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 baserede karakterisering af begyndende partikel bevægelse i regelmæssig substrater: fra Laminar turbulente 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 forskellige metoder til kendetegner den begyndende partikel bevægelse af en enkelt perle som en funktion af sediment bed geometri fra laminar til turbulent flow er præsenteret.

Abstract

To forskellige eksperimentelle metoder til bestemmelse af tærsklen på partikel bevægelse som en funktion af geometriske egenskaber af seng fra laminar turbulent strømning betingelser er præsenteret. Med henblik herpå, er den begyndende bevægelse af en enkelt perle undersøgt på regelmæssig substrater, der består af en éncellelag af faste kugler af ensartet størrelse, der arrangeres jævnligt i trekantede og kvadratiske symmetrier. Tærsklen er præget af den kritiske skjolde antal. Kriteriet for udbrud af bevægelse er defineret som forskydning fra den oprindelige ligevægt holdning til den nærliggende. Fordrivelse og tilstand af bevægelse er identificeret med et billedbehandlingssystem. Laminar flow er foranlediget ved hjælp af en roterende rheometer med en parallel diskkonfiguration. Shear Reynolds tal forbliver under 1. Turbulent strømning er induceret i en lav hastighed vindtunnel med åben jet test afsnit. Lufthastighed reguleres med en frekvensomformer på blæser fan. Profilen hastighed måles med en hot wire sonde tilsluttet en hot film vindmåler. Shear Reynolds antallet svinger mellem 40 og 150. Den logaritmiske hastighed og modificerede væg loven præsenteret af Rotta bruges til at udlede shear hastigheden fra eksperimentelle data. Sidstnævnte er af særlig interesse, når mobile perle er delvist udsat for turbulent strømning i den såkaldte hydraulisk overgangsbestemmelser flow regime. Shear stress anslås til starten af bevægelse. Nogle illustrative resultater viser den kraftige indvirkning, vinkel hvile og eksponering af perle til shear flow er repræsenteret i begge regimer.

Introduction

Begyndende partikel bevægelse er stødt på i en bred vifte af industrielle og naturlige processer. Miljømæssige eksempler kan nævnes den indledende proces af sediment transport i floden og oceaner, bed erosion eller dune dannelse blandt andre ¹^,²^,³. Pneumatisk formidle⁴, fjernelse af forurenende stoffer eller rengøring af overflader⁵^,⁶ er typiske industrielle applikationer med udbrud af partikel bevægelse.

På grund af den brede vifte af applikationer, er udbrud af partikel bevægelse blevet grundigt undersøgt over et århundrede, for det meste under turbulente forhold⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹^, ¹²^,¹³^,¹⁴^,¹⁵. Mange eksperimentelle metoder er blevet anvendt til at bestemme grænsen for udbrud af bevægelse. Undersøgelserne omfatter parametre som partikel Reynolds tal¹³^,¹⁶^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹^,²⁰, relative flow nedsænkning ²¹ ^, ²² ^, ²³ ^, ²⁴ eller geometriske faktorer som vinkel hvile¹⁶^,¹⁸^,²⁵, eksponering for flow²⁶^,²⁷^,²⁸^,²⁹, relative korn fremspring²⁹ eller streamwise bed skråning³⁰.

De aktuelle data for den tærskel, herunder turbulente forhold er stort set spredt¹²^,³¹ og resultaterne synes ofte inkonsekvent²⁴. Dette er hovedsagelig på grund af den iboende kompleksitet af kontrollerende eller bestemmelse af flow-parametrene under turbulente forhold¹³^,¹⁴. Desuden afhænger tærsklen for sediment motion kraftigt tilstanden af bevægelse, dvs glidende, rullende eller hejse¹⁷ og kriteriet til at karakterisere den begyndende bevægelse³¹. Sidstnævnte kan være tvetydig i en erosionsudsatte sediment seng.

I det sidste tiår, har eksperimentelle forskere studeret begyndende partikel bevægelse i laminar flow³²^,³³^,³⁴^,³⁵^,³⁶^,³⁷^, ³⁸ ^, ³⁹ ^, ⁴⁰ ^, ⁴¹ ^, ⁴² ^, ⁴³ ^, ⁴⁴, hvor den bredt spektrum af længdeskalaer interagere med sengen er undgået⁴⁵. I mange praktisk scenarier indebærer sedimentering, partiklerne er ganske lille og partikel Reynolds tal er fortsat lavere end omkring 5⁴⁶. På den anden side er laminar flow i stand til at generere geometriske mønstre som krusninger og klitter, som turbulent strømme gør⁴²^,⁴⁷. Similitudes i begge regimer har vist sig at afspejle analogier i den underliggende fysik⁴⁷ så vigtig indsigt for partikel transport kan fås fra en bedre kontrolleret eksperimentel system⁴⁸.

I laminar flow bemærket Charru et al. at den lokale omlejring af en kornet bund af ensartet størrelse perler, såkaldte bed panser, resulterede i en progressiv forhøjelse af tærsklen for udbrud af bevægelse, indtil mættede betingelser blev opnået ³². litteratur, men viser forskellige tærskelværdier for mættet betingelser i uregelmæssigt arrangeret sediment senge afhængigt af eksperimentelle set-up³⁶^,⁴⁴. Denne spredning kan være på grund af vanskeligheden ved at kontrollere partikel parametre som orientering, fremspring niveau og kompakthed af sedimenterne.

