Name: visualizing hyporheic flow through bedforms using dye experiments and simulation
Uploaded: 2015-11-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 49 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Visualizing Hyporheic Flow Through Bedforms Using Dye Experiments and Simulation at JoVE.com

This material is based upon work supported by National Science Foundation grants EAR-0810270, EAR-1215898, and EAR-1344280, as well as an&#160;NSF Graduate Research Fellowship.

1. Simülasyon Yazılımı <ol><li> Bu bölümde tarif edilen yazılım kullanın. <ol><li> (: Mevcut özgür / açık kaynak kodlu multi-ajan modelleme dili ve simülasyon platformu, NetLogo indirin ve yükleyin <a href="http://ccl.northwestern.edu/netlogo/">http://ccl.northwestern.edu/netlogo/,</a> sürüm 5.1 veya üstü). Not: Bu yazılım hiçbir ücret ödemeden mevcuttur ve tüm önemli işletim sistemleri (Windows / Mac / Linux) üzerinde çalışır. </li><li> Bu laboratuvar prosedürü eşlik iki özel simülasyon komut dosyalarını (mousedrop.nlogo ve interface.nlogo) indirin. (Available: <a href="http://modelingcommons.org/browse/one_model/4259">http://modelingcommons.org/browse/one_model/4259</a> and <a href="http://modelingcommons.org/browse/one_model/4258">http://modelingcommons.org/browse/one_model/4258</a> ) Not: simülasyon platformu yüklenir ve bu dosyalar indirildiğinde, çift tıklatarak bu dosyaları otomatik olarak açar tO çalışmaya hazır, yukarı simülasyonları. </li></ol></li></ol> 2. Flume Gösteri <ol><li> Tüm parametreler (Tablo 1) mousedrop simülasyon parametre aralığı kısıtlamaları dahilinde, böylece laboratuar oluklu ayarlayın. Not: sürgü düzenleyerek fiziksel sistem için gerekirse kısıtlar, mousedrop ayarlanabilir. <ol><li> Kanalet içine kum yaklaşık 15-25 cm bir tabaka dökün. Tedbir ve standart yöntemler 32,33 aşağıdaki kum, hidrolik iletkenlik ve gözenekliliği kaydedin. </li><li> Suyun yaklaşık 20-30 cm oluklu doldurun. </li><li> Oluklu başlatın ve yatak oluşumları oluşturmak için ve böylece kum taneciklerinin taşımak için yeterince hızlı bir seviyeye akış hızını artırır. Not: akış hızı daha başka bir tecrübesine sediment özelliklerini geliştirmek için ayarlanabilir. Yatak oluşum boyutları akış oranı, derinlik ve kum özelliklerinin bir sonucudur. </li><li> Yatak oluşumları fo geliştirmeye olanak sağlarr 12-24 saat doğal dune / dalgalanma morfolojisi oluşturmak için. El, bu süreci hızlandırmak düzenli tepeleri şekil ve ardından 4-12 saat sediment taşınımı izin vermek için. Seçenek olarak ise, muntazam üçgen tepeleri oluşturur. Not: Düzenli üçgen tepeleri hyporheic değişim düzenli kalıplarını verecektir, ancak doğal kumul / dalgalanma yatak oluşumları kadar karmaşıklık göstermez. </li><li> İstenilen yatak oluşumları ulaşıldığında yatak sediman taşıma yavaşlatır ve sediment özellikleri değişen durdurana kadar, su debisini azaltır. <ol><li> Görme yatağını içeren sediment tanelerinin hareketini gözlemlemek ve hareket sona erene kadar akışını azaltmak. Not: Bu deney süresince yatak morfolojisi koruyacaktır. </li><li> O yavaş epizodik hareketi meydana gelmiyor onaylamak işareti veya fotoğraf sediment pozisyonları ve ardından daha sonraki bir zamanda gözlemlemek. Bu yatak oluşumları deney zaman çerçevesi içinde önemli ölçüde hareket etmiyor sadece önemli olduğunu, böylece sağlar Not:yeterli bir gözlem süresi yatak oluşumları kararlı olduğunu onaylayın. </li></ol></li><li> Indirgenmiş akış hızının altında üniforma akışını sağlamak için oluklu eğim ve / veya su derinliğini ayarlayın. <ol><li> Ekipmanları ile kontrol kanalı yamaç kanalet, tipik bir motorlu jack veya el-krank ya içine inşa edilmiştir. Ekleme veya oluklu su çıkararak suyun derinliğini ayarlayın. Not: Burada kullanılan deney düzeneği, tüm oluklu alt ucunda bir mil üzerine monte edilir ve eğim üst baş ucunda bir motorlu kriko tarafından ayarlanır. </li><li> Pompa çalışırken, kanalet dibine dik çizgilerle işaretlenmiş iki uzunlamasına yerleri seçin. Bu lokasyonda, su yüzeyi ve oluklu alt kısmı arasında, bu dik çizgiler boyunca mesafeyi ölçmek için bir cetvel kullanımı. Not: flume kurulumuna bağlı olarak, kanalet alt kanalet alt daha iyi bir eğimli referans çizgisi olarak hizmet edebilir. Bir LAR seçmeger boyuna mesafe daha fazla doğruluk verecektir. </li><li> Dikey mesafe ölçümleri üniforma akışını sağlamak için aynı olana kadar kanalet ve / veya su derinliği ve yeniden ölçü eğimini ayarlayın. Bu iki boyuna yerleri arasında kanalet alt kısmı boyunca eğimli yatay mesafeyi ölçün. </li></ol></li><li> Pompayı durdurun ve hareketli durdurmak su için beklemek; Bu bir yüzey sağlayacaktır. Her uzunlamasına konumda oluklu üst ve su yüzeyi arasındaki mesafeyi yeniden ölçülür. Not: Kanal eğimi aralarındaki eğimli yatay mesafe bölü Bu ölçümler arasındaki fark, eşittir. </li><li> Pompayı yeniden başlatın. </li><li> Kumullar düzenli desen oluşturmuşlardır kanalet orta veya alt ucuna yakın bir yerde olması gereken bir test bölümüne seçin. Bu bölümde en az bir tam sediment kapsar emin olun. </li><li> Tedbir ve th ortalama sediment derinliği (D) kayıtHerhangi bir elle ölçüm vasiyetle e testi bölümü (saydam yöneticiler idealdir). Kolaylık olması açısından, flume altına bir kret ve çukur ortalama mesafeyi kullanın. </li><li> Tedbir ve bir cetvel ile bir çukur bir sorguç da sediman derinliği ve sediment derinliği arasındaki fark olarak tanımlanan deney bölümünde ortalama sediment yüksekliği, kayıt. Ortalama iyi bir tahmin elde etmek için birkaç yatak oluşumları ölçün. </li><li> Yine cetvel, ölçü kullanarak ve kum yatağına su yüzeyinden ortalama mesafe olarak tanımlanan deney bölümünde ortalama su derinliği (d), kaydedin. Yine, basitlik için dune tepe ve çukurların ortalama su derinliği kullanın. </li><li> Debimetre kanal debi (Q) kaydedin ve w kanalet genişliği d su derinliği Q / (d * w), ortalama hız hesaplayın. NOT: akış ölçer oluklu bir tekrar-sirkülasyon döngüsü içine sokulur. </li><li> Tedbirve test bölümünde ortalama sediment dalga boyu kaydedin. Tipik olarak, ardışık kumul tepeleri arasındaki mesafe olarak dalga boyu ölçün. </li><li> (NetLogo platformda) Mousedrop simülasyon açın ve tüm ölçümler simülasyon kullanıcı arabiriminde belirtilen değişken aralıklarda olup olmadığını kontrol edin. Ölçülen parametre kısıtlaması aralığın dışında kalırsa, &quot;düzenle&quot; seçme ve min / max değerlerini ayarlayarak, parametre &quot;kaydırıcı&quot; sağ tıklayarak simülasyon parametre aralığını ayarlayın. </li></ol></li><li> Hyporheic alışverişini gözünüzde canlandırın. <ol><li> (Tercihen bir tripod üzerinde) sabit bir konuma kamerayı resimde merkezli deney bölümünde tek sediment ile kanalet duvara dik işaret etti. Not: Bu eğimli perspektif sorunları önlemek olacaktır. </li><li> Koşulları doğrulamak için bir test resim çekin. Yansımalar bir sorun varsa aydınlatma ayarlayın. </li><li> Şırınga ve iğne kullanılarak, 2-3 küçük boya i yapmakkanalet duvarına yakın njections. Bu enjeksiyonlar dikey ve yatay yerlerde çeşitli olarak renkli gözenek suyu ve ~ 2 cm yuvarlak yamalar oluştururlar emin olun. Enjeksiyon sırasında kum yatağına rahatsızlığı önlemek için dikkatli olun. Not: Boyanın küçük hacimleri enjeksiyonları kullanıcının daha fazla detay görmek ve bireysel dere yolları görüntülemek sağlar. </li><li> Boya enjeksiyonu başlama zamanını kaydedin ve ilk resmi çekin. İsteğe bağlı: Bu boya hareketi laboratuvarda kolaylıkla gözlemlenebilir, böylece şeffaflık kağıt üzerinde işaretleri ile ilk boya cephelerini iz eğitici olabilir, ancak bu ana hatları da resimlerdeki boya cephede küçük porsiyonlarda engeller, bu nedenle firmaların ticari vardır kapalı. </li><li> Uygun zaman aralıklarında boya cephesinin, pozisyonlar çeker. Zaman atlamalı fotoğraf için, pürüzsüz sonuçlar vermek için 30 sn aralıklarla kullanın. </li></ol></li></ol> 3. Simülasyon <ol><li> Mousedrop ve gözlenen boya taşıma ile karşılaştırmak: Simülasyon 1 çalıştırın.<ol><li> Mousedrop.nlogo adlı simülasyon komut açın. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53285/53285fig2.jpg" width="600" /> Şekil 2. Mousedrop. Bu izleyiciler zaman içinde 7 farklı durumlarda da nerede. Gösteren <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53285/53285fig2large.jpg" target="_blank">bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayınız.</a> </li><li> (: Lambda, BedformHeight, BedDepth, HydrCond, Porozite, ChannelVelocity, Derinlik ve Eğim özellikle) kanalet deneysel koşullarına uygun Tablo 1&#39;de fiziksel sistem parametrelerini ayarlayın. Giriş parametreleri girerken birimlere dikkat edin emin olun. </li><li> Simülasyon izleme rengi değişecektir zamanları belirtmek için sürgü vb Süresi1, Süresi2, ayarlayın. Gözlemlerle simülasyon sonuçlarının karşılaştırılmasını kolaylaştırmak amacıyla gözlem süreleri maç için bu renk değişiklikleri ayarlayın. Not: Zaman parametreleri tüm 0&#39;a ayarlı ise, simülasyon boyunca tek bir renk gösterecektir. </li><li> Tüm parametreler ayarlandıktan sonra, kurulum düğmesine tıklayın. Not: sediment simülasyon görünümünde görünmelidir. </li><li> Sanal izleyiciler başlangıç ​​yerleri göstermek için fare bırak düğmesini tıklatın. Yatakta birden çok yerde tıklandığında olabilir unutmayın. Daha fazla sanal izleyici serbest bırakmak için fareyi basılı tutun. Boya hareketini simüle zaman boya cepheleri (boya etrafında sınır) iz veya boyalı bölgenin tam alanı doldurmak için ya fareyi kullanın. Not: Daha fazla sanal izleyici Tanıtımı simülasyon daha yavaş çalışmasına neden olur. En iyi görsel sonuçlar bilgisayar performansı ile değişecektir. </li><li> Bir kez sanal izleyicilerin tüm konuldu, simülasyonu başlatmak ve daha sonra ilk kez durdurmak veya simul başlamak için go / durdurma düğmesine tıklayabilirsiniz dahaki sefere düğmesinin yanındaki Advance, tıklamalısınızsüresiz Ation. Do not Kurulum düğmesini yeniden tıklatın veya izleyiciler tekrar yerleştirilmelidir gerekecektir. Not: Simülasyon çalışmaya başlar sonra hız 100 simüle saniye hız alanına ve daha sonra yeni konumda hız hesaplanır göre Denklem 4 ve 5. tracer hareket simülasyon parametrelere dayalı her izleyicinin konumu için hesaplanır izleyici sistemini gidene kadar ve prosedür tekrarlanır. </li><li> İsteğe bağlı olarak, duraklatmak / simülasyon devam art arda go / durdurma düğmesine tıklayın. Zaman içinde farklı noktalarda simüle ve ölçülen boya dağılımları karşılaştırın. </li></ol></li><li> Run Simülasyon 2: Arayüz. <ol><li> Arayüz başlıklı komut açın. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53285/53285fig3.jpg" width="600" /> Şekil 3. Arayüz. Bu arayüz simülasyonu kullanarak yeraltı akan 370 izleyiciler gösterir. Izleyici paths yüzey su altı arayüzünde başlatıldığından beri her izleyici nerelere gittiğini gösterir. Sonunda tüm akış yolları yüzey suyuna geri dönmelidir. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53285/53285fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Not: Bu komut hesaplanan yeraltı hızları dayalı bir akı ağırlıklı bir şekilde dere yüzeyinde sanal izleyiciler tanıttı. Bu suyun nispi miktarları akan (ve dışı) farklı yerlerde dere bir görsel temsilini sağlar. </li><li> Go / durdurma, ardından kurulum tıklayarak başlayın. Not: Bu varsayılan ayarlarla simülasyon çalışacaktır. Yeniden açılan? Anahtarı başlangıçta kapalı konuma getirildiğinde, bu nedenle zaman geçtikçe kümülatif bekleme süresi dağılımı çizilen olacaktır. </li><li> Varsayılan parametreleri ile simülasyon gözlemledikten sonra simülasyon durdurmak için dur / go tıklayın. </li><li&gt; Bir veya daha fazla parametre değiştirme ve daha sonra go / durdurma, ardından kurulum tıklayın. Not: Bu seçilmiştir parametreleri ile simülasyon yeniden başlayacaktır. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Huettel, M., Webster, I. T., Bordeau, B. P., J&#248;rgensen, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Porewater flow in permeable sediments. In: The benthic boundary layer: Transport processes and biogeochemistry. , 144-179 (2001).</li><li>Bencala, K. E., Walters, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation+of+Solute+Transport+in+a+Mountain+Pool-and-Riffle+Stream+-+a+Transient+Storage+Model.">Simulation of Solute Transport in a Mountain Pool-and-Riffle Stream - a Transient Storage Model.</a> Water Resour Res. 19, 718-724 (1983).</li><li>Williams, D. D., Hynes, H. B. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Occurrence+of+Benthos+Deep+in+Substratum+of+a+Stream.">Occurrence of Benthos Deep in Substratum of a Stream.</a> Freshwater Biol. 4, 233-255 (1974).</li><li>Benner, S. G., Smart, E. W., Moore, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal+Behavior+during+Surface+Groundwater+Interaction,+Silver-Bow+Creek,+Montana.">Metal Behavior during Surface Groundwater Interaction, Silver-Bow Creek, Montana.</a> Environ Sci Technol. 29, 1789-1795 (1995).</li><li>Fuller, C. C., Harvey, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+uptake+of+trace+metals+in+the+hyporheic+zone+of+a+mining-contaminated+stream,+Pinal+Creek,+Arizona.">Reactive uptake of trace metals in the hyporheic zone of a mining-contaminated stream, Pinal Creek, Arizona.</a> Environ Sci Technol. 34, 1150-1155 (2000).</li><li>Jones, J. B., Mulholland, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Streams and Ground Waters. , (1999).</li><li>McKnight, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectrofluorometric+characterization+of+dissolved+organic+matter+for+indication+of+precursor+organic+material+and+aromaticity.">Spectrofluorometric characterization of dissolved organic matter for indication of precursor organic material and aromaticity.</a> Limnol Oceanogr. 46, 38-48 (2001).</li><li>Mulholland, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inter-biome+comparison+of+factors+controlling+stream+metabolism.">Inter-biome comparison of factors controlling stream metabolism.</a> Freshwater Biol. 46, 1503-1517 (2001).</li><li>Peterson, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+nitrogen+export+from+watersheds+by+headwater+streams.">Control of nitrogen export from watersheds by headwater streams.</a> Science. 292, 86-90 (2001).</li><li>Goolsby, D. A., Battaglin, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+changes+in+concentrations+and+flux+of+nitrogen+in+the+Mississippi+River+Basin,+USA.">Long-term changes in concentrations and flux of nitrogen in the Mississippi River Basin, USA.</a> Hydrol Process. 15, 1209-1226 (2001).</li><li>Rabalais, N. N., Smith, L. E., Harper, D. E., Justic, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+seasonal+hypoxia+on+continental+shelf+benthos.">Effects of seasonal hypoxia on continental shelf benthos.</a> Coast Est S. 58, 211-240 (2001).</li><li>Huettel, M., Gust, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+bioroughness+on+interfacial+solute+exchange+in+permeable+sediments.">Impact of bioroughness on interfacial solute exchange in permeable sediments.</a> Mar Ecol Prog Ser. 89, 253-267 (1992).</li><li>Cardenas, M. B., Wilson, J. L., Haggerty, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Residence+time+of+bedform-driven+hyporheic+exchange.">Residence time of bedform-driven hyporheic exchange.</a> Adv Water Resour. 31, 1382-1386 (2008).</li><li>Stonedahl, S. H., Harvey, J. W., Detty, J., Aubeneau, A., Packman, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+controls+and+predictability+of+stream+hyporheic+flow+evaluated+with+a+multiscale+model.">Physical controls and predictability of stream hyporheic flow evaluated with a multiscale model.</a> Water Resour Res. 48, (2012).</li><li>Stonedahl, S. H., Harvey, J. W., W&#246;rman, A., Salehin, M., Packman, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+multiscale+model+for+integrating+hyporheic+exchange+from+ripples+to+meanders.">A multiscale model for integrating hyporheic exchange from ripples to meanders.</a> Water Resour Res. 46, (2010).</li><li>W&#246;rman, A., Packman, A. I., Marklund, L., Harvey, J. W., Stone, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fractal+topography+and+subsurface+water+flows+from+fluvial+bedforms+to+the+continental+shield.">Fractal topography and subsurface water flows from fluvial bedforms to the continental shield.</a> Geophys Res Lett. 34, (2007).</li><li>Tonina, D., Buffington, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+three-dimensional+model+for+analyzing+the+effects+of+salmon+redds+on+hyporheic+exchange+and+egg+pocket+habitat.">A three-dimensional model for analyzing the effects of salmon redds on hyporheic exchange and egg pocket habitat.</a> Can J Fish Aquat Sci. 66, 2157-2173 (2009).</li><li>Elliott, A. H., Brooks, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transfer+of+nonsorbing+solutes+to+a+streambed+with+bed+forms:+Theory.">Transfer of nonsorbing solutes to a streambed with bed forms: Theory.</a> Water Resour Res. 33, 123-136 (1997).