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

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Visualmente, com base em caracterização do movimento de partículas incipiente em substratos Regular: de Laminar para turbulentas condições

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

São apresentados dois métodos diferentes para caracterizar o movimento de partículas incipiente de uma única pérola como uma função da geometria de cama de sedimentos de laminar para fluxo turbulento.

Abstract

Dois diferentes métodos experimentais para a determinação do limiar do movimento de partículas em função das Propriedades geométricas da cama de laminar para fluxo turbulento condições são apresentados. Para esse efeito, o incipiente movimento de uma única conta é estudado em substratos regulares que consistem em uma monocamada de esferas fixas de tamanho uniforme regularmente organizados em simetrias triangulares e quadráticas. O limiar é caracterizado pelo crítico número escudos. O critério para o início do movimento é definido como o deslocamento da posição original de equilíbrio para o vizinho. O deslocamento e o modo de movimento são identificados com um sistema de imagem. O fluxo laminar é induzido usando um rheometer rotacional com uma configuração de disco paralelo. O número de Reynolds de cisalhamento permanece inferior a 1. O fluxo turbulento é induzido em um túnel de vento de baixa velocidade com seção de teste do jato aberto. A velocidade do ar é regulada com um variador de frequência no ventilador ventilador. O perfil de velocidade é medido com uma sonda de fio quente conectada a um anemômetro de filme quente. O número de Reynolds de cisalhamento variam entre 40 e 150. A lei de velocidade logarítmica e a lei de parede modificado apresentado por Rotta são usados para inferir a velocidade de cisalhamento a partir dos dados experimentais. O último é de especial interesse quando o grânulo móvel fica parcialmente exposto ao fluxo turbulento no regime transitório hidraulicamente fluxo so-called. A tensão de cisalhamento é estimado no início do movimento. Alguns resultados ilustrativos, mostrando o forte impacto do ângulo de repouso e a exposição do cordão para cortar o fluxo de são representados em ambos os regimes.

Introduction

Movimento de partícula incipiente é encontrado em uma ampla gama de processos industriais e naturais. Ambientais são exemplos o processo inicial de sedimento transporte no rio e oceanos, erosão de cama ou formação de dunas, entre outros, ¹^,²^,³. Pneumático, transportando⁴, remoção de poluentes ou limpeza de superfícies⁵^,⁶ são aplicações industriais típicas, envolvendo o início do movimento da partícula.

Devido à ampla variedade de aplicações, o início do movimento da partícula foi estudado extensivamente ao longo de um século, principalmente sob condições turbulentas⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹^, ¹²^,¹³^,¹⁴^,¹⁵. Muitas abordagens experimentais foram aplicadas para determinar o limiar para o início do movimento. Os estudos incluem parâmetros tais como a partícula Reynolds número¹³^,¹⁶^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹^,²⁰, a submersão de fluxo relativo ²¹ ^, ²² ^, ²³ ^, ²⁴ ou fatores geométricos como o ângulo do repose¹⁶^,¹⁸^,²⁵, exposição para o fluxo²⁶^,,²⁷^,²⁸^,²⁹, protrusão de grão relativo²⁹ ou cama streamwise inclinação³⁰.

Os dados atuais para o limiar incluindo condições turbulentas estão amplamente espalhados¹²^,³¹ , e os resultados muitas vezes parecem inconsistentes²⁴. Isto é principalmente devido à complexidade inerente de controlar ou determinar parâmetros de fluxo sob condições turbulentas¹³^,¹⁴. Além disso, o limiar para o movimento de sedimentos depende fortemente o modo de movimento, ou seja, deslizamento, rolamento ou levantamento¹⁷ e o critério para caracterizar o incipiente movimento³¹. Este último pode ser ambíguo em uma cama de sedimentos erodíveis.

Durante a última década, experimentais pesquisadores estudaram o movimento da partícula incipiente em fluxos laminar³²^,³³^,³⁴^,³⁵^,³⁶^,³⁷^, ³⁸ ^, ³⁹ ^, ⁴⁰ ^, ⁴¹ ^, ⁴² ^, ⁴³ ^, ⁴⁴, onde o amplo espectro de escalas de comprimento interagindo com a cama é evitado⁴⁵. Em muitos cenários práticos que implica sedimentação, as partículas são muito pequenas e a partícula, o número de Reynolds permanece inferior a cerca de 5⁴⁶. Por outro lado, os fluxos laminar são capazes de gerar padrões geométricos como ondulações e dunas como escoamentos turbulentos do⁴²^,⁴⁷. Similitudes em ambos os regimes foram mostrados para refletir as analogias no subjacente física⁴⁷ então uma visão importante para o transporte de partículas pode ser obtida um melhor controlado sistema experimental⁴⁸.

No fluxo laminar, Charru et al notou que o rearranjo de local de um leito granular de grânulos de tamanhos uniforme, chamado cama blindagem, resultou em um aumento progressivo do limiar para o início do movimento até condições saturadas foram alcançadas ³². no entanto, a literatura, revela diferentes limiares para condições saturadas em camas de sedimentos irregularmente arranjados dependendo da montagem experimental³⁶^,⁴⁴. Essa dispersão pode ser devido à dificuldade de controlar parâmetros de partículas tais como orientação, nível de saliência e compactação dos sedimentos.