Hovedformålet med dette manuskript er at beskrive i detaljer, hvordan til at karakterisere den begyndende bevægelse af enkelt kugler som en funktion af geometriske egenskaber af horisontale sediment seng. Til dette formål bruger vi regelmæssig geometrier, bestående af encellelag af faste perler jævnligt arrangeret efter trekantet eller kvadratiske konfigurationer. Regelmæssig substrater svarende til, at vi bruger findes i applikationer som til skabelon-samling af partikler i mikrofluid assays⁴⁹, samlesæt af microdevices i begrænset struktureret geometrier⁵⁰ eller iboende partikel-induceret transport i microchannels⁵¹. Vigtigere er, tillader ved hjælp af regelmæssig substrater os at fremhæve indvirkningen af lokale geometri og orientering og for at undgå eventuelle dubiety om rollen af kvarteret.

I laminar flow konstaterede vi, at kritiske skjolde antallet steg med 50% kun afhængig af afstanden mellem områderne substrat og dermed på perlen eksponering for flow³⁸. På samme måde, vi fandt, at den kritiske skjolde nummer ændret af op til en faktor på to afhængigt af retningen af substrat til flow retning³⁸. Vi har bemærket, at immobile naboer kun påvirke udbrud af den mobile perle, hvis de var tættere end omkring tre partikel diametre⁴¹. Udløst af eksperiment resultater, har vi for nylig fremlagt en streng analytisk model, der forudsiger det kritiske skjolde nummer i den snigende flow grænse⁴⁰. Modellen omfatter udbrud af bevægelse fra stærkt udsat for skjulte perler.

Den første del af håndskriftet beskæftiger sig med beskrivelse af forsøgsmetoden anvendt i tidligere undersøgelser på shear Reynolds tal, Re *, lavere end 1. Laminar flow er induceret med en roterende rheometer med en parallel konfiguration. I denne lave Reynolds tal grænse, partikel formodes ikke for at opleve nogen hastighed udsving²⁰ og systemet matcher den såkaldte hydraulisk glat strøm hvor partiklen er nedsænket i den tyktflydende underlag.

Når begyndende bevægelse laminar flow er etableret, kan rollen af turbulens bliver klarere. Motiveret af denne idé, introducerer vi en roman eksperimentel procedure i den anden del af protokollen. Bruge en Göttingen lav hastighed vindtunnel med åben jet test afsnit, de kritiske skjolde antallet kan bestemmes i en bred vifte af Re * herunder hydraulisk overgangsbestemmelser strømmen og den turbulente regime. De eksperimentelle resultater kan give vigtig indsigt om hvordan styrker og halssmykker handle på en partikel på grund af turbulent flow afhængigt af substrat geometri. Desuden kan disse resultater bruges som benchmark for mere avancerede modeller på høje Re * i en lignende måde, tidligere arbejde i laminar flow blevet brugt til at fodre semi probabilistiske modeller⁵² eller at validere de seneste numeriske modeller⁵³. Vi præsenterer nogle repræsentative eksempler på ansøgninger på Re * spænder fra 40 til 150.

Den begyndende kriterium er etableret som bevægelse af de enkelt partikel fra sin oprindelige ligevægt holdning til den næste. Billedbehandling bruges til at bestemme tilstanden for debut af bevægelse, dvs. rullende, glidende, løft³⁹^,⁴¹. Herpå opdages rotationsvinklen for mobile kugler, der prægede manuelt. Algoritmen registrerer placeringen af mærker og sammenligner det med centrum af kuglen. En foreløbig række eksperimenter blev udført i både eksperimentelle set-ups at præcisere at kritiske skjolde antallet forbliver uafhængigt af begrænset størrelse virkninger af set-up og relative flow nedsænkning. De eksperimentelle metoder er således designet til at udelukke enhver anden parameter afhænger af kritisk skjolde antallet ud over Re * og geometriske egenskaber af sediment seng. Re * er varieret med forskellige kombinationer af væske-partikel. Kritiske skjolde antallet er karakteriseret som en funktion af nedgravning grad, , der er defineret af Martino et al. ³⁷ som hvor er vinkel hvile, dvs. den kritiske vinkel, hvor bevægelse sker⁵⁴, og er den eksponering grad, defineret som forholdet mellem tværsnitsareal effektivt udsat for strømmen at det samlede tværsnitsareal af den mobile perle.

Protocol

1. begyndende partikel bevægelse i den snigende Flow begrænsning. Bemærk: Målingerne er udført i et roterende rheometer, der er blevet ændret for dette specifikke program. Forberedelse af Rheometer. Tilslut luftforsyningen til rheometer for at undgå at beskadige luft lejer. Åbne ventilen udover luftfiltre, indtil et tryk på ca 5 barer i systemet er opnået. Tilslut til væske cirkulationspumpe til måling pladen. Sikre, at slanger af Pel…

Representative Results

Figur 1 (a) repræsenterer en skitse af den eksperimentelle set-up bruges til at karakterisere den kritiske skjolde antallet i den snigende flow grænse, § 1 i protokollen. Målingerne er udført i et roterende rheometer, der blev ændret for dette specifikke program. En gennemsigtig Plexiglas plade på 70 mm i diameter blev omhyggeligt fast til en parallel plade af 25 mm i diameter. Inertien i maaleanlaegget var derfor justeres inden målin…

Discussion

Vi præsentere to forskellige eksperimentelle metoder til kendetegner begyndende partikel bevægelse som en funktion af sediment bed geometri. Til dette formål bruger vi en éncellelag af kugler jævnligt arrangeret efter en trekantet eller kvadratiske symmetri på en sådan måde, at parameteren geometriske forenkler til en enkelt geometri. I den snigende flow grænse beskriver vi den eksperimentelle metode ved hjælp af en roterende rotameter til at fremkalde laminar shear flow som i tidligere undersøgelser<sup class…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne er taknemmelige til ukendt dommere af værdifulde råd og Sukyung Choi, Byeongwoo Ko og Baekkyoung Shin for samarbejde i opsætning af eksperimenter. Dette arbejde blev støttet af hjernen Busan 21 projekt 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).