</li><li>Elliott, A. H., Brooks, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transfer+of+nonsorbing+solutes+to+a+streambed+with+bed+forms:+Laboratory+experiments.">Transfer of nonsorbing solutes to a streambed with bed forms: Laboratory experiments.</a> Water Resour Res. 33, 137-151 (1997).</li><li>W&#246;rman, A., Packman, A. I., Marklund, L., Harvey, J. W., Stone, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exact+three-dimensional+spectral+solution+to+surface-groundwater+interactions+with+arbitrary+surface+topography.">Exact three-dimensional spectral solution to surface-groundwater interactions with arbitrary surface topography.</a> Geophys Res Lett. 33, (2006).</li><li>Janssen, F., Cardenas, M. B., Sawyer, A. H., Dammrich, T., Krietsch, J., de Beer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+experimental+and+multiphysics+computational+fluid+dynamics+study+of+coupled+surface-subsurface+flow+in+bed+forms.">A comparative experimental and multiphysics computational fluid dynamics study of coupled surface-subsurface flow in bed forms.</a> Wat Resour Res. 48, (2012).</li><li>Shen, H. W., Fehlman, H. M., Mendoza, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bed+Form+Resistances+in+Open+Channel+Flows.">Bed Form Resistances in Open Channel Flows.</a> J Hydraul Eng-Asce. 116, 799-815 (1990).</li><li>Ma, J., Nickerson, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hands-on+simulated,+and+remote+laboratories:+A+comparative+literature+review.">Hands-on simulated, and remote laboratories: A comparative literature review.</a> Acm Comput Surv. 38, (2006).</li><li>Nersessian, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conceptual+change+in+science+and+in+science+education.">Conceptual change in science and in science education.</a> Synthese. 80, 163-183 (1989).</li><li>Magin, D., Kanapathipillai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+students'+understanding+of+the+role+of+experimentation.">Engineering students' understanding of the role of experimentation.</a> European Journal of Engineering Education. 25, 351-358 (2000).</li><li>Shin, D., Yoon, E. S., Lee, K. Y., Lee, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+web-based,+interactive+virtual+laboratory+system+for+unit+operations+and+process+systems+engineering+education:+issues,+design+and+implementation.">A web-based, interactive virtual laboratory system for unit operations and process systems engineering education: issues, design and implementation.</a> Comput Chem Eng. 26, 319-330 (2002).</li><li>Smith, P. R., Pollard, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Role+of+Computer-Simulations+in+Engineering-Education.">The Role of Computer-Simulations in Engineering-Education.</a> Comput Educ. 10, 335-340 (1986).</li><li>Gillet, D., Ngoc, A. V. N., Rekik, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Collaborative+web-based+experimentation+in+flexible+engineering+education.">Collaborative web-based experimentation in flexible engineering education.</a> Ieee T Educ. 48, 696-704 (2005).</li><li>Subramanian, R., Marsic, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ViBE:+Virtual+biology+experiments.">ViBE: Virtual biology experiments.</a> Proceedings of the 10th international conference on World Wide Web. , 316-325 (2001).</li><li>Blikstein, P., Fuhrmann, T., Greene, D., Salehi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bifocal+Modeling:+Mixing+Real+and+Virtual+Labs+for+Advanced+Science+Learning.">Bifocal Modeling: Mixing Real and Virtual Labs for Advanced Science Learning.</a> Proceedings of Idc 2012: The 11th International Conference on Interaction Design and Children. , 296-299 (2012).</li><li>Freeze, R. A., Cherry, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Groundwater. , (1979).</li><li>Todd, D. K., Mays, L. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Groundwater Hydrology. , (2005).</li><li>Box, G. E., Draper, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Empirical Model-Building and Response Surfaces. , (1987).</li><li>Flavell, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metacognition+and+cognitive+monitoring:+A+new+area+of+cognitive&#8211;developmental+inquiry.">Metacognition and cognitive monitoring: A new area of cognitive&#8211;developmental inquiry.</a> American Psychologist. 34, 906 (1979).</li><li>Bransford, J. D., Brown, A. L., Cocking, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> How People Learn. , (2000).</li><li>Pintrich, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+metacognitive+knowledge+in+learning,+teaching,+and+assessing.">The role of metacognitive knowledge in learning, teaching, and assessing.</a> Theor Pract. 41 (4), 219-225 (2002).</li><li>Zohar, A., Ben David, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paving+a+clear+path+in+a+thick+forest:+a+conceptual+analysis+of+a+metacognitive+component.">Paving a clear path in a thick forest: a conceptual analysis of a metacognitive component.</a> Metacogn Learn. 4, 177-195 (2009).</li><li>Fox, A., Boano, F., Arnon, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+losing+and+gaining+streamflow+conditions+on+hyporheic+exchange+fluxes+induced+by+dune-shaped+bed+forms.">Impact of losing and gaining streamflow conditions on hyporheic exchange fluxes induced by dune-shaped bed forms.</a> Water Resour Res. 50, 1895-1907 (2014).</li><li>Norman, F. A., Cardenas, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transport+in+hyporheic+zones+due+to+bedforms:+An+experimental+study.">Heat transport in hyporheic zones due to bedforms: An experimental study.</a> Water Resour Res. 50, 3568-3582 (2014).</li><li>Precht, E., Huettel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+wave-driven+advective+pore+water+exchange+in+a+permeable+coastal+sediment.">Rapid wave-driven advective pore water exchange in a permeable coastal sediment.</a> J Sea Res. 51, 93-107 (2004).</li><li>Salehin, M., Packman, A. I., Paradis, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyporheic+exchange+with+heterogeneous+streambeds:+Laboratory+experiments+and+modeling.">Hyporheic exchange with heterogeneous streambeds: Laboratory experiments and modeling.</a> Water Resour Res. 40, (2004).</li><li>Cardenas, M. B., Wilson, J. L., Zlotnik, V. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+heterogeneity,+bed+forms,+and+stream+curvature+on+subchannel+hyporheic+exchange.">Impact of heterogeneity, bed forms, and stream curvature on subchannel hyporheic exchange.</a> Water Resour Res. 40, (2004).</li><li>Sawyer, A. H., Cardenas, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyporheic+flow+and+residence+time+distributions+in+heterogeneous+cross-bedded+sediment.">Hyporheic flow and residence time distributions in heterogeneous cross-bedded sediment.</a> Water Resour Res. 45, (2009).</li><li>Boano, F., Camporeale, C., Revelli, R., Ridolfi, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sinuosity-driven+hyporheic+exchange+in+meandering+rivers.">Sinuosity-driven hyporheic exchange in meandering rivers.</a> Geophys Res Lett. 33, (2006).</li><li>Cardenas, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+for+lateral+hyporheic+flow+based+on+valley+slope+and+channel+sinuosity.">A model for lateral hyporheic flow based on valley slope and channel sinuosity.</a> Water Resour Res. 45, (2009).</li><li>Tonina, D., Buffington, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyporheic+exchange+in+gravel+bed+rivers+with+pool-riffle+morphology:+Laboratory+experiments+and+three-dimensional+modeling.">Hyporheic exchange in gravel bed rivers with pool-riffle morphology: Laboratory experiments and three-dimensional modeling.</a> Water Resour Res. 43, (2007).</li><li>Harbaugh, A. W., Banta, E. R., Hill, M. C., McDonald, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> MODFLOW-2000, the US Geological Survey modular ground-water model: User guide to modularization concepts and the ground-water flow process. , (2000).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Bağlantılı olarak, flume gösteri ve partikül izleme simülasyonları izleyicileri bir dizi için hyporheic akışına kapsamlı bir giriş sağlar. Her seviyeden katılımcılar yatak oluşumları tarafından uyarılan hyporheic değişim meydana, ve yatak oluşumları altında yeraltı akış yolları güçlü değişkenlik görsel kanıtlar mevcuttur. Bu prosedürler lisans veya K-12 öğrencileri için gözenek suyu akışının basit bir gösteri olarak kullanılabilir, ya da bir daha nehir hidroliği derinleme...

