[article] in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°3 (Mars 2004) . - 320-336 p. | Titre : | Shallow Water Wave Propagation in Convectively Accelerating Open-Channel Flow Induced by the Tailwater Effect | | Titre original : | Propagation peu Profonde de Vague de l'Eau en Accélérant Convecteur l'Ecoulement Ouvert de la Manche Induit par l'Effet de l'Eau d'Aval | | Type de document : | texte imprimé | | Auteurs : | Tsai, Christina W., Auteur ; Wang, Keh-Han, Editeur scientifique ; Yen, Ben C., Auteur ; Chow, V. T., Auteur | | Article en page(s) : | 320-336 p. | | Note générale : | Génie Mécanique | | Langues : | Anglais (eng) | | Mots-clés : | Hydraulics Tailwater Flow resistance Open channel flow Shallow water Wave propagation Hydraulique Eau d'aval Résiatance d'écoulement Ecoulement ouvert de canal Eau peu profonde Propagation de vague | | Index. décimale : | 621.34/624 | | Résumé : | Propagation of shallow water waves in viscous open-channel flows that are convectively accelerating or decelerating under gradually varying water surface profiles is theoretically investigated. Issues related to the hydrodynamics of wave propagation in a rectangular open channel are studied: the effect of viscosity in terms of the Manning coefficient; the effect of gravity in terms of the Froude number; wave translation and attenuation characteristics; nonlinearity and wave shock; the role of tailwater in wave propagation; and free surface instability. A uniformly valid nonlinear solution to describe the unsteady gradually varying flow throughout the complete wave propagation domain at and away from the kinematic wave shock as well as near the downstream boundary that exhibits the tailwater effect is derived by employing the matched asymptotic method. Different scenarios of hydraulically spatially varying surface profiles such as M1, M2, and S1 type profiles are discussed. Results from the nonlinear wave analysis are further interpreted and the influence of the tailwater effect is identified. In addition to the nonlinear wave analysis, a linear stability analysis is introduced to quantify the impact from such water surface profiles on the free surface instability. It is shown that the asymptotic flow structure is composed of three distinct regions: an outer region that is driven by gravity and channel resistance; a near wave shock region dominated by the convective inertia, pressure gradient, gravity and channel resistance; and a downstream boundary impact region where the convective inertia, pressure gradient, gravity and channel resistance terms are of importance. The tailwater effect is demonstrated influential to the flow structure, free surface stability, wave transmission mechanism, and hydrostatic pressure gradient in flow.
La Propagation des vagues peu profondes de l'eau dans les écoulements ouverts visqueux de canal qui sont convecteur accélérants ou ralentissants sous des profils extérieurs graduellement variables de l'eau est théoriquement étudiée. Les issues se sont reliées à la dynamique hydraulique de la propagation de vague dans un canal ouvert rectangulaire sont étudiées : l'effet de la viscosité en termes de coefficient équipant ; l'effet de la pesanteur en termes de nombre de Froude ; caractéristiques de traduction et d'atténuation de vague ; non linéarités et choc de vague ; le rôle de l'eau de queue dans la propagation de vague ; et instabilité extérieure libre. Une solution non-linéaire uniformément valide pour décrire l'écoulement graduellement variable instable dans tout le domaine complet de propagation de vague et loin derrière le choc cinématique de vague comme près vers le bas de la frontière de jet qui montre l'effet de l'eau d'aval est dérivé en utilisant la méthode asymptotique assortie. Différents scénarios des profils extérieurs hydrauliquement dans l'espace variables tels que M1, m2, et S1 le type profils sont discutés. Des résultats de l'analyse non linéaire de vague sont encore interprétés et l'influence de l'effet de l'eau d'aval est identifiée. En plus de l'analyse non linéaire de vague, une analyse linéaire de stabilité est présentée pour mesurer l'impact de tels profils de surface de l'eau sur l'instabilité extérieure libre. On lui montre que la structure asymptotique d'écoulement se compose de trois régions distinctes : une région externe qui est conduite par résistance de pesanteur et de canal ; une région proche de choc de vague a dominé par l'inertie, le gradient de pression, la pesanteur et la résistance convecteurs de canal ; et une région descendant d'impact de frontière où l'inertie, le gradient de pression, la pesanteur et les limites convecteurs de résistance de canal sont d'importance. L'effet de l'eau d'aval est influent démontré à la structure d'écoulement, à la stabilité extérieure libre, au mécanisme de transmission de vague, et au gradient hydrostatique de pression dans l'écoulement.
