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.

Engineering

Görsel olarak bağlı normal yüzeylerde yeni başlayan parçacık çekimde karakterizasyonu: çalkantılı koşullarına Laminer üzerinden

Published: February 22, 2018

doi:

10.3791/57238

José R. Agudo¹, Jiwon Han¹, Jinyoung Park¹, Sinyoung Kwon¹, Soebiakto Loekman², Giovanni Luzi¹, Christoph Linderberger³, Antonio Delgado^1,4, Andreas Wierschem⁴

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

Yeni başlayan parçacık hareket tek bir boncuk tortu yatak geometriye Laminer türbülanslı akış için bir fonksiyonu olarak karakterize için iki farklı yöntem sunulmaktadır.

Abstract

Laminer yatağından türbülanslı akış koşulları için geometrik özellikleri bir fonksiyonu olarak parçacık hareket eşik belirlemek için iki farklı deneysel yöntem sunulmaktadır. Bu amaca yönelik tek bir boncuk yeni başlayan hareket düzenli olarak üçgen ve ikinci dereceden simetri düzenlenir sabit küreler Tekdüzen boyutta monolayer oluşur normal yüzeyler üzerinde incelenmiştir. Eşik kritik kalkanlar sayısı ile karakterizedir. Hareket başlangıcı için kriter ilk denge yerine uzaklığı için komşu bir olarak tanımlanır. Deplasman ve hareket modu bir görüntüleme sistemi ile tanımlanır. Laminar akış döngüsel bir rheometer kullanarak bir paralel disk yapılandırması ile indüklenen. Yamultma Reynolds sayısı 1 kalır. Türbülanslı akış düşük hızlı Rüzgar tüneli açık jet test bölümü ile indüklenen olduğu. Hava hızı ile bir frekans dönüştürücü üfleyici fan üzerinde düzenlenir. Hız profili sıcak film anemometre bağlı bir sıcak tel sondası ile ölçülür. Yamultma Reynolds sayısı 40 ve 150 arasında değişmektedir. Logaritmik hız ve Rotta tarafından sunulan değiştirilmiş duvar hukuku kesme hızı deneysel verilerden anlaması için kullanılır. Mobil boncuk kısmen türbülanslı akış sözde hidrolik geçiş akış rejimi içinde maruz özel ilgi ikincisidir. Yamultma stres hareket başlangıcında tahmin edilmektedir. Yaslanmak açısını ve akış yamultmak için boncuk pozlama güçlü etkisini gösteren bazı açıklayıcı sonuçları her iki rejimleri içinde temsil edilir.

Introduction

Yeni başlayan parçacık hareket çok çeşitli endüstriyel ve doğal süreçleri ile karşılaştı. Çevre örnekler tortu ilk işlem ¹^,²^,³nehir ve okyanus, yatak erozyon veya kumul oluşumu diğerleri arasında taşıma. Pnömatik⁴taşıma, kirleticiler kaldırılması veya yüzeyler⁵^,⁶ / Temizleme parçacık hareket başlangıcı içeren tipik endüstriyel uygulamalar vardır.

Uygulama geniş yelpazesi nedeniyle, parçacık hareket başlangıcı kapsamlı çoğunlukla çalkantılı koşullar⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹^{altında bir yüzyıl içinde çalışılmıştır,} ¹²^,¹³^,¹⁴^,¹⁵. Birçok deneysel yaklaşımlar hareket başlangıcı için eşik belirlemek için uygulandı. Çalışmalar parçacık Reynolds sayı¹³^,¹⁶^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹^,²⁰, göreli akış düşeydeki konumları gibi parametreleri içerir ²¹ ^, ²² ^, ²³ ^, ²⁴ veya açısını olarak geometrik faktörler¹⁶^,¹⁸^,²⁵, akışı²⁶^,²⁷^,²⁸^,²⁹maruz güvenmek, göreli tahıl çıkıntı²⁹ veya streamwise yatak eğimi³⁰.

Çalkantılı koşullar da dahil olmak üzere eşik için geçerli verileri genel olarak¹²^,³¹ dağılmış ve sonuçları genellikle tutarsız²⁴gibi. Bu denetleme veya çalkantılı koşulları¹³^,¹⁴altında akış parametrelerinin belirlenmesi, çoğunlukla doğal karmaşıklığını kaynaklanmaktadır. Ayrıca, tortu hareket için eşik kuvvetle hareket, Yani sürgülü, çalışırken veya kaldırma¹⁷ ve ölçüt yeni başlayan hareket³¹karakterize etmek için moduna bağlıdır. İkinci bir erodible tortu yatakta belirsiz olabilir.