Yüzey suyu akımında hamle, nehir veya gelgit bölgesi olarak, içine ve sedimanlar 1 su dışarı götürmek baş gradyanlar oluşturur. Akarsu sistemlerinde bu değişim meydana dere sedimanlar kısmı hyporheic bölge 2,3 olarak bilinir. Birçok besin ve kirleticiler, saklanan tevdi veya hyporheic bölge 4-9 içinde dönüşür çünkü bu bölge çok önemlidir. Bir izleyici tortu harcadığı zaman miktarı kalma süresini denir. Hem kalış süreleri ve akış yollarının yerleri dönüşüm süreçlerini etkiler. Sediment akışını etkileyen süreçlerin daha iyi anlaşılması nehirlerde çözünen taşıma tahmin ve besin (örn kıyı hipoksi 10,11) gibi malzemelerin yayılması kaynaklanan büyük çevre sorunları çözmek için gereklidir. Hyporheic değişim önemli olmasına rağmen, genellikle hidrolojide ders programı açıklanmamış olan,Onların kurslara hyporheic alışverişi eklemek isteyen sıvısı vb mekaniği, hidrolik, Eğitimciler yararlı, bu süreci açıkça gösteren deneysel ve sayısal görselleştirme var bulabiliriz. Akış kanalı sinuosity, çevredeki yeraltı suyu seviyeleri ve dere topografi (yani, barlar, yatak oluşumları ve biyojenik höyük) Tüm değişen derecelerde 12-17 kadar hyporheic alışverişini etkiler. Bu çalışma böyle genellikle hyporheic akışı 14,15 etkileyen kilit jeomorfolojik özellikleri şunlardır tepeleri ve dalgalanmalar gibi yatak oluşumları, üzerinde duruldu. Biz yatak oluşumları düzenli dizi akışını görselleştirmek için bir sayısal simülasyon ve laboratuar deneyi yarattı. Bu simülasyon hyporheic akış yolları kolayca gözlemlenebilir sistem özellikleri 15,18-21 ilişkin daha önceki araştırmaların bir gövde dayanmaktadır. Bu araştırma simülasyonu için bilimsel bir arka plan oluşturur gibi, teorinin temel yönlerini kısa bir özeti izler. Yatak oluşum topografisi, t (x),ile elde edilir: Denklem 1: <img alt="Denklem 1" src="/files/ftp_upload/53285/53285eq1.jpg" /> H kez sediment genliği burada, k, dalga sayısı ve x, ortalama dere yüzeyine uzunlamasına boyutu paraleldir. Bu sediment topografya bir örnek, Şekil 1 &#39;de gösterilmiştir. <img alt="figür 1" src="/files/ftp_upload/53285/53285fig1.jpg" /> Şekil 1. Parametre tanımları ve ayarlar kullanıcı tarafından kontrol edilir. Interface, izleyici partikülleri su / sediman arayüzünde bir akı ağırlıklı biçimde yayımlanan ve sediment ile takip ettik. Show-yolları ise? Su izleyiciler işareti &quot;konulu&quot; Onlar, kendi yollarını gösteren edilmiştir nerede. Bir izleyici yüzey suyuna döndüğünde, bu t değiştirirbırak yeniden zaman o sistemdeki izleyiciler toplam sayısı? &quot;kapalı&quot; olarak ayarlanmış. Kümülatif bekleme süresi dağılımı arsa zamanın bir fonksiyonu olarak ilk sayısını tortu yatak kalan izleyicilerin sayısı oranı grafiğinin çizilmesiyle bu değişiklik gösterir. Yeniden açılan olur? O sistemi terk izleyiciler orijinal parçacıklar aynı akı ağırlıklı bir şekilde değiştirilir ve birikimli arsa devre dışı &quot;konulu&quot; dir. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53285/53285fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Parametre Adı </td><td> Birimler </td><td colspan="3"> Tanım </td><td> Arayüz </td><td> Mousedrop </td></tr><tr><td> Lambda (λ) </td><td> cm </td><td colspan="3"> Sediment ve Dalgaboyu (Şekil 1) &lt;/ td&gt; <td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> BedformHeight (H) </td><td> cm </td><td colspan="3"> İki kez sediment genlik (Şekil 1) </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> BedDepth (D) </td><td> cm </td><td colspan="3"> Sedimanlar Derinliği (Şekil 1) </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> HydrCond (K) </td><td> cm / sn </td><td colspan="3"> Hidrolik İletkenlik </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> Gözeneklilik (θ) </td><td></td><td colspan="3"> Gözeneklilik </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> ChannelVelocity (U) </td><td> cm / sn </td><td colspan="3"> Yüzey suyu veya kanalda ortalama hız </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> Derinlik (d) </td><td> cm </td><td colspan="3"> Su derinliği (Şekil 1) </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> Yamaç (S) </td><td></td><td colspan="3"> Yatak oluşumları ve su yüzeyi eğimi </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td&gt; <img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> NumParticles </td><td></td><td colspan="3"> Parçacıkların sayısı sistemine yayımladı. </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td></td></tr><tr><td> Timex (Süresi1, Süresi2 ..) </td><td> dk </td><td colspan="3"> Her renk değişimi meydana geldiği zamanı </td><td></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> Simülasyon Düğmeler </td><td></td><td colspan="3"> Tanım </td><td> Arayüz </td><td> Mousedrop </td></tr><tr><td> Kurmak </td><td></td><td colspan="3"> Gösterilen parametreler kullanılarak simülasyon &#39;s kurmak </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> dur / go </td><td></td><td colspan="3"> Başlatır ve benzetim durur </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> Adım </td><td></td><td colspan="3"> Adımı tıklamak geçmek için bir kez adım olur. Bu, kullanıcıların kod yavaşlatmak ve 100 saniyede ne olur tam olarak görmenizi sağlar. </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td></td></tr><tr><td> açık yollar </td><td></td><td colspan="3"> Ekranından tüm o mavi parçacık yolları temizler </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> Bir sonraki zaman Advance </td><td></td><td colspan="3"> Bu sonraki renk değişimi zamanına kadar (Timex) çalışmasına programın neden</td><td></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> Fare bırak </td><td></td><td colspan="3"> Parçacıklar yeraltında yerle ilgili tıklayarak yeraltında yerleştirilebilir önce Bu düğme tıklandığında gerekir. </td><td></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> show-yollar? </td><td></td><td colspan="3"> Show-yolları ise? su tanecikleri olmuştur mavi gösteren bir iz bırakmak &quot;açık&quot; olduğu (bakınız Şekil 1). </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> yeniden açılan? </td><td></td><td colspan="3"> Yeniden açılan Eğer? parçacıklar sistemini çıkar her parçacığın, bir akı ağırlıklı bir şekilde değiştirilir ve birikimli arsa çalışmıyor &quot;konulu&quot; dir. Ne zaman bir particle sistemindeki parçacık sayısı yeniden açılan varsa azalır hyporheic bölge çıkar? &quot;kapalı&quot; dır (Şekil 1). </td><td><img alt="onay işareti" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td></td></tr></tbody></table> Kullanıcı tarafından ayarlanabilir Tablo 1. Hyporheic Parametreler ve Simülasyon Kontrolleri. Her parametre, düğme ve kaymak tanımı ile birlikte bu tabloda verilmiştir. Bu simülasyonda, iki işlem kum yatakta akışkan hızı neden olur. İlk yatak oluşumları sahip bir akım akışının etkileşimlerine bağlıdır. Yatak oluşumları tarafından uyarılan su / sediman arayüzünde hız başkanı da yaklaşık sinüs ve sediment kendisi 22 çeyrek dalga boyu kaymıştır. Yüzey altı arayüzünde hız kafa fonksiyonunun genlik 16 olarak ölçümlerden yaklaştırılmış edilmiştir: ge = &quot;always&quot;&gt; Denklem 2: <img alt="Denklem 2" src="/files/ftp_upload/53285/53285eq2.jpg" /> U ortalama yüzey suyu hızıdır, g yerçekimi sabiti ve d (Şekil 1 &#39;de gösterildiği gibi), su derinliğidir. Hız kafa işlevi sonra verilir: Denklem 3: <img alt="Denklem 3" src="/files/ftp_upload/53285/53285eq3.jpg" /> Bu kafa fonksiyonu daha sonra sabit bir kum yatağı derinliği 20 Laplace denklemi çözerek altı hızı fonksiyonlarının sediment bazlı bileşen hesaplamak için de kullanılabilir. Gözenek suyu hızının ikinci bileşen verimleri ile orantılı devamı doğrultusunda akan bir yerçekimsel kafası gradyanı tekabül sistemi, S eğimi tarafından belirlenirs / ftp_upload / 53285 / 53285eq_S_inline.jpg &quot;/&gt; gözenek suyu hızı için son fonksiyonlar.: Denklem 4: <img alt="Denklem 4" src="/files/ftp_upload/53285/53285eq4.jpg" /> Denklem 5: <img alt="Denklem 5" src="/files/ftp_upload/53285/53285eq5.jpg" /> u uzunlamasına hız bileşeni olduğu, v, y dikey koordinat, düşey hız bileşeni, K, sediment ortalama hidrolik iletkenlik sedimanlar ortalama gözeneklilik olduğunu ve D çökelleri derinliğidir. NetLogo modelleme dili ve simülasyon platformu 23 kullanmak oluşturulan parçacık izleme simülasyonları. İki uygulamaları (Mousedrop.nlogo ve Interface.nlogo) Hyp modellemek için bu denklemleri kullanmakAynı simülasyon çekirdekli orheic akışı. Temel fark izleyici parçacıkların başlangıç ​​konumları olduğunu. Mousedrop kullanıcı herhangi bir yerde yeraltı içinde simüle izleyici yerleştirmek için izin verir. Yeraltı hız denklemleri 4 ve 5 boya enjeksiyon deneyleri simüle etmek izleyici taşımak için kullanılır. Arayüz olarak, izleyici her zaman akı ağırlıklı bir şekilde yüzey / yeraltı sınır boyunca yerleştirilir. Bu hyporheic değişimi anlamak için çok önemlidir gözenek suyu, içine yüzey suyundan çözülmüş ve süspansiyon halindeki malzemenin teslim taklit eder. Tekrar dere suyunu ulaşıncaya kadar izleyici sonra yeraltı içinde hareket eder. Oluklu boya yolları Takip ve NetLogo kullanarak yolları taklit akış alanının akıcılık verir, sürece akış koşulları ve sediment morfolojisi gözlem döneminde sabit kalması olarak. Interface.nlogo gösteren bir kümülatif bekleme süresi dağılımı oluşturur sayısına oranızamanın bir fonksiyonu olarak zaman 0 yerleştirilmiş izleyici parçacıkların başlangıç ​​sayısı sedimanlarda kalan iz parçacıklar. Son literatür taraması 24 tartışıldığı gibi, eller simüle laboratuarları ve bilgisayar modelleri karşı laboratuvar deneyleri göreli yararları hakkında eğitim araştırma toplum içinde önemli bir tartışma süregelmektedir. Bir yandan bazı 25 &quot;hands-on deneyimi öğrenme kalbidir&quot; ve hissediyorum maliyet tasarrufu argümanlar aleyhine, eller bilgisayar tabanlı simülasyonları ile laboratuar faaliyetleri değiştirilmesi yakıt olabileceğini dikkat Öğrenci anlayışı 26. Öte yandan, fen / mühendislik eğitiminde bazı araştırmacılar simülasyonları geleneksel laboratuvarlar 27 eller en az kadar etkili olduğunu iddia ya da öğrenci merkezli &quot;keşif öğrenme&quot; 28 güçlendirmede bilgisayar simülasyonu yararları tartışmak. Fikir birliği yeniden edilmemiş olsa daağrıyordu, pek çok araştırmacı, ideal, bilgisayar simülasyonları laboratuvar deneylerinde 29,30 hands-on, ek, yerine yerini gerektiğini sonucuna varmışlardır. Ayrıca bilim ve mühendislik eğitiminin içinde girişimler olmuştur eşzamanlı birkaç fiziksel deney ve fenomenlerin bilgisayar simülasyonları ile algılama gerçek dünya; bakınız, örneğin, &quot;bifokal modelleme&quot; 31. Öğrenciler daha derin bir kavramsal bilgi ve fiziksel sistemi ve bu sistemin bir bilgisayar tabanlı simülasyon hem de etkileşerek bilimsel araştırma sürecinin bir anlayışa olabilir. Bu prosedür öğrencilerin yerçekimsel ve sediment kaynaklı hyporheic değişim akışını gösteren bir çözünen taşıma deneyi gerçekleştirmek zorunda içerir ve aynı olayların bir bilgisayar simülasyonu kendi deney düzeneği ve sonuçları maç. Bu karşılaştırma önemli öğrenci öğrenme çıktılarını ve t daha derin bir tartışma kolaylaştırırO bilimsel yöntem ve model / teori kurma ve veri toplama yoluyla ampirik doğrulama arasındaki etkileşim. Bu karşılaştırma yaptıktan sonra, öğrenciler de hızla model parametrelerini değiştirerek alternatif senaryolar çok sayıda keşfetmek için bilgisayar tabanlı simülasyon faydalarından yararlanabilirsiniz.

