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Auteur Marcelo H. Garcia
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Affiner la rechercheAnalysis of plunging phenomena / Albert Dai in Journal of hydraulic research, Vol. 47 N° 5 (2009)
in Journal of hydraulic research > Vol. 47 N° 5 (2009) . - pp. 638-642
Titre : Analysis of plunging phenomena Titre original : Analyse des phénomènes de plongée Type de document : texte imprimé Auteurs : Albert Dai, Auteur ; Marcelo H. Garcia, Auteur Article en page(s) : pp. 638-642 Note générale : Hydraulique
Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Density flows Gravity currents Initial mixing coefficient Plunge condition Plunging flows 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 : A dense inflow from a river into a lake or reservoir initiates gravity currents through a plunging process with intense mixing. The classic two-control-volume theory for the analysis of plunging phenomena has been recently corrected. In particular, the design of one of the two control volumes does not follow physical principles and has undesirable implications. Herein, a generalized theoretical framework is developed for the analysis of plunging flows. Two general cases are considered to clarify the effects of the bottom slope and the inflow densimetric Froude number on the plunge condition. It is demonstrated that the relations between the dimensionless parameters characterizing the plunging phenomena in these two cases are generically different. The present theory is compared with the two-control-volume theory, the latter of which only partially explains the influence of the inflow densimetric Froude number. Good agreement between the present theory and reported data is found.
L'arrivée dense d'une rivière dans un lac ou un réservoir engendre des courants de densité par un processus de plongée avec un mélange intense. La théorie classique de deux volumes de contrôle pour l'analyse des phénomènes de plongées a été récemment corrigée. En particulier, la conception de l'un des deux volumes de contrôle ne suit pas les principes physiques et a des conséquences indésirables. Ici, un cadre théorique généralisé est conçu pour l'analyse des courants de plongée. Deux cas généraux sont considérés pour clarifier les effets de la pente du fond et le nombre de Froude densimétrique de l'affluent sur la condition de plongée. Il est démontré que les relations entre les paramètres sans dimension caractérisant les phénomènes de plongées dans ces deux cas sont différentes de façon générique. La théorie actuelle est comparée avec la théorie des deux volumes de contrôle, la dernière explique seulement partiellement l'influence du nombre de Froude densimétrique affluent. On trouve un bon d'accord entre la théorie actuelle et les données signalées.
DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.journalhydraulicresearch.com [article] Analysis of plunging phenomena = Analyse des phénomènes de plongée [texte imprimé] / Albert Dai, Auteur ; Marcelo H. Garcia, Auteur . - pp. 638-642.
Hydraulique
Langues : Anglais (eng)
in Journal of hydraulic research > Vol. 47 N° 5 (2009) . - pp. 638-642
Mots-clés : Density flows Gravity currents Initial mixing coefficient Plunge condition Plunging flows 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 : A dense inflow from a river into a lake or reservoir initiates gravity currents through a plunging process with intense mixing. The classic two-control-volume theory for the analysis of plunging phenomena has been recently corrected. In particular, the design of one of the two control volumes does not follow physical principles and has undesirable implications. Herein, a generalized theoretical framework is developed for the analysis of plunging flows. Two general cases are considered to clarify the effects of the bottom slope and the inflow densimetric Froude number on the plunge condition. It is demonstrated that the relations between the dimensionless parameters characterizing the plunging phenomena in these two cases are generically different. The present theory is compared with the two-control-volume theory, the latter of which only partially explains the influence of the inflow densimetric Froude number. Good agreement between the present theory and reported data is found.
L'arrivée dense d'une rivière dans un lac ou un réservoir engendre des courants de densité par un processus de plongée avec un mélange intense. La théorie classique de deux volumes de contrôle pour l'analyse des phénomènes de plongées a été récemment corrigée. En particulier, la conception de l'un des deux volumes de contrôle ne suit pas les principes physiques et a des conséquences indésirables. Ici, un cadre théorique généralisé est conçu pour l'analyse des courants de plongée. Deux cas généraux sont considérés pour clarifier les effets de la pente du fond et le nombre de Froude densimétrique de l'affluent sur la condition de plongée. Il est démontré que les relations entre les paramètres sans dimension caractérisant les phénomènes de plongées dans ces deux cas sont différentes de façon générique. La théorie actuelle est comparée avec la théorie des deux volumes de contrôle, la dernière explique seulement partiellement l'influence du nombre de Froude densimétrique affluent. On trouve un bon d'accord entre la théorie actuelle et les données signalées.
DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.journalhydraulicresearch.com
in Journal of engineering mechanics > Vol. 135 N° 7 (Juillet 2009) . - pp. 738-742
Titre : Buoyancy-driven flow in a two-story compartment Type de document : texte imprimé Auteurs : Albert Dai, Auteur ; Marcelo H. Garcia, Auteur Article en page(s) : pp. 738-742 Note générale : Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Buoyancy Ventilation Fluid flow. Résumé : In this study we develop a theoretical model for the buoyancy-driven flow in a two-story compartment. In particular, the influence of the vent area (A*/H2) and the upper story height (beta) on the evolution of the “first front” is presented. We note that the steady-state thickness (h-tilde1s;h-tilde1s,m) of the buoyant fluid accumulated on the ceiling in the lower story and the filling time for the upper story decrease as the vent area increases. Before the upper story is fully filled, the flow may become “stack driven” by the buoyant fluid in the upper story. For sufficiently high upper story and large vent area, the buoyant fluid in the lower story can be completely drained. The upper story serves as a “buffer zone” which helps to reduce the accumulated buoyant fluid in the lower story.
DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JENMDT000 [...] [article] Buoyancy-driven flow in a two-story compartment [texte imprimé] / Albert Dai, Auteur ; Marcelo H. Garcia, Auteur . - pp. 738-742.
Mécanique appliquée
Langues : Anglais (eng)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 135 N° 7 (Juillet 2009) . - pp. 738-742
Mots-clés : Buoyancy Ventilation Fluid flow. Résumé : In this study we develop a theoretical model for the buoyancy-driven flow in a two-story compartment. In particular, the influence of the vent area (A*/H2) and the upper story height (beta) on the evolution of the “first front” is presented. We note that the steady-state thickness (h-tilde1s;h-tilde1s,m) of the buoyant fluid accumulated on the ceiling in the lower story and the filling time for the upper story decrease as the vent area increases. Before the upper story is fully filled, the flow may become “stack driven” by the buoyant fluid in the upper story. For sufficiently high upper story and large vent area, the buoyant fluid in the lower story can be completely drained. The upper story serves as a “buffer zone” which helps to reduce the accumulated buoyant fluid in the lower story.
DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JENMDT000 [...]
in Journal of hydraulic research > Vol. 46 n°3 (2008) . - pp. 322-333
Titre : Flow over bedforms in a large sand-bed river: a field investigation Titre original : Ecoulements sur des configurations de lits sableux de grands fleuves: investigation en nature Type de document : texte imprimé Auteurs : Robert R. Holmes, Auteur ; Marcelo H. Garcia, Auteur Article en page(s) : pp. 322-333 Note générale : Hydraulique
Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Acoustics ADCP ADV Bedform Field investigation Sand-bed river Velocity profiles 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 : An experimental field study of flows over bedforms was conducted on the Missouri River near St. Charles, Missouri. Detailed velocity data were collected under two different flow conditions along bedforms in this sand-bed river. The large river-scale data reflect flow characteristics similar to those of laboratory-scale flows, with flow separation occurring downstream of the bedform crest and flow reattachment on the stoss side of the next downstream bedform. Wave-like responses of the flow to the bedforms were detected, with the velocity decreasing throughout the flow depth over bedform troughs, and the velocity increasing over bedform crests. Local and spatially averaged velocity distributions were logarithmic for both datasets. The reach-wise spatially averaged vertical-velocity profile from the standard velocity-defect model was evaluated. The vertically averaged mean flow velocities for the velocity-defect model were within 5% of the measured values and estimated spatially averaged point velocities were within 10% for the upper 90% of the flow depth. The velocity-defect model, neglecting the wake function, was evaluated and found to estimate the vertically averaged mean velocity within 1% of the measured values.
