Friction and confinement effects on a shallow recirculating flow

Authors: Vincent H. Chu; Fang Liu; Wihel Altai

Source: Journal of Environmental Engineering and Science, Volume 3, Number 5, August 2004 , pp. 463-475(13)

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Abstract:

Experiments were conducted to study confinement and friction effects on a shallow recirculating flow that was formed in a lateral expansion of an open-channel flow on a smooth bed. Dye was introduced to the flow as tracer. The instantaneous dye concentration in the flow was captured by video simultaneously across the width and along the length of the flume. The mean and the root-mean-square values of the dye-concentration fluctuations at selected cross sections along the flow are analyzed and compared with a previous series of data that were collected using a probe to measure the concentration one point at a time. The previous experiment was conducted in a small flume on a roughen bed. The new flume in the present experiment was 2.35 times wider. The large width of the new flume facilitates the study of the same friction effect on a smooth bed over a greater range of the confinement effect. In comparison with the previous experiments, the dye concentration in the present experiments is higher for the same range of bed-friction numbers. The difference in the results is tentatively attributed to the bed-generated turbulence. Key words: recirculating flow, shallow open-channel flow, quasi-two-dimensional turbulent flow, horizontal turbulence, bed-generated turbulence, friction effects, tracer concentration measurements, video imaging method.

Des expériences ont été effectuées afin d'étudier les effets du confinement et de la friction sur un écoulement de recirculation peu profond qui s'est formé dans une expansion latérale d'un écoulement naturel peu profond en canal sur un lit lisse. Un colorant a été introduit dans l'écoulement en tant que traceur. La concentration instantanée du colorant dans l'écoulement a été captée par vidéo simultanément sur toute la largeur et la longueur du panache. La valeur moyenne et la moyenne quadratique des fluctuations de la concentration du colorant ont été analysées à des sections transversales prédéterminées le long de l'écoulement et comparées à une série de données antérieures recueillies au moyen d'une sonde mesurant la concentration un point à la fois. L'expérience précédente a été effectuée dans un petit panache sur un lit rugueux. Le nouveau panache de l'expérience actuelle était 2,35 fois plus large. La grande largeur du nouveau panache facilite l'étude du même effet de friction sur un lit lisse sur une plus grande plage de l'effet de confinement. Comparativement aux études précédentes, la concentration de colorant dans les expériences actuelles est plus élevée pour la même plage de résultats friction-lit. La différence dans les résultats est provisoirement attribuée à la turbulence générée par le lit. Mots clés : écoulement de recirculation, écoulement peu profond à surface libre, écoulement turbulent quasi bidimensionnel, turbulence horizontale, turbulence générée par le lit, effets de la friction, mesure de la concentration du traceur, méthode d'images vidéo. [Traduit par la rédaction]

Document Type: Research article

Publication date: 2004-08-01

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