<table><tbody><tr><td>Flume</td><td>Engineering Laboratory Design</td><td>Custom</td><td>Laboratory flume with clear sides for 24-48 hours. Alternatively a small teaching flume can be constructed for under 300 dollars following the guidelines provided in our supplementary materials.</td></tr><tr><td>Flowmeter</td><td>Rosemount&amp;nbsp;</td><td>8800 vortex&amp;nbsp;</td><td>This is located inside the recirculation loop of the flume</td></tr><tr><td>Sand</td><td>US. Silica</td><td>F30</td><td>Research-grade sand to form a layer 10-20 cm deep throughout the flume</td></tr><tr><td>Dye</td><td>Samples from food companies</td><td></td><td>Water-soluble food grade dye made into an aqueous solution. Dark colors like red, blue and green work best. (Avoid food dyes in propylene glycol.)</td></tr><tr><td>Syringe</td><td>HSW</td><td>4100.000V0</td><td>5-10 ml, &lt;em&gt;e.g.&lt;/em&gt; HSW Norm-Ject 2-part disposable syringe</td></tr><tr><td>Pipetting Needle</td><td>Cadence Science</td><td>7942</td><td>14-gage, 6-in blunt end,&amp;nbsp; to inject the dye deep into the sand.</td></tr><tr><td>Digital Camera</td><td>Any</td><td></td><td>Digital camera with steady tripod. (Time lapse cameras can be used to collect rapid evenly spaced data.) We used a Nikon D7000.</td></tr><tr><td>Ruler</td><td>Any</td><td></td><td>Transparent is best.</td></tr><tr><td>Measuring Tape</td><td>Any</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Netlogo Software</td><td>CCL</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://ccl.northwestern.edu/netlogo/&quot;&gt;http://ccl.northwestern.edu/netlogo/&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Mousedrop.nlogo</td><td>Netlogo Commons</td><td>4259</td><td>&lt;a href=&quot;http://modelingcommons.org/browse/one_model/4259&quot;&gt;http://modelingcommons.org/browse/one_model/4259&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Interface.nlogo</td><td>Netlogo Commons</td><td>4258</td><td>&lt;a href=&quot;http://modelingcommons.org/browse/one_model/4258&quot;&gt;http://modelingcommons.org/browse/one_model/4258&lt;/a&gt;</td></tr></tbody></table>

