낮은 각도의 모래 언덕 위의 난류 흐름에 대한 실험적 연구

많은 대규모 모래 바닥 충적 수로는 낮은 각도의 배면을 가진 언덕에 의해 지배되며, 이 각도는 종종 10° 미만으로, 물질 운반과 중요한 바닥 형태 조도의 생성에 중요한 역할을 합니다. 이러한 낮은 각도의 언덕은 그러한 수로에서 매우 흔하지만, 현재의 많은 언덕 유동 역학 모델은 영구적으로 분리된 흐름 영역을 생성하는 각도에서 미끄러지는 바닥 형태에 기반하고 있습니다. 현장에서 낮은 각도의 언덕과 관련된 흐름의 연구는 바닥 근처에서 매우 측정하기 어려운 경우가 많고, 이러한 바닥 형태 위의 난류의 본질을 정량화하기 어렵기 때문에 본질적으로 어렵습니다. 캐나다 프레이저 강의 프로토타입 언덕을 기반으로 한 낮은 각도 언덕 위의 흐름에 대한 상세한 스케일 모델 실험 연구의 결과는 수로와 현장 연구 간의 필요한 연계를 제공하며, 이들 바닥 형태와 관련된 매크로 난류의 기원을 문서화합니다. 낮은 각도 언덕 (최대 하부 배면 경사 = 14°) 위의 2차원 레이저 도플러 아네모미터 측정 결과는 언덕 형태가 난류 흐름에 지배적인 영향을 미치며, 낮은 배면에서 흐름 감속을 초래하고 위의 높은 속도 흐름과의 경계에서 전단 층의 간헐적인 형성을 초래함을 보여줍니다. 스케일 모델은 낮은 각도 언덕 위에서 영구 흐름 분리가 발생하지 않으며, 대신 흐름 반전의 간헐적인 작은 영역 (여기서 약 7%의 언덕 파장 길이)으로 대체된다는 것을 확인합니다. 이러한 간헐적 흐름 반전은 최대 4%의 시간 동안 존재할 수 있습니다. 낮은 배면에서 감속 및/또는 분리된 흐름의 이 작은 영역에서 생성된 전단 층은 언덕의 각도에서 흐름 분리에 의해 생성된 전단 층의 전형적인 속도 차보다 훨씬 작습니다. 낮은 각도 언덕과 관련된 난류 생성은 이 전단 층을 따라 생성된 난류에 의해 지배되며, 이는 이 지역에서 수평 및 수직 속도가 매우 가변적이고 큰 레이놀즈 응력을 발생시킵니다. 이러한 결과는 낮은 각도 언덕과 관련된 매크로 난류가 배면 흐름 확장 영역에서 설정된 속도 기울기로 인해 간헐적으로 분리되거나 전단 층이 생성됨에 의해 생성된다는 것을 보여줍니다. 스케일 모델에서의 속도 프로파일과 난류 구조 지도는 자연 모래 바닥 강에서의 낮은 각도 언덕에 대한 현장 측정과 합리적인 일치를 보입니다. 이러한 결과는 낮은 각도 언덕과 관련된 매크로 난류의 생성 및 물질 분산을 해석할 때, 종종 바닥 근처에서의 전단 층 행동의 시간적 진화와 간헐성을 고려할 필요성을 강조합니다.