Experimente zu Dichte- und Trübungsströmungen: I. Bewegung des Kopfes

Zwei Serien von Experimenten wurden in einem 5 Meter langen, 50 cm tiefen und 15,4 cm breiten Lucitkanal durchgeführt. In der ersten Serie wurden salzige Dichteströmungen erzeugt, indem Salzlösungen mit konstanter Durchflussrate in den geneigten Kanal gepumpt wurden. In der zweiten Serie war der Kanal horizontal und Trübungsströmungen wurden durch das Freisetzen von Suspensionen aus Kunststoffperlen aus einem Kasten an einem Ende erzeugt. In beiden Serien von Experimenten bildete sich ein charakteristischer Kopf an der Front der Strömung. Es wurde festgestellt, dass die Bewegung des Kopfes in den Trübungsströmungsversuchen eng durch Gesetze beschrieben wurde, die von Keulegan (1958) für salzige Stöße entwickelt wurden. Es wird geschlossen, dass bestimmte Aspekte der Bewegung der Köpfe von Trübungsströmungen indirekt durch Experimente mit Dichteströmungen, die aus Tonsuspensionen oder Salzlösungen gebildet wurden, untersucht werden können. Die Salzlösungs-Experimente wurden entworfen, um den Einfluss der Bodenneigung auf die Bewegung der Köpfe von Dichteströmungen zu untersuchen. Es wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeit der Dichte- (und damit auch der Trübungs-) strömungsköpfe auf Neigungen bis zu 4 % adequat durch die Formel von Keulegan ausgedrückt wird, Formel: siehe Text, wobei v die Geschwindigkeit des Kopfes ist, Δρ die Differenz zwischen der Dichte der Strömung (ρ) und der des darüber liegenden Wassers, d² die Dicke des Kopfes und g die Erdbeschleunigung. Der numerische Koeffizient ist ungefähr konstant, kann jedoch leicht mit zunehmender Neigung ansteigen. Die Form der Gleichung unterscheidet sich erheblich von der Chézy-Gleichung, die zuvor für die Analyse der Bewegung von Trübungsströmungen verwendet wurde. Beobachtungen wurden auch hinsichtlich der Form des Kopfes und der Bewegung innerhalb und vor dem Kopf gemacht.