Scour due to a horizontal turbulent jet: Numerical and experimental investigation

摘要

In this paper both numerical and experimental investigations of local scour downstream of a sill followed by a rigid apron are presented. Nine laboratory experiments were carried out in clear water scour conditions, with different values of discharge. At the end of each run, velocity measurements both on the apron and on the scour hole were performed by ultrasonic Doppler velocimetry. A mathematical-numerical model was developed, simulating local scour downstream of a sill followed by an apron. The model uses information related both to the measured velocity fields and to the physical and mechanical properties of the sand constituting the mobile bed. The mathematical structure of the model consists of a second order partial differential parabolic equation whose unknown is the shape of the mobile bed. The numerical integration of this nonlinear equation, with suitable boundary conditions, is in agreement with the measured scour profiles at the end of the run. Upon comparing experimental and numerical data, a similar temporal evolution of the maximum scour depth is observed.%Cet article présente des recherches numériques et expérimentales sur l'affouillement local en aval d'un seuil prolongé par un tablier rigide. Neuf expériences de laboratoire ont été effectuées en eaux claires, avec des débits différents. À la fin de chaque essai, des mesures de vitesse sur le tablier et sur le trou affouillé ont été exécutées par vélocimétrie Doppler ultrasonique. Un modèle mathématique numérique a été développé, simulant l'affouillement local en aval d'un seuil prolongé par un tablier. Le modèle utilise à la fois l'information des champs de vitesses mesurées et les propriétés physiques et mécaniques du sable constituant le lit mobile. La structure mathématique du modèle se compose d'une équation parabolique aux dérivées partielles du second ordre dont l'inconnue est la forme du lit mobile. L'intégration numérique de cette équation non-linéaire, avec des conditions aux limites appropriées, est en accord avec les profils d'affouillement mesurés après les essais. La comparaison des données numériques et expérimentales, montre une évolution temporelle semblable de la profondeur maximum d'affouillement.