Son on yılda yeni başlayan parçacık hareket Laminer akımları³²^,³³^,³⁴^,³⁵^,³⁶^,³⁷^, deneysel araştırmacılar inceledik ³⁸ ^, ³⁹ ^, ⁴⁰ ^, ⁴¹ ^, ⁴² ^, ⁴³ ^, ⁴⁴yatak ile etkileşim uzunluğu ölçekler geniş yelpazede nerede,⁴⁵kaçınılmalıdır. Sedimantasyon ima birçok pratik senaryo parçacıklar oldukça küçüktür ve parçacık Reynolds sayısı yaklaşık 5’ten daha düşük kalır⁴⁶. Öte yandan, Laminer akımları türbülanslı akış⁴²^,⁴⁷gibi dalgalanmalar ve dunes geometrik desenler oluşturmak edebiliyoruz. Her iki rejimleri düşünürler analojiler önemli anlayış parçacık taşıma için daha iyi–dan bir elde edilebilir böylece temel fizik⁴⁷ deneysel sistem⁴⁸kontrollü yansıtacak şekilde gösterilmiştir.

Doymuş koşullar elde edildi kadar birörnek boyutlu boncuk, sözde yatak kaplama, taneli bir yatak yerel düzenlenmesi hareket başlangıcı için eşik ilerici bir artış içinde sonuçlandı Charru vd. Laminer akış içinde fark ³². edebiyat, ancak, düzensiz görücü usulü tortu yataklarda bağlı olarak deneysel set-up³⁶^,⁴⁴doymuş koşullar için farklı eşikler ortaya koymaktadır. Bu saçılma yönünü, çıkıntı düzeyi ve kompakt çökeller gibi kontrol eden parçacık parametreleri zorluk nedeniyle olabilir.

Bu el yazması ana tek küre yeni başlayan hareket yatay tortu yatağın geometrik özellikleri bir fonksiyonu olarak karakterize etmek nasıl ayrıntılı bir şekilde tanımlamak için hedeftir. Bu amaçla, biz monolayers sabit boncuk düzenli olarak üçgen veya ikinci dereceden yapılandırmaları göre düzenlenmiş oluşan düzenli geometrileri, kullanın. Kullandığımız normal yüzeylerde benzer uygulamalarda gibi şablon derlemenin mikrosıvısal deneyleri⁴⁹, kendinden montajlı microdevices sınırlı yapısal geometrileri⁵⁰ veya içsel parçacıkların parçacık kaynaklı bulunur mikro⁵¹taşıma. Daha da önemlisi, düzenli yüzeylerde kullanarak bize yerel geometri ve yönlendirme etkisini vurgulamak için ve herhangi bir dubiety mahalle rolü hakkında önlemek için izin verir.

Laminar akış kritik kalkanlar sayısı sadece substrat küreler arasında ve böylece boncuk maruz akışı³⁸Tarih aralığı bağlı olarak % 50 oranında artış gözlendi. Benzer şekilde, kritik kalkanlar numarasını bulduk bağlı olarak yüzey akış yönü³⁸yönünü ikinin katları kadar tarafından değiştirilmiş. Onlar üç parçacık çapı⁴¹yakın olsaydı hareketsiz komşular yalnızca mobil boncuk başlangıcı etkiler fark ettik. Deney bulgular tarafından tetiklenen, biz son zamanlarda sürünen akış sınırı⁴⁰yılında kritik kalkanlar sayısı tahmin titiz analitik modeli sundu. Modeli son derece gizli boncuk maruz hareket başlangıcı kapsar.

Bu el yazması bölümünün ilk Reynolds sayısı, Re * kesme, önceki çalışmalarda kullanılan deneysel işlemin açıklaması ile ilgilenir, 1’den daha düşük. Laminar akış paralel bir yapılandırma ile dönüş rheometer ile indüklenen. Bu düşük Reynolds sayı sınırı, parçacık herhangi bir hız dalgalanması²⁰ yaşamaya olmaması ve sistem parçacık viskoz alt katmanı içinde nerede sular altında sözde hidrolik pürüzsüz akışı eşleştirir.

