| Abstract |
Pēdējos gados arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta sedimenta transporta fenomenoloģiskam aspektam, kā mēģinājums iegūt zināšanas par iesaistītiem fiziskiem procesiem un uzlabot sedimenta transporta prognozēšanas spējas. Cietas fāzes kustība ir katras atsevišķas daļiņas pārvietošanas rezultāts. Tāpēc, atsevišķas sedimenta daļiņas kustības analīze padara iespējamo mērīšanas metodes, kas ir lielākoties orientēti uz daļiņu lēkšanas izpēti no virs skata.
Sedimenta plūduma aptuvenie aprēķini, ko sniedz šī pieeja, motivēja jaunākos pētījumus dziļāk ieskatīties nogulšņu kustības kinemātiskās īpašībās un fenomenoloģijas aspektos. Ilgtermiņa mērķis ir iegūt papildus zināšanas par sedimenta transportēšanas mehānismu, lai izstrādātu nogulšņu kustības modeļus ar prognozēšanas iespējam, kas būs piemēroti inženieru praksē.
Šo projektu pētniecība bija veltīta gultnes slodzes eksperimentu realizācijai virs plaknes izmantojot daļiņas trajektorijas izsekošanas metodi, lai raksturotu atsevišķas daļiņas kustības parametrus (trajektorijas garums, kustības vidējais ātrums u.c.). Šajā darbā uzrādītie eksperimenti bija veikti Milānas Politehniska universitātes Hidraulikas laboratorijā, Itālijā. Šī darba ietvaros tika analizēti daļiņu rotējoša, slīdoša un lēkšanas kustības veidi. Konceptuāls modelis apskata daļiņas kustību garenvirzienā un šķersvirzienā. Modelis liecina, ka daļiņu kustība ietver vismaz trīs diapazonus: vietējais diapazons, starpposma diapazons, globālais diapazons. Vietējais diapazons atbilst ballistiskajām daļiņu trajektorijām starp divām secīgām sadursmēm ar statiskam gultnes daļiņām. Starpposma diapazons atbilst daļiņu trajektorijām starp diviem secīgiem miera periodiem (bez kustības). Šāda veida trajektorijas sastāv no daudziem vietējiem trajektorijām un var ietvert sevī desmitus vai simtus sadursmes gadījumus ar gultni. Globāla diapazona trajektorijas sastāv no daudzām starpposmu trajektorijām, tāpat, ka starpposma trajektorijas sastāv no vietējam trajektorijām. Šī pētījuma ietvaros, daļiņu kustības analīze ir veltīta starpposmu trajektorijām, tādējādi tiek apskatīta daļiņu kustība posmā starp diviem miera periodiem. Pieņemot, ka tikai augšējais nogulumu slānis ir aktīvs, tāpēc, process var būt pilnība apskatīts novērojot to no augšas. Attēlu secība tika savākta ar mērķi noteikt daļiņu kustības starpposma trajektorijas izmantojot attēlu apstrādi.
Eksperimenti tika veikti, izmantojot baltas un melnas daļiņas specialo maisījumu, lai vienkāršotu trajektorijas uzskaites kārtību. Daļiņas tika izlaistas pāri kustīgai un fiksētai gultnes konfigurācijai.
Šā pētījuma mērķis ir pārbaudīt vai gultnes konfigurācija būtiski ietekmē uz daļiņas kustības procesu īpašībām. Lagrangian manīgo lielumu analīzes metode ir atbalstīta ar jauno attēlu apstrādes tehniku, kas ļauj identificēt trajektorijas lielu skaitu. Eksperimenti un sekojoša datu apstrāde tika veikta izmantojot speciālas programmatūras paketes: Fluid Streams, Matlab, Visual Basics.
Vairumā praktiskas situācijas, nogulsnes uzvedās kā nevienāds materiāls. Gultnes forma iziet no veidotajiem pretestības spēkiem starp gultni un šķidruma plūsmu, ka arī nogulšņu kustību, kas izraisa ūdens plūsmu uz nogulumu graudu. Ar vienkāršu pieeju, dominējošie parametri, kas ietekmē uz gultnes formas veidošanu ir: gultnes slīpums, plūsmas dziļums, sedimentu izmērs un daļiņu kritumu ātrums. Pie zemiem ātrumiem, gultne nekustās. Attiecīgi, pieaugot plūsmas ātrumiem, gultne sāk kustību. Ievērojot vienas daļiņas stabilitāti horizontālajā plaknē, robežvērtības nosacījums (kustības) ir sasniegts, kad daļiņu smaguma centrs novirzās vertikāli virs saskares punkta ar gultni. Kritiskais leņķis pie kuras sākas daļiņu kustība sauc par miera leņķi s. |
