Subcritical open channel flows in four branch intersections

International audience[1] Subcritical flow in an intersection composed of four similar orthogonal channels has been studied experimentally in a configuration with two inflows and two outflows for a wide range of experimental conditions. The results have been used to develop a relationship between the incoming flow rates and the flow distribution in the two outlet channels, based on the conservation of discharge and momentum in the intersection, and suitable stage-discharge relationships for the downstream controls in the outflow channels. A final equation is provided by an empirical correlation for the outflow in one of the channels, based on the experimental data obtained from these experiments; this correlation agrees with all the available data to within 65%. It is shown how the resulting set of equations can be used to compute the discharge distribution in any similar intersection, given the incoming flow rates and some form of stage-discharge relationship for the outlet conditions

Characteristics of the recirculation cell pattern in a lateral cavity

River hydrodynamicsInteraction with structure

Interaction entre un écoulement à surface libre et un obstacle émergent : Étude expérimentale de la structure du tourbillon en fer à cheval.

La rencontre entre un écoulement à surface libre et un obstacle émergent est à l'origine d'une recirculation tri-dimensionnelle complexe appelée tourbillon en fer à cheval (TFC). Le comportement d'une telle structure lorsque qu'elle est confinée par la surface libre est mal connu. Il est proposé ici d'étudier la dynamique du TFC pour des hauteurs d'eau faibles en réalisant (i) une étude paramétrique, et (ii) une étude détaillée des régimes de fonctionnement du TFC grâce à des mesures PIV et à un algorithme de détection des points critiques

Ecoulement torrentiel autour d’un obstacle émergé

Les travaux présentés ici traitent de l’effet d’un obstacle émergé placé au sein d’un écoulement à surface libre en régime torrentiel. A l’amont de l’obstacle, deux structures d’écoulement principales sont observées : i) un ressaut hydraulique en surface et ii) un tourbillon en fer à cheval (TFC) sur le fond. Ces deux structures sont détachées à l’amont de l’obstacle. Deux types d’écoulement principaux sont observés. L’analyse dimensionnelle révèle que trois paramètres influent sur ces distances de détachement : les nombres de Froude et de Reynolds de l’écoulement amont, ainsi que le rapport entre la hauteur d’eau de l’écoulement amont et la taille caractéristique de l’obstacle. Pour des écoulements à fort nombres de Froude et de Reynolds, la distance de détachement du ressaut hydraulique est supérieure à celle du TFC alors que pour des écoulements à nombre de Froude plus faible, le détachement du TFC est supérieur. Nous montrons leurs influences en nous basant sur des mesures expérimentales obtenues dans une cuve à onde inclinable

Investigations on the Establishment of Uniform Flow in Compound Channel Flumes

Source: ICHE Conference Archive - https://mdi-de.baw.de/icheArchiv

Seiches in lateral cavities with simplified planform geometry : oscillation modes and synchronization with the vortex shedding

Lateral cavities adjacent to open-channel flows are dead zones located on one side of a main stream. With an approaching flow with a high (subcritical) Froude number, the free-surface of the dead-zone oscillates with high amplitudes and generates a so-called seiche. This configuration is reproduced in a rectangular cavity (with an interface length equal to the main stream channel width) in which the impact of the three dimensionless parameters (Froude number, dimensionless water depth, and geometrical aspect ratio) affecting the seiche is studied experimentally. For all configurations, a natural mode of the cavity is observed, this mode being either longitudinal or transverse, except in the case of a square cavity where bi-directional seiching occurs. Moreover, we show that while the approaching Froude number (0.55 < Fr < 0.7) and dimensionless water depth do not affect the oscillation mode, the selected natural mode is strongly dependent on the geometrical aspect ratio of the cavity. For narrow cavities (small [W+b]/b with W and b the cavity and channel widths, respectively), a longitudinal mode occurs while for wider cavities transverse modes occur, with an increasing number of nodes as the width of the cavity increases. Finally, measuring the time-resolved 2-dimensional field of free-surface deformation in the cavity and the adjacent main stream permits us to identify the vortices shed along the mixing layer at the cavity/main stream interface and thus to analyze the synchronization between the surface oscillation and vortex shedding (at the upstream edge) and impinging (at the downstream edge) processes

Discharge distribution in open-channel T-shape bifurcations: effect of a reduced side branch width

The primary challenge for river managers in handling open-channel bifurcations is the prediction of the discharge distribution to downstream branches. In this study, we aimed to summarize and complete the available database and empirical correlations for T-shape bifurcations at 90°, both in subcritical and transcritical flow regimes, in equal and reduced side branch width geometries. An experimental campaign generated a database of 668 new configurations in addition to 299 sets collected from the literature. The existing correlation for predicting the discharge distribution in the subcritical regime appears to be of limited agreement with these data, whereas a new empirical relationship significantly increases the accuracy and is useful for a side branch as narrow as a third of the main branch width. Regarding the free-recirculation transcritical regime, the present data validate the correlation proposed in 1967 for downstream branch ratios not tested by the authors. An approach was proposed to predict the flow discharge distribution for configurations without a priori knowledge of the flow regime

Bidirectional seiching in a rectangular, open channel, lateral cavity

Le travail présenté ici s'intéresse aux oscillations de surface libre de cavités latérales, c'est à dire des cavités horizontales à surface libre connectées sur un de leur côté à un écoulement permanent. Ce phénomène d'oscillation, appelé Seiching, est étudié expérimentalement, tout d'abord pour une cavité carrée, puis pour une cavité rectangulaire. Les oscillations de surface libre sont mesurées et, pour la cavité carrée, deux ondes stationnaires coexistantes apparaissent et sont chacune reconstruites en utilisant des méthodes d'analyse de signal. De plus, il apparaît que les fréquences d'oscillation correspondantes sont en bon accord avec les pics de fréquence du spectre de vitesse mesuré dans la couche de mélange. Finalement, pour la cavité rectangulaire l'onde stationnaire d'axe perpendiculaire à l'écoulement principal disparaît et une nouvelle onde d'axe longitudinal apparait dans la cavité

Experiments and 3D simulations of flow structures in junctions and their influence on location of flowmeters

International audienceOpen-channel junctions are common occurrences in sewer networks and flow rate measurement often occurs near these singularities. Local flow structures are 3-dimensional, impact on the representativeness of the local flow measurements and thus lead to deviations in the flow rate estimation. The present study aims i) to measure and simulate the flow pattern in a junction flow, ii) to analyze the impact of the junction on the velocity distribution according to the distance from the junction and thus iii) to evaluate the typical error derived from the computation of the flow rate close to the junction