Une étude expérimentale en nature des écoulements sur des formes de lit a été conduite sur le fleuve Missouri près de St. Charles, Missouri. Des données détaillées de vitesse ont été rassemblées dans deux conditions différentes d'écoulement le long des formes du lit dans ce fleuve sableux. Les données à l'échelle des grands fleuves reflètent des caractéristiques d'écoulement semblables à celles des écoulements en laboratoire, avec la séparation d'écoulement se produisant en aval de la crête de dune et le recollement de l'écoulement sur la face de la dune suivante Des réponses de sillage de l'écoulement aux dunes ont été détectées, avec la vitesse diminuant dans tout le tirant d'eau au-dessus des creux, et la vitesse augmentant au dessus des crêtes. Les distributions des vitesses moyennes locales et spatiales étaient logarithmiques pour les deux ensembles de données. L'écart du profil des vitesses moyennes dans l'espace ramené au modèle standard de défaut de vitesse a été évalué. Les vitesses moyennes verticales ramenées à une moyenne d'écoulement pour le modèle de défaut de vitesse étaient à moins de 5% des valeurs mesurées et les vitesses moyennes dans l'espace étaient à moins de 10% pour les 90% du tirant d'eau supérieur. Le modèle de défaut de vitesse, négligeant la fonction de sillage, a été évalué pour estimer la vitesse moyenne sur la verticale à moins de 1% des valeurs mesurées.
DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.journalhydraulicresearch.com [article] Flow over bedforms in a large sand-bed river: a field investigation = Ecoulements sur des configurations de lits sableux de grands fleuves: investigation en nature [texte imprimé] / Robert R. Holmes, Auteur ; Marcelo H. Garcia, Auteur . - pp. 322-333.
Hydraulique
Langues : Anglais (eng)
in Journal of hydraulic research > Vol. 46 n°3 (2008) . - pp. 322-333
Mots-clés : Acoustics ADCP ADV Bedform Field investigation Sand-bed river Velocity profiles 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 : An experimental field study of flows over bedforms was conducted on the Missouri River near St. Charles, Missouri. Detailed velocity data were collected under two different flow conditions along bedforms in this sand-bed river. The large river-scale data reflect flow characteristics similar to those of laboratory-scale flows, with flow separation occurring downstream of the bedform crest and flow reattachment on the stoss side of the next downstream bedform. Wave-like responses of the flow to the bedforms were detected, with the velocity decreasing throughout the flow depth over bedform troughs, and the velocity increasing over bedform crests. Local and spatially averaged velocity distributions were logarithmic for both datasets. The reach-wise spatially averaged vertical-velocity profile from the standard velocity-defect model was evaluated. The vertically averaged mean flow velocities for the velocity-defect model were within 5% of the measured values and estimated spatially averaged point velocities were within 10% for the upper 90% of the flow depth. The velocity-defect model, neglecting the wake function, was evaluated and found to estimate the vertically averaged mean velocity within 1% of the measured values.
Une étude expérimentale en nature des écoulements sur des formes de lit a été conduite sur le fleuve Missouri près de St. Charles, Missouri. Des données détaillées de vitesse ont été rassemblées dans deux conditions différentes d'écoulement le long des formes du lit dans ce fleuve sableux. Les données à l'échelle des grands fleuves reflètent des caractéristiques d'écoulement semblables à celles des écoulements en laboratoire, avec la séparation d'écoulement se produisant en aval de la crête de dune et le recollement de l'écoulement sur la face de la dune suivante Des réponses de sillage de l'écoulement aux dunes ont été détectées, avec la vitesse diminuant dans tout le tirant d'eau au-dessus des creux, et la vitesse augmentant au dessus des crêtes. Les distributions des vitesses moyennes locales et spatiales étaient logarithmiques pour les deux ensembles de données. L'écart du profil des vitesses moyennes dans l'espace ramené au modèle standard de défaut de vitesse a été évalué. Les vitesses moyennes verticales ramenées à une moyenne d'écoulement pour le modèle de défaut de vitesse étaient à moins de 5% des valeurs mesurées et les vitesses moyennes dans l'espace étaient à moins de 10% pour les 90% du tirant d'eau supérieur. Le modèle de défaut de vitesse, négligeant la fonction de sillage, a été évalué pour estimer la vitesse moyenne sur la verticale à moins de 1% des valeurs mesurées.
DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.journalhydraulicresearch.com
in Journal of hydraulic research > Vol. 47 N° 4 (2009) . - pp. 438-444
Titre : Friction coefficient for oscillatory flow: the rough-smooth turbulent transition Titre original : Coefficient de frottement d'un écoulement oscillant: transition turbulente rugueux-lisse Type de document : texte imprimé Auteurs : Francisco Pedocchi, Auteur ; Marcelo H. Garcia, Auteur Article en page(s) : pp. 438-444 Note générale : Hydraulique
Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Friction coefficient Friction factor Oscillatory layer Oscillatory flow Turbulent transition Wave 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 : Observations of turbulent, oscillatory boundary-layer flows show that the behavior of the friction coefficient in the transition from hydraulically rough to smooth regimes is not well captured by existing semi-empirical expressions obtained for unidirectional flows. A revised formulation for the friction coefficient for oscillatory flows is presented. Dimensional analysis and similarity methods are used to assess the dimensionless parameters governing the relation between the outer flow and the bottom shear stress. Further progress is made using analogies between oscillatory and unidirectional boundary layer flows, from which analytical expressions are calibrated. An expression for the phase lead between the maximum bed shear stress and the maximum free-stream velocity is obtained. An example describing the computational procedure needed to estimate the friction coefficient and phase lead using the new expressions is presented to show their practical application to both laboratory and field conditions.
Les observations des écoulements turbulents en couche limite oscillante montrent que le comportement du coefficient de frottement dans la transition entre les régimes hydrauliquement rugueux et lisses n'est pas correctement traduit par les expressions semi-empiriques existantes obtenues pour les écoulements continus. On présente ici une formulation de ce coefficient révisée pour les écoulements oscillants. L'analyse dimensionnelle et les méthodes de similitude sont utilisées pour évaluer les paramètres sans dimensions régissant la relation entre l'écoulement externe et l'effort de cisaillement au fond. Un progrès de plus est accompli grâce aux analogies entre les écoulements de couche limite oscillants et continus, à partir desquels des expressions analytiques sont calibrées. Une expression est obtenue pour le lien de phase entre l'effort de cisaillement maximum de lit et la vitesse maximum du courant libre. Un exemple décrivant la procédure informatique nécessaire pour estimer le coefficient de frottement et le lien de phase utilisant les nouvelles expressions est présenté pour montrer leur application aussi bien en laboratoire qu'en nature.
DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.journalhydraulicresearch.com [article] Friction coefficient for oscillatory flow: the rough-smooth turbulent transition = Coefficient de frottement d'un écoulement oscillant: transition turbulente rugueux-lisse [texte imprimé] / Francisco Pedocchi, Auteur ; Marcelo H. Garcia, Auteur . - pp. 438-444.
Hydraulique
Langues : Anglais (eng)
in Journal of hydraulic research > Vol. 47 N° 4 (2009) . - pp. 438-444
Mots-clés : Friction coefficient Friction factor Oscillatory layer Oscillatory flow Turbulent transition Wave 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 : Observations of turbulent, oscillatory boundary-layer flows show that the behavior of the friction coefficient in the transition from hydraulically rough to smooth regimes is not well captured by existing semi-empirical expressions obtained for unidirectional flows. A revised formulation for the friction coefficient for oscillatory flows is presented. Dimensional analysis and similarity methods are used to assess the dimensionless parameters governing the relation between the outer flow and the bottom shear stress. Further progress is made using analogies between oscillatory and unidirectional boundary layer flows, from which analytical expressions are calibrated. An expression for the phase lead between the maximum bed shear stress and the maximum free-stream velocity is obtained. An example describing the computational procedure needed to estimate the friction coefficient and phase lead using the new expressions is presented to show their practical application to both laboratory and field conditions.
Les observations des écoulements turbulents en couche limite oscillante montrent que le comportement du coefficient de frottement dans la transition entre les régimes hydrauliquement rugueux et lisses n'est pas correctement traduit par les expressions semi-empiriques existantes obtenues pour les écoulements continus. On présente ici une formulation de ce coefficient révisée pour les écoulements oscillants. L'analyse dimensionnelle et les méthodes de similitude sont utilisées pour évaluer les paramètres sans dimensions régissant la relation entre l'écoulement externe et l'effort de cisaillement au fond. Un progrès de plus est accompli grâce aux analogies entre les écoulements de couche limite oscillants et continus, à partir desquels des expressions analytiques sont calibrées. Une expression est obtenue pour le lien de phase entre l'effort de cisaillement maximum de lit et la vitesse maximum du courant libre. Un exemple décrivant la procédure informatique nécessaire pour estimer le coefficient de frottement et le lien de phase utilisant les nouvelles expressions est présenté pour montrer leur application aussi bien en laboratoire qu'en nature.
DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.journalhydraulicresearch.com
in Journal of hydraulic research > Vol. 46 n°4 (2008) . - pp. 454-465
Titre : Laboratory measurements of 3-D flow patterns and turbulence in straight open channel with rough bed Titre original : Mesures en laboratoire des configurations et de la turbulence des écoulements 3-D en canal ouvert avec lit rugueux Type de document : texte imprimé Auteurs : José F. Rodriguez, Auteur ; Marcelo H. Garcia, Auteur Article en page(s) : pp. 454-465 Note générale : Hydraulique
Résumé en FrançaisLangues : Anglais (eng) Mots-clés : Laboratory experiments Rough bed Secondary circulation Straight open channels Turbulence 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 : Laboratory experiments have been carried out in order to study secondary circulation and flow variability in straight open channel flows over a rough bed. 3D flow velocities and turbulence characteristics were measured using a micro Acoustic Doppler Velocimeter. Two flow conditions were analyzed, with aspect ratios b/h (width over depth) of 8.5 and 6.3, respectively. These two cases cannot be classified in principle as narrow (b/h < 5) or wide (b/h > 10) channel flows, but exhibited well defined secondary flows in the whole cross section. Bed shear stresses and turbulence patterns were consistent with the secondary flow cellular circulation. These results contradict the general perception that secondary circulation cells die out at a distance of b > 2.5h from the walls. The behavior was attributed to the bed roughness (ks/h ~ 0.1) and to the difference in roughness between bed and walls, the latter being much smoother. The results allowed for quantification of hydrodynamic variability in terms of secondary velocities (5% of mean flow velocity), cores of high streamwise velocities (10% higher than surrounding flow) and bed shear stress (20% oscillation with respect to cross sectional averaged value). All these patterns are consistent with the very few results reported in the literature for similar roughness conditions. These results can be used to assess the background flow conditions existing in a straight channel with a plane bed, before the addition of pools and riffles as part of a restoration strategy for streams that have been channelized and do not present the flow variability needed to enhance habitat conditions.
DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.journalhydraulicresearch.com [article] Laboratory measurements of 3-D flow patterns and turbulence in straight open channel with rough bed = Mesures en laboratoire des configurations et de la turbulence des écoulements 3-D en canal ouvert avec lit rugueux [texte imprimé] / José F. Rodriguez, Auteur ; Marcelo H. Garcia, Auteur . - pp. 454-465.
Hydraulique
Résumé en Français
Langues : Anglais (eng)
in Journal of hydraulic research > Vol. 46 n°4 (2008) . - pp. 454-465
Mots-clés : Laboratory experiments Rough bed Secondary circulation Straight open channels Turbulence 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 : Laboratory experiments have been carried out in order to study secondary circulation and flow variability in straight open channel flows over a rough bed. 3D flow velocities and turbulence characteristics were measured using a micro Acoustic Doppler Velocimeter. Two flow conditions were analyzed, with aspect ratios b/h (width over depth) of 8.5 and 6.3, respectively. These two cases cannot be classified in principle as narrow (b/h < 5) or wide (b/h > 10) channel flows, but exhibited well defined secondary flows in the whole cross section. Bed shear stresses and turbulence patterns were consistent with the secondary flow cellular circulation. These results contradict the general perception that secondary circulation cells die out at a distance of b > 2.5h from the walls. The behavior was attributed to the bed roughness (ks/h ~ 0.1) and to the difference in roughness between bed and walls, the latter being much smoother. The results allowed for quantification of hydrodynamic variability in terms of secondary velocities (5% of mean flow velocity), cores of high streamwise velocities (10% higher than surrounding flow) and bed shear stress (20% oscillation with respect to cross sectional averaged value). All these patterns are consistent with the very few results reported in the literature for similar roughness conditions. These results can be used to assess the background flow conditions existing in a straight channel with a plane bed, before the addition of pools and riffles as part of a restoration strategy for streams that have been channelized and do not present the flow variability needed to enhance habitat conditions.
DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.journalhydraulicresearch.com
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