O objetivo principal deste manuscrito é descrever em detalhe como caracterizar o incipiente movimento de esferas única em função das Propriedades geométricas da cama horizontal de sedimentos. Para o efeito, usamos geometrias regulares, consistindo de monocamadas de grânulos fixos regularmente organizadas de acordo com configurações triangulares ou quadráticas. Substratos regulares semelhantes ao que usamos são encontrados em aplicações tais como para o modelo-conjunto de partículas em ensaios microfluidic⁴⁹, auto-montagem de microdevices em geometrias estruturado confinados⁵⁰ ou intrínseco induzida por partículas transporte em microcanais⁵¹. Mais importante, usar substratos regulares permite-nos para destacar o impacto da geometria local e orientação e para evitar qualquer dubiety sobre o papel da vizinhança.

No fluxo laminar, observamos que o número de escudos a crítica aumentou 50% apenas dependendo do espaçamento entre as esferas de substrato e, portanto, sobre a exposição do talão para o fluxo de³⁸. Da mesma forma, nós encontramos que o número de escudos crítico alterado por até um fator de dois, dependendo da orientação do substrato para a direção de fluxo³⁸. Notamos que imóveis vizinhos afetam apenas o início da esfera móvel se estivessem mais perto do que a partícula sobre três diâmetros⁴¹. Desencadeada pelas conclusões do experimento, recentemente apresentamos um modelo analítico rigoroso que prevê o número crítico de escudos no rastejamento fluxo limite⁴⁰. O modelo abrange o início do movimento de altamente expostos para contas ocultas.

A primeira parte do manuscrito lida com a descrição do procedimento experimental utilizado em estudos anteriores no cisalhamento número de Reynolds, Re *, menor que 1. O fluxo laminar é induzido com uma rotação rheometer com uma configuração paralela. Este limite de número de Reynolds baixo, a partícula não é para qualquer flutuação de velocidade²⁰ de experiência e o sistema coincide com o chamado fluxo hidraulicamente suave onde a partícula está submersa dentro da subcamada viscosa.

Uma vez que o incipiente movimento no fluxo laminar é estabelecido, o papel da turbulência pode tornar-se mais claro. Motivado por esta ideia, nós introduzimos um novo procedimento experimental na segunda parte do protocolo. Usando um túnel de vento de baixa velocidade de Göttingen com seção de teste do jato aberto, os escudos críticos número pode ser determinado em uma ampla gama de Re * incluindo o fluxo hidraulicamente transitório e regime turbulento. Os resultados experimentais podem fornecer uma importante visão sobre como as forças e torques agem sobre uma partícula devido ao fluxo turbulento, dependendo da geometria do substrato. Além disso, estes resultados podem ser usados como referência para modelos mais sofisticados em alta Re * da mesma forma que o trabalho passado em fluxo laminar tem sido utilizado para alimentar semi modelos probabilísticos⁵² ou validar recentes modelos numéricos⁵³. Apresentamos alguns exemplos representativos de aplicações em Re * variando de 40 a 150.

O critério incipiente é estabelecido como o movimento da partícula única da posição de equilíbrio inicial para a próxima. Processamento de imagem é usado para determinar o modo de início do movimento, ou seja, rolamento, deslizamento, levantamento de³⁹^,⁴¹. Para esse efeito, o ângulo de rotação das esferas móveis que foram marcados manualmente é detectado. O algoritmo rastreia a posição das marcas e compara-o com o centro da esfera. Um conjunto preliminar de experimentos foi realizado em ambos os set-ups experimentais para esclarecer que o número de escudos a crítica continua a ser independente dos efeitos de tamanho finito do set-up e submersão de fluxo relativo. Os métodos experimentais destinam-se, portanto, para excluir qualquer outro parâmetro depende do número de escudos crítico além do Re * e Propriedades geométricas da cama sedimento. O Re * é variada usando diferentes combinações de fluido-partícula. O número de escudos crítico é caracterizado em função do grau de enterro, , definido por Martino et al ³⁷ como onde é o ângulo de repouso, ou seja, o ângulo crítico, no qual movimento ocorre⁵⁴, e é o grau de exposição, definido como a razão entre a área transversal efetivamente exposta ao fluxo de a área transversal total da esfera móvel.

Protocol

1. partícula incipiente movimento no limite de fluxo rastejando. Nota: As medições são realizadas em um rheometer rotacional que tenha sido modificado para esta aplicação específica. Preparando o Rheometer. Conecte a alimentação de ar para o rheometer para evitar danificar os rolamentos de ar. Abra a válvula além dos filtros de ar, até que seja alcançada uma pressão de aproximadamente 5 bares no sistema. Conecte o circulador fluido …

Representative Results

Figura 1 (a) representa um esboço da montagem experimental utilizada para caracterizar o número crítico de escudos no limite de fluxo rastejando, secção 1 do protocolo. As medições são realizadas em um rheometer rotacional que foi modificado para esta aplicação específica. Uma placa de acrílico transparente de 70 mm de diâmetro foi cuidadosamente fixada a uma placa paralela de 25 mm de diâmetro. Portanto, a inércia do sistema d…

Discussion

Apresentamos dois métodos experimentais diferentes para caracterizar o movimento de partículas incipiente como uma função da geometria da cama do sedimento. Para o efeito, usamos uma monocamada de esferas regularmente organizadas de acordo com uma simetria triangular ou quadrática, de modo que o parâmetro geométrico simplifica para uma geometria única. O limite de fluxo rastejando, descrevemos o método experimental usando um rotâmetro rotacional para induzir o fluxo de cisalhamento laminar como em anteriores es…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores são gratos para árbitros desconhecidos para conselhos valiosos e Sukyung Choi, Byeongwoo Ko e Baekkyoung Shin para a colaboração na criação de experiências. Este trabalho foi financiado pelo projeto cérebro Busan 21 em 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).

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