| | En ligne : | ctsai4@eng.buffalo.edu |
[article] Shallow Water Wave Propagation in Convectively Accelerating Open-Channel Flow Induced by the Tailwater Effect = Propagation peu Profonde de Vague de l'Eau en Accélérant Convecteur l'Ecoulement Ouvert de la Manche Induit par l'Effet de l'Eau d'Aval [texte imprimé] / Tsai, Christina W., Auteur ; Wang, Keh-Han, Editeur scientifique ; Yen, Ben C., Auteur ; Chow, V. T., Auteur . - 320-336 p. Génie Mécanique Langues : Anglais ( eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°3 (Mars 2004) . - 320-336 p. | Mots-clés : | Hydraulics Tailwater Flow resistance Open channel flow Shallow water Wave propagation Hydraulique Eau d'aval Résiatance d'écoulement Ecoulement ouvert de canal Eau peu profonde Propagation de vague | | Index. décimale : | 621.34/624 | | Résumé : | Propagation of shallow water waves in viscous open-channel flows that are convectively accelerating or decelerating under gradually varying water surface profiles is theoretically investigated. Issues related to the hydrodynamics of wave propagation in a rectangular open channel are studied: the effect of viscosity in terms of the Manning coefficient; the effect of gravity in terms of the Froude number; wave translation and attenuation characteristics; nonlinearity and wave shock; the role of tailwater in wave propagation; and free surface instability. A uniformly valid nonlinear solution to describe the unsteady gradually varying flow throughout the complete wave propagation domain at and away from the kinematic wave shock as well as near the downstream boundary that exhibits the tailwater effect is derived by employing the matched asymptotic method. Different scenarios of hydraulically spatially varying surface profiles such as M1, M2, and S1 type profiles are discussed. Results from the nonlinear wave analysis are further interpreted and the influence of the tailwater effect is identified. In addition to the nonlinear wave analysis, a linear stability analysis is introduced to quantify the impact from such water surface profiles on the free surface instability. It is shown that the asymptotic flow structure is composed of three distinct regions: an outer region that is driven by gravity and channel resistance; a near wave shock region dominated by the convective inertia, pressure gradient, gravity and channel resistance; and a downstream boundary impact region where the convective inertia, pressure gradient, gravity and channel resistance terms are of importance. The tailwater effect is demonstrated influential to the flow structure, free surface stability, wave transmission mechanism, and hydrostatic pressure gradient in flow.
La Propagation des vagues peu profondes de l'eau dans les écoulements ouverts visqueux de canal qui sont convecteur accélérants ou ralentissants sous des profils extérieurs graduellement variables de l'eau est théoriquement étudiée. Les issues se sont reliées à la dynamique hydraulique de la propagation de vague dans un canal ouvert rectangulaire sont étudiées : l'effet de la viscosité en termes de coefficient équipant ; l'effet de la pesanteur en termes de nombre de Froude ; caractéristiques de traduction et d'atténuation de vague ; non linéarités et choc de vague ; le rôle de l'eau de queue dans la propagation de vague ; et instabilité extérieure libre. Une solution non-linéaire uniformément valide pour décrire l'écoulement graduellement variable instable dans tout le domaine complet de propagation de vague et loin derrière le choc cinématique de vague comme près vers le bas de la frontière de jet qui montre l'effet de l'eau d'aval est dérivé en utilisant la méthode asymptotique assortie. Différents scénarios des profils extérieurs hydrauliquement dans l'espace variables tels que M1, m2, et S1 le type profils sont discutés. Des résultats de l'analyse non linéaire de vague sont encore interprétés et l'influence de l'effet de l'eau d'aval est identifiée. En plus de l'analyse non linéaire de vague, une analyse linéaire de stabilité est présentée pour mesurer l'impact de tels profils de surface de l'eau sur l'instabilité extérieure libre. On lui montre que la structure asymptotique d'écoulement se compose de trois régions distinctes : une région externe qui est conduite par résistance de pesanteur et de canal ; une région proche de choc de vague a dominé par l'inertie, le gradient de pression, la pesanteur et la résistance convecteurs de canal ; et une région descendant d'impact de frontière où l'inertie, le gradient de pression, la pesanteur et les limites convecteurs de résistance de canal sont d'importance. L'effet de l'eau d'aval est influent démontré à la structure d'écoulement, à la stabilité extérieure libre, au mécanisme de transmission de vague, et au gradient hydrostatique de pression dans l'écoulement.
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