeid i å sette opp eksperimenter. Dette arbeidet ble støttet av hjernen Busan 21 prosjektet i 2017.

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

Cite This 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).