visualizing hyporheic flow through bedforms using dye experiments and simulation

Akarsu ortamlarında hyporheic değişim denilen sedimanlar gözenek alanı ve örten su sütunu arasındaki Advektif değişimi, nehirler ve birçok önemli biyokimyasal süreçlerde çözünen taşıma sürücüleri. Görsel gösteri ile bu süreçlerin anlaşılmasını artırmak için, multi-ajan bilgisayar modelleme platformu NetLogo bir hyporheic akış simülasyonu oluşturdu. Simülasyon iki boyutlu yatak oluşumları ile kaplanmış bir dere akan sanal izleyici gösterir. Tortu, akış ve sediment özellikleri modeli için girdi değişkenleri olarak kullanılır. Biz bu simülasyonlar ölçülen girdi parametreleri dayalı laboratuvar kanalet deneyler deneysel gözlemlerini maç nasıl göstermektedir. Boya gözenek suyu akışını görselleştirmek için kanalet sedimanlar enjekte edilir. Karşılaştırma için sanal izleyici parçacıkları simülasyon aynı yerlere yerleştirilir. Bu birleştiğinde simülasyon ve laboratuar deneyi lisans ve gradua de başarıyla kullanılmaktadırte laboratuarlar doğrudan nehir gözenek suyu etkileşimleri görselleştirmek ve fiziksel tabanlı akış simülasyonları çevresel fenomenleri üretebileceği nasıl göstermek için. Öğrenciler şeffaf oluklu duvarlarından yatağın fotoğraflarını aldı ve simülasyon aynı zamanlarda boya şekilleri karşılaştırıldı. Bu öğrencilerin daha iyi akış modelleri ve matematiksel model hem de anlamak için izin çok benzer trendler, sonuçlandı. Simülasyonlar da kullanıcının hızlı çoklu simülasyonlar çalıştırarak her giriş parametresi etkisini görselleştirmek için izin verir. Bu işlem, aynı zamanda ara yüzey akışına ve gözenek suyu taşıma ilgili temel işlemleri açıklamaktadır ve sayısal işlem tabanlı modelleme desteklemek için araştırma uygulamalarında kullanılabilir.

Deneylerde ile birlikte bir simülasyon kullanımı öğrenciler. Benzerlikleri ve idealize matematiksel modeller ve daha karmaşık gerçek sistemleri arasındaki farkları gözlemek 4 Mousedrop simülasyonları ile boya enjeksiyon fotoğraflarını karşılaştıran bir örnek göstermektedir sağlar. İlk fotoğraf sıfır zamanında simüle boya izleyici yerleşimini belirlemek için kullanılır ve daha sonra simülasyon o anda çekilen bir fotoğraf ile karşılaştırıl...

Watch this Scientific Journal Video about Visualizing Hyporheic Flow Through Bedforms Using Dye Experiments and Simulation at JoVE.com

Visualizing Hyporheic Flow Through Bedforms Using Dye Experiments and Simulation

This manuscript describes how to create regular bedforms in a flume, visualize flow through the bedforms, and use computer simulations to simulate the hyporheic flow. The computer simulations compare well with the experimental observations. This coupled simulation and experiment is well-suited for both research and educational purposes.

Boya Deneyler ve Simülasyonu kullanarak yatak oluşumları sayesinde Hyporheic Akışı görselleştirme

Advective exchange between the pore space of sediments and the overlying water column, called hyporheic exchange in fluvial environments, drives solute ...

visualizing-hyporheic-flow-through-bedforms-using-dye-experiments

Universidad San Sebastian

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Civil Engineering

Engineering

Unit 1

Dimensional Analysis, Similitude, and Modeling

SCIENTISTS IN ACTION

12.1K Görüntüleme.  St. Ambrose University. This manuscript describes how to create regular bedforms in a flume, visualize flow through the bedforms, and use computer simulations to simulate the hyporheic flow. The computer simulations compare well with the experimental observations. This coupled simulation and experiment is well-suited for both research and educational purposes. 

