Effects of submergence and test startup conditions on local scour by plane turbulent wall jets

摘要

Des expériences ont été effectuées pour étudier l'affouillement des sols non cohésifs par des jets plans pariétaux turbulents immmergés. Le nombre de Reynolds basé sur les conditions de sortie du jet était de 32.500 et le nombre de Froude densimétrique était de 6.2. L'immersion, définie comme le rapport de la profondeur de l'eau d'aval (y_t) à l'épaisseur de la sortie de tuyère (b_o) a été paramétrée de 4 à 20. Des mesures détaillées de vitesse ont été conduites à l'aide d'un anémomètre laser Doppler. Les résultats confirment la présence de deux types distincts de champs d'écoulement : l'un qui se produit aux immersions faibles et l'autre à des immersions plus élevées (y_t/b_o = 8). Aux faibles immersions, les histogrammes de vitesse indiquent que le jet est initialement près du lit puis bascule vers la surface de l'eau, tandis qu'aux immersions plus élevées, aucun mouvement de chiquenaude de ce type n'a été observé. Aux immersions plus élevées, le point d'impact du jet sur le lit de sable était fortement instable. Le filtrage passe-bas des données de vitesse donnent d'autres détails de ces processus. Pour des états de l'eau d'aval correspondant à la gamme élevée d'immersion, la fréquence du mouvement du point d'impact tend à augmenter quand la profondeur de l'eau d'aval est réduite. En outre, les variations des profils d'affouillement et de vitesse ont été notées dans la région de monticule à travers la section transversale du canal. L'ampleur de ces variations s'est avérée dépendante du niveau de l'immersion. Dans un effort de clarification de certaines différences des caractéristiques d'affouillement notées dans des études antérieures, trois conditions différentes de démarrage d'essai ont été adoptées.%Experiments were carried out to study the scour of cohesionless soils by submerged plane turbulent wall jets. The Reynolds number based on the jet exit conditions was 32,500 and the densimetric Froude number was 6.2. Submergence, defined as the ratio of the tailwater depth (y_t) to nozzle exit thickness (b_o) was varied from 4 to 20. Detailed velocity measurements were conducted using a laser Doppler anemometer. The results confirm the presence of two distinct types of flow fields, one that occurs at lower submergences and the other at higher submergences (y_t/b_o ≥ 8). At low submergences, velocity histograms indicate that the jet is initially close to the bed and then flicks towards the water surface, whereas at the higher submergences, no such flicking movement was observed. At higher submergences, the jet impingement point on the sand bed was highly unsteady. Low pass filtering of the velocity data give further details of these processes. For tailwater conditions corresponding to the high submergence range, the frequency of motion of the impingement point tends to increase as the tailwater depth is reduced. Furthermore, variations in scour and velocity profiles were noted in the mound region across the flume cross-section.