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Turbulent flow and bed pressure within headcut scour holes due to plane reattached jets / Bennett, Sean J. in Journal of hydraulic research, Vol. 44 N°4 (2006) 

Public ISBD [article]  in Journal of hydraulic research > Vol. 44 N°4 (2006) . - 510-521 p. Titre : Turbulent flow and bed pressure within headcut scour holes due to plane reattached jets Titre original : Ecoulement turbulent et pression de lit dus au recollement de jets plans dans les affouillement avec tête de rigole (headcut) Type de document : texte imprimé Auteurs : Bennett, Sean J., Auteur ; Alonso, Carlos V., Auteur Article en page(s) : 510-521 p. Note générale : Hydraulique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Headcuts  Jets  Scour  Soil  erosion  Turbulence  Wall  pressure  Headcuts  Jet  Affouillement  Érosion  de  sol  Turbulence  Pression  de  mur Index. décimale : 627 Ingénierie des cours d'eau naturels, des ports, des rades et des cotes. Installations de navigation, de dragage, de récupération et de sauvetage. Barrages et centrales électriques hydrauliques Résumé : Soil erosion remains the principle cause of soil degradation worldwide, and the development and migration of headcuts in rills, crop furrows, and gullies can significantly increase soil losses on hillslopes, upland areas, and agricultural fields. Experiments were conducted to define the time-mean turbulent flow characteristics within fixed headcut scour holes typical of upland concentrated flows and to assess the distribution of these flow and pressure parameters for discrete areas of the scour hole domain. These data show that: (1) flow within headcut scour holes is analogous to plane turbulent reattached wall jets; (2) turbulence maxima are associated with the jet entry, recirculation eddies, and flow reattachment; (3) turbulent velocities are distributed asymmetrically about the free jet axis within the scour hole; (4) turbulent velocities associated with the reattached wall jet display good similarity collapse when scaled with the jet entry velocity; and (5) distributions of wall pressure near reattachment agree well with a similarity argument derived for impinging jets. This study supports the use and application of a jet impingement approach for modeling flow and soil erosion in upland concentrated flows due to headcut development and migration. Moreover, it is suggested that velocity-gradient shear, turbulent shear, and near-bed pressure gradients all are involved in soil erosion within headcut scour holes. L'érosion de sol demeure la cause de principe de la dégradation de sol dans le monde entier, et le développement et la migration des headcuts dans les ruisselets, les sillons de récolte, et des caniveaux peuvent de manière significative augmenter des pertes de sol sur des hillslopes, des secteurs de montagne, et des champs agricoles. Des expériences ont été entreprises pour définir temps-signifient des caractéristiques turbulentes d'écoulement dans les trous fixes de l'affouillement de headcut typiques des écoulements concentrés par montagne et pour évaluer la distribution des ces des paramètres d'écoulement et de pression pour des secteurs discrets du domaine d'affouillement. Ces données montrent cela : (1) l'écoulement dans les affouillement de headcut est analogue pour surfacer le mur rattaché turbulent en jet ; (2) des maximum de turbulence sont associés à l'entrée de jet, aux remous de recyclage, et au reattachment d'écoulement ; (3) des vitesses turbulentes sont distribuées asymétriquement autour de l'axe à jet libre dans l'affouillement ; (4) les vitesses turbulentes se sont associées au mur rattaché en jet le bon effondrement de similitude d'affichage une fois mesurées avec la vitesse d'entrée de jet ; et (5) les distributions de la pression de mur près du reattachment sont conformes bien à un argument de similitude dérivé pour empiéter en jet. Cette étude soutient l'utilisation et l'application d'une approche d'impact de jet pour modeler l'écoulement et l'érosion de sol dans des écoulements concentrés par montagne dus au développement et à la migration de headcut. D'ailleurs, on le suggère que le cisaillement de vitesse-gradient, le cisaillement turbulent, et les gradients tous de pression de proche-lit soient impliqués dans l'érosion de sol dans l'affouillement de headcut. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 RAMEAU : Turbulence En ligne : seanb@buffalo.edu [article] Turbulent flow and bed pressure within headcut scour holes due to plane reattached jets = Ecoulement turbulent et pression de lit dus au recollement de jets plans dans les affouillement avec tête de rigole (headcut) [texte imprimé] / Bennett, Sean J., Auteur ; Alonso, Carlos V., Auteur . - 510-521 p. Hydraulique Langues : Anglais (eng) in Journal of hydraulic research > Vol. 44 N°4 (2006) . - 510-521 p. Mots-clés : Headcuts  Jets  Scour  Soil  erosion  Turbulence  Wall  pressure  Headcuts  Jet  Affouillement  Érosion  de  sol  Turbulence  Pression  de  mur Index. décimale : 627 Ingénierie des cours d'eau naturels, des ports, des rades et des cotes. Installations de navigation, de dragage, de récupération et de sauvetage. Barrages et centrales électriques hydrauliques Résumé : Soil erosion remains the principle cause of soil degradation worldwide, and the development and migration of headcuts in rills, crop furrows, and gullies can significantly increase soil losses on hillslopes, upland areas, and agricultural fields. Experiments were conducted to define the time-mean turbulent flow characteristics within fixed headcut scour holes typical of upland concentrated flows and to assess the distribution of these flow and pressure parameters for discrete areas of the scour hole domain. These data show that: (1) flow within headcut scour holes is analogous to plane turbulent reattached wall jets; (2) turbulence maxima are associated with the jet entry, recirculation eddies, and flow reattachment; (3) turbulent velocities are distributed asymmetrically about the free jet axis within the scour hole; (4) turbulent velocities associated with the reattached wall jet display good similarity collapse when scaled with the jet entry velocity; and (5) distributions of wall pressure near reattachment agree well with a similarity argument derived for impinging jets. This study supports the use and application of a jet impingement approach for modeling flow and soil erosion in upland concentrated flows due to headcut development and migration. Moreover, it is suggested that velocity-gradient shear, turbulent shear, and near-bed pressure gradients all are involved in soil erosion within headcut scour holes. L'érosion de sol demeure la cause de principe de la dégradation de sol dans le monde entier, et le développement et la migration des headcuts dans les ruisselets, les sillons de récolte, et des caniveaux peuvent de manière significative augmenter des pertes de sol sur des hillslopes, des secteurs de montagne, et des champs agricoles. Des expériences ont été entreprises pour définir temps-signifient des caractéristiques turbulentes d'écoulement dans les trous fixes de l'affouillement de headcut typiques des écoulements concentrés par montagne et pour évaluer la distribution des ces des paramètres d'écoulement et de pression pour des secteurs discrets du domaine d'affouillement. Ces données montrent cela : (1) l'écoulement dans les affouillement de headcut est analogue pour surfacer le mur rattaché turbulent en jet ; (2) des maximum de turbulence sont associés à l'entrée de jet, aux remous de recyclage, et au reattachment d'écoulement ; (3) des vitesses turbulentes sont distribuées asymétriquement autour de l'axe à jet libre dans l'affouillement ; (4) les vitesses turbulentes se sont associées au mur rattaché en jet le bon effondrement de similitude d'affichage une fois mesurées avec la vitesse d'entrée de jet ; et (5) les distributions de la pression de mur près du reattachment sont conformes bien à un argument de similitude dérivé pour empiéter en jet. Cette étude soutient l'utilisation et l'application d'une approche d'impact de jet pour modeler l'écoulement et l'érosion de sol dans des écoulements concentrés par montagne dus au développement et à la migration de headcut. D'ailleurs, on le suggère que le cisaillement de vitesse-gradient, le cisaillement turbulent, et les gradients tous de pression de proche-lit soient impliqués dans l'érosion de sol dans l'affouillement de headcut. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 RAMEAU : Turbulence En ligne : seanb@buffalo.edu