Video: Visualizing Hyporheic Flow Through Bedforms Using Dye Experiments and Simulation

Image-based Lagrangian Particle Tracking in Bed-load Experiments

Image analysis has been increasingly used for the measurement of river flows due to its capabilities to furnish detailed quantitative depictions at a relatively low cost. This manuscript describes an application of particle tracking velocimetry (PTV) to a bed-load experiment with lightweight sediment. The key characteristics of the investigated sediment transport conditions were the presence of a covered flow and of a fixed rough bed above which particles were released in limited number at the flume inlet. Under the applied flow conditions, the motion of the individual bed-load particles was intermittent, with alternating movement and stillness terms. The flow pattern was preliminarily characterized by acoustic measurements of vertical profiles of the stream-wise velocity. During process visualization, a large field of view was obtained using two action-cameras placed at different locations along the flume. The experimental protocol is described in terms of channel calibration, experiment realization, image pre-processing, automatic particle tracking, and post-processing of particle track data from the two cameras. The presented proof-of-concept results include probability distributions of the particle hop length and duration. The achievements of this work are compared to those of existing literature to demonstrate the validity of the protocol.

The manuscript presents a protocol for the conduction of bed-load sediment transport experiments where the moving particles are tracked by image analysis. The experimental facility, the procedures for run realization and data processing, and finally some proof-of-concept results are presented here.

Yatak Yüklü Deneylerde Görüntü Tabanlı Lagrangian Parçacık İzleme

Image analysis has been increasingly used for the measurement of river flows due to its capabilities to furnish detailed quantitative depictions at a ...

Çevre

Visualization of Flow Field Around a Vibrating Pipeline Within an Equilibrium Scour Hole

An experimental method is presented in this paper to facilitate visualization of the detailed flow fields and determination of the near-boundary shear and normal stresses within an equilibrium scour hole induced by a vibrating pipeline. This method involves the implementation of a pipeline vibration system in a straight flume, a time-resolved particle image velocimetry (PIV) system for pipeline displacement tracking and flow fields measurements. The displacement time-series of the vibrating pipeline are obtained by using the cross-correlation algorithms. The steps for processing raw particle laden images obtained by using the time-resolved PIV are described. The detailed instantaneous flow fields around the vibrating pipeline at different vibrating phases are calculated by using a multiple-time-interval cross-correlation algorithm to avoid displacement bias error in the flow regions with a large velocity gradient. By applying the wavelet transform technique, the captured images that have the same vibrating phase are accurately cataloged before the phase-averaged velocity fields are obtained. The key advantages of the flow measurement technique described in this paper are that it has a very high temporal and spatial resolution and can be simultaneously used to obtain the pipeline dynamics, flow fields, and near-boundary flow stresses. By using this technique, more in-depth studies of the 2-dimensional flow field in a complex environment, such as that around a vibrating pipeline, can be conducted to better understand the associated sophisticated scour mechanism.

The goal of the protocol is to enable visualization of the detailed flow fields and determination of the near-boundary shear and normal stresses within an equilibrium scour hole induced by a vibrating pipeline.

Bir Denge Scour Hole Içinde Titreşimli Boru Hattı Etrafında Akış Alanı Görselleştirme

An experimental method is presented in this paper to facilitate visualization of the detailed flow fields and determination of the near-boundary shear and ...

Combining Fluidic Devices with Microscopy and Flow Cytometry to Study Microbial Transport in Porous Media Across Spatial Scales

Understanding the transport, dispersion and deposition of microorganisms in porous media is a complex scientific task comprising topics as diverse as hydrodynamics, ecology and environmental engineering. Modeling bacterial transport in porous environments at different spatial scales is critical to better predict the consequences of bacterial transport, yet current models often fail to up-scale from laboratory to field conditions. Here, we introduce experimental tools to study bacterial transport in porous media at two spatial scales. The aim of these tools is to obtain macroscopic observables (such as breakthrough curves or deposition profiles) of bacteria injected into transparent porous matrices. At the small scale (10-1000 &#181;m), microfluidic devices are combined with optical video-microscopy and image processing to obtain breakthrough curves and, at the same time, to track individual bacterial cells at the pore scale. At larger scale, flow cytometry is combined with a self-made robotic dispenser to obtain breakthrough curves. We illustrate the utility of these tools to better understand how bacteria are transported in complex porous media such as the hyporheic zone of streams. As these tools provide simultaneous measurements across scales, they pave the way for mechanism-based models, critically important for upscaling. Application of these tools may not only contribute to the development of novel bioremediation applications but also shed new light on the ecological strategies of microorganisms colonizing porous substrates.

Breakthrough curves (BTCs) are efficient tools to study the transport of bacteria in porous media. Here we introduce tools based on fluidic devices in combination with microscopy and flow cytometric counting to obtain BTCs.

Akışkan Cihazların Mikroskopi ve Akış Sitometrisi ile Birleştirilmesi, Mekansal Ölçekler Arasında Gözenekli Ortamda Mikrobiyal Taşımayı İncelemek

Understanding the transport, dispersion and deposition of microorganisms in porous media is a complex scientific task comprising topics as diverse as ...

The Diffusion of Passive Tracers in Laminar Shear Flow

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of first injecting fluorescent dye directly into a pipe filled with distilled water and allowing it to diffuse across the cross-section of the pipe to obtain a uniformly distributed initial condition. Following this period, the laminar flow is activated with a programmable syringe pump to observe the competition of advection and diffusion of the tracer through the pipe. Asymmetries in the tracer distribution are studied and correlations between the pipe cross-section and the shape of the distribution is shown: thin channels (aspect ratio &#60;&#60; 1) produce tracers arriving with sharp fronts and tapering tails (front-loaded distributions), while thick channels (aspect ratio ~1) present the opposite behavior (back-loaded distributions). The experimental procedure is applied to capillary tubes of various geometries and is particularly relevant to microfluidic applications by dynamical similarity.

A protocol for the study of the diffusion of passive tracers in laminar pressure-driven flow is presented. The procedure is applicable to various capillary pipe geometries.

Laminer kesme akışı pasif izleyiciler Difüzyon

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of ...

Mühendislik

Visually Based Characterization of the Incipient Particle Motion in Regular Substrates: From Laminar to Turbulent Conditions

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to turbulent flow conditions are presented. For that purpose, the incipient motion of a single bead is studied on regular substrates that consist of a monolayer of fixed spheres of uniform size that are regularly arranged in triangular and quadratic symmetries. The threshold is characterized by the critical Shields number. The criterion for the onset of motion is defined as the displacement from the original equilibrium position to the neighboring one. The displacement and the mode of motion are identified with an imaging system. The laminar flow is induced using a rotational rheometer with a parallel disk configuration. The shear Reynolds number remains below 1. The turbulent flow is induced in a low-speed wind tunnel with open jet test section. The air velocity is regulated with a frequency converter on the blower fan. The velocity profile is measured with a hot wire probe connected to a hot film anemometer. The shear Reynolds number ranges between 40 and 150. The logarithmic velocity law and the modified wall law presented by Rotta are used to infer the shear velocity from the experimental data. The latter is of special interest when the mobile bead is partially exposed to the turbulent flow in the so-called hydraulically transitional flow regime. The shear stress is estimated at onset of motion. Some illustrative results showing the strong impact of the angle of repose, and the exposure of the bead to shear flow are represented in both regimes.

Two different methods for characterizing the incipient particle motion of a single bead as a function of the sediment bed geometry from laminar to turbulent flow are presented.

Görsel olarak bağlı normal yüzeylerde yeni başlayan parçacık çekimde karakterizasyonu: çalkantılı koşullarına Laminer üzerinden

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to ...

Methods for Characterizing the Co-development of Biofilm and Habitat Heterogeneity

Biofilms are surface-attached microbial communities that have complex structures and produce significant spatial heterogeneities. Biofilm development is strongly regulated by the surrounding flow and nutritional environment. Biofilm growth also increases the heterogeneity of the local microenvironment by generating complex flow fields and solute transport patterns. To investigate the development of heterogeneity in biofilms and interactions between biofilms and their local micro-habitat, we grew mono-species biofilms of Pseudomonas aeruginosa and dual-species biofilms of P. aeruginosa and Escherichia coli under nutritional gradients in a microfluidic flow cell. We provide detailed protocols for creating nutrient gradients within the flow cell and for growing and visualizing biofilm development under these conditions. We also present protocols for a series of optical methods to quantify spatial patterns in biofilm structure, flow distributions over biofilms, and mass transport around and within biofilm colonies. These methods support comprehensive investigations of the co-development of biofilm and habitat heterogeneity.