Laminar akış yeni başlayan hareket kurulduktan sonra türbülans rolünün daha net hale gelebilir. Bu fikir tarafından motive, biz roman deneysel bir işlem Protokolü’nün ikinci bölümünde tanıtmak. Bir Göttingen düşük hızlı Rüzgar tüneli numarasını bir geniş aralığı, Re hidrolik geçiş akış ve çalkantılı rejimi de dahil olmak üzere * olarak belirlenebilir kritik kalkanlar açık jet test bölümü ile kullanarak. Deneysel sonuçlar nasıl kuvvetler ve tork bir parçacık bağlı olarak substrat geometri türbülanslı akış nedeniyle hareket hakkında önemli bilgiler sağlayabilir. Ayrıca, bu sonuçlar bir kriter olarak, yüksek Re * daha gelişmiş modeller için laminar akış, son eser yarı olasılıkçı modelleri⁵² beslemek için veya son sayısal modeller⁵³doğrulamak için kullanılmıştır benzer bir şekilde kullanılabilir. Biz, Re * 150 40 arasında değişen temsilcisi bazı uygulama örnekleri mevcut.

Yeni başlayan ölçütü sonraki ilk denge pozisyonundan parçacık tek hareket olarak kurulur. Görüntü işleme hareket, Yani başlangıcı modu belirlemek için kullanılan haddeleme, sürgülü,³⁹^,⁴¹kaldırma. Bu amaca yönelik el ile işaretlenen mobil küreler dönüş açısını algılanır. Algoritma işaretleri konumunu izler ve küre merkezi ile karşılaştırır. Deneyler ön bir dizi kritik kalkanlar numarası bağımsız set-up ve göreli akış düşeydeki konumları sonlu boyutu etkileri kalır netleştirmek için her iki deneysel set-up yapılmıştır. Deneysel yöntemleri böylece kritik kalkanlar numarayı ötesinde Re * ve tortu yatağın geometrik özellikleri bağımlı başka bir parametre dışlamak için tasarlanmıştır. Re * farklı sıvı-parçacık bileşimlerini kullanarak zengindir. Kritik kalkanlar sayısı mezar derecesi bir fonksiyonu olarak karakterize , Martino ve ark. tarafından tanımlı ³⁷ olarak nerede yaslanmak, hangi hareket kritik açı oluşur⁵⁴, Yani açısıdır ve etkili bir şekilde akışına maruz kesit alanı arasındaki oran olarak tanımlanan etkilenme derecesi Mobil boncuk toplam kesit alanı için.

Protocol

1. yeni başlayan parçacık çekimde sürünen akış sınırı. Not: Bu belirli bir uygulama için değiştirilmiş bir dönme rheometer ölçümleri yapılmaktadır. Rheometer hazırlanıyor. Hava ikmal rheometer için hava yatakları zarar görmesini önlemek için bağlayın. Sistem yaklaşık 5 ‘er bardan oluşan bir basınç elde kadar yanı sıra hava filtreleri Vanayı aç. Sıvı sirkülatörün ölçüm plaka bağlayın. Peltier öğes…

Representative Results

Resim 1 sürünen akış sınırı, Bölüm 1 iletişim kuralının kritik kalkanlar sayısında karakterize etmek için kullanılan deneysel set-up bir kroki temsil eder (bir) . Ölçümler güncellenmiştir döngüsel bir rheometer belirli bir uygulama için yapılmaktadır. 70 mm çapında şeffaf pleksiglas plaka dikkatle paralel bir tabak çapı 25 mm tespit edildi. Atalet ölçüm sistemi bu nedenle önce ölçüm yeniden. 176 mm çapı…

Discussion

Biz yeni başlayan parçacık hareket tortu yatak geometri bir fonksiyonu olarak karakterize için iki farklı deneysel yöntem mevcut. Bu amaçla, biz düzenli olarak böyle bir şekilde geometrik parametre tek bir geometriye kolaylaştırır bir üçgen veya ikinci dereceden simetri göre düzenlenmiş küreler monolayer kullanın. Sürünen akış sınırı içinde Laminer kesme akışı olduğu gibi önceki çalışmalar³⁹^,⁴⁰^,^41</…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar için değerli tavsiyeler için bilinmeyen hakemler ve Sukyung Choi, Byeongwoo Ko ve Baekkyoung Shin deneyler kadar kurulmasında işbirliği için müteşekkiriz. Bu eser 2017 yılında beyin Busan 21 proje tarafından desteklenmiştir.

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).

Automatically Generated