Biofilms have complex interactions with their surrounding environment. To comprehensively investigate biofilm-environment interactions, we present here a series of methods to create heterogeneous chemical environment for biofilm development, to quantify local flow velocity, and to analyze mass transport in and around biofilm colonies.

Biyofilm ve Habitat Heterojen Eş-geliştirme karakterize Yöntemleri

Biofilms are surface-attached microbial communities that have complex structures and produce significant spatial heterogeneities. Biofilm development is ...

Biyomühendislik

Window on a Microworld: Simple Microfluidic Systems for Studying Microbial Transport in Porous Media

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in the environment, as well as directly for the transmission of pathogens to drinking water supplies. Natural porous media is composed of an intricate physical topology, varied surface chemistries, dynamic gradients of nutrients and electron acceptors, and a patchy distribution of microbes. These features vary substantially over a length scale of microns, making the results of macro-scale investigations of microbial transport difficult to interpret, and the validation of mechanistic models challenging. Here we demonstrate how simple microfluidic devices can be used to visualize microbial interactions with micro-structured habitats, to identify key processes influencing the observed phenomena, and to systematically validate predictive models. Simple, easy-to-use flow cells were constructed out of the transparent, biocompatible and oxygen-permeable material poly(dimethyl siloxane). Standard methods of photolithography were used to make micro-structured masters, and replica molding was used to cast micro-structured flow cells from the masters. The physical design of the flow cell chamber is adaptable to the experimental requirements: microchannels can vary from simple linear connections to complex topologies with feature sizes as small as 2 &mu;m. Our modular EcoChip flow cell array features dozens of identical chambers and flow control by a gravity-driven flow module. We demonstrate that through use of EcoChip devices, physical structures and pressure heads can be held constant or varied systematically while the influence of surface chemistry, fluid properties, or the characteristics of the microbial population is investigated. Through transport experiments using a non-pathogenic, green fluorescent protein-expressing Vibrio bacterial strain, we illustrate the importance of habitat structure, flow conditions, and inoculums size on fundamental transport phenomena, and with real-time particle-scale observations, demonstrate that microfluidics offer a compelling view of a hidden world.

Microfluidic devices can be used to visualize complex natural processes in real time and at the appropriate physical scales. We have developed a simple microfluidic device that mimics key features of natural porous media for studying growth and transport of bacteria in the subsurface.

Gözenekli Ortam Mikrobiyal Ulaştırma incelenmesi için basit mikroakışkan Sistemleri: Mikrodünya Pencere

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in ...

Biyoloji

Flow Visualization in a Water Tunnel: Observing the Leading-edge Vortex Over a Delta Wing

Source: Jose Roberto Moreto, Gustaaf Jacobs and Xiaofeng Liu, Department of Aerospace Engineering, San Diego State University, San Diego, California
The delta wing, shown in Figure 1D, is a popular design in high-speed airplanes due to its superb performance in transonic and supersonic flight regimes. This type of wing has a small aspect ratio and high sweep angle, which reduces drag at high subsonic, transonic and supersonic flight regimes. The aspect ratio is defined as the wing span divided by the average chord <img align="middle" src="/files/ftp_upload/10459/10459eq1a.jpg" />.
An important advantage of the delta wing is its high stall angle. The stall of a delta wing is delayed compared to the stall of a high aspect ratio wing. This is because the lift of a delta wing is enhanced by the leading-edge vortex over the wing.
An effective way to observe this vortex flow phenomenon and study the vortex breakdown in a delta wing is by visualizing the flow in a water tunnel. By injecting dye in the flow surrounding a model from dye ports on the leading-edge, the vortex development and breakdown can be observed and its position measured. The data can also be used to estimate the stall angle.
<img src="/files/ftp_upload/10459/10459fig1.jpg" />
Figure 1. Typical wing planform shapes: A) Rectangular, with constant chord along span, B) elliptical, C) tapered, with variable chord along the span, and D) delta wing, an aft-swept wing with zero taper ratio.

Flow in a Water Tunnel: Leading-edge Vortex over a Delta Wing

Source: Jose Roberto Moreto, Gustaaf Jacobs and Xiaofeng Liu, Department of Aerospace Engineering, San Diego State University, San Diego, California
The ...

JoVE Science Education

Havacılık Mühendisliği

Surface Dye Flow Visualization: A Qualitative Method to Observe Streakline Patterns in Supersonic Flow

Flow visualization around or on a body is an important tool in aerodynamics research. It provides a method to qualitatively and quantitatively study flow structure, and it also helps researchers theorize and verify fluid flow behavior. Flow visualization can be divided into two categories: off-the-surface visualization and surface flow visualization. Off-the-surface flow visualization techniques involve determining the flow characteristics around the body of interest. They include but are not restricted to particle image velocimetry (PIV), Schlieren imaging, and smoke flow visualization. These techniques can provide qualitative as well as quantitative data on the flow around a body. However, these techniques are generally expensive and difficult to set-up. Surface flow visualization techniques, on the other hand, involve coating the body of interest with a dye to study flow on the surface. These techniques, which are more invasive in practice, include dye flow visualization and, more recently, use pressure-sensitive paint, which gives a detailed image of the flow on the body&#39;s surface. This allows researchers to visualize different flow features, including laminar bubbles, boundary layer transitions, and flow separation. Dye flow visualization, the technique of interest in the current experiment, provides a qualitative picture of the surface flow and is one of the simplest and most cost-effective surface flow visualization methods, specifically for visualizing gaseous flows on a body.
In this experiment, the surface flow behavior on six bodies are studied in supersonic flow. The streakline patterns are obtained using the dye flow visualization technique, and the flow paths, degree of flow attachment and separation, and location and type of shocks are identified and studied from the flow images.

Surface Dye Flow: Streakline Patterns in Supersonic Flow

Flow visualization around or on a body is an important tool in aerodynamics research. It provides a method to qualitatively and quantitatively study flow ...

Visualization of Flow Past a Bluff Body

Source: Ricardo Mejia-Alvarez, Hussam Hikmat Jabbar and Mahmoud N. Abdullatif, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI
Owing to the non-linear nature of its governing laws, fluid motion induces complicated flow patterns. Understanding the nature of these patterns has been the subject of intense scrutiny for centuries. Although personal computers and supercomputers are extensively used to deduce fluid flow patterns, their capabilities are still insufficient to determine the exact flow behavior for complex geometries or highly inertial flows (e.g. when momentum dominates over viscous resistance). With this in mind, a multitude of experimental techniques to make flow patterns evident have been developed that can reach flow regimes and geometries inaccessible to theoretical and computational tools.
This demonstration will investigate fluid flow around a bluff body. A bluff body is an object that, due to its shape, causes separated flow over most of its surface. This is in contrast to a streamlined body, like an airfoil, which is aligned in the stream and causes less flow separation. The purpose of this study is to use hydrogen bubbles as a method of visualizing flow patterns. The hydrogen bubbles are produced via electrolysis using a DC power source by submerging its electrodes in the water. Hydrogen bubbles are formed in the negative electrode, which needs to be a very fine wire to ensure that the bubbles remain small and track fluid motion more effectively. This method is suitable for steady and unsteady laminar flows, and is based on the basic flow lines that describe the nature of the flow around objects. [1-3]
This paper focuses on describing the implementation of the technique, including details about the equipment and its installation. Then, the technique is used to demonstrate the use of two of the basics flow lines to characterize the flow around a circular cylinder. These flow lines are used to estimate some important flow parameters like flow velocity and the Reynolds number, and to determine flow patterns.

Flow Around a Bluff Body, Bubbles and Von Karman Vortex Street

Source: Ricardo Mejia-Alvarez, Hussam Hikmat Jabbar and Mahmoud N. Abdullatif, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East ...