Le canal de démonstration du transport des sédiments d'Armfield permet de montrer toute la gamme des formes de lit qui apparaissent dans un lit mobile lorsque le débit et/ou la pente augmentent. Le canal peut être utilisé pour réaliser la plupart des expériences et des démonstrations habituellement effectuées dans des canaux de laboratoire beaucoup plus grands, mais à un coût beaucoup plus faible et sans avoir besoin de l'appui d'un technicien. Le canal peut jouer un rôle utile dans tout cours concernant la mécanique de l'écoulement en canal ouvert et le transport des sédiments, y compris dans les départements de génie civil, de géologie et de géographie physique.  

Description

Le canal de démonstration du transport des sédiments d' Armfield permet de montrer toute la gamme des formes de lit qui apparaissent dans un lit mobile lorsque le débit et/ou la pente augmentent. Le canal peut être utilisé pour réaliser la plupart des expériences et des démonstrations habituellement effectuées dans des canaux de laboratoire beaucoup plus grands, mais à un coût beaucoup plus faible et sans avoir besoin de l'appui d'un technicien. L'équipement est portable et peut donc être utilisé aussi bien en classe qu'en laboratoire. Ce canal de démonstration peut jouer un rôle utile dans tout cours concernant la mécanique de l'écoulement en canal ouvert et le transport de sédiments, y compris dans les départements de génie civil, de géologie et de géographie physique. Canal de transport de sédiments L'unité se compose d'un canal inclinable monté sur un cadre, ainsi que d'un réservoir de décharge et d'une pompe de recirculation. Pour commencer une démonstration, du sable est placé uniformément le long du lit du canal, entre le réservoir d'entrée et le déversoir de décharge. L'eau circule dans le système à l'un des trois débits sélectionnables. La pente du canal est réglée à l'aide d'un vérin à vis fin auquel est fixé un indicateur de pente précis. Les parois du canal sont transparentes afin de permettre l'observation des changements de profil du lit et une section d'une des parois est pourvue d'un quadrillage graphique permettant d'effectuer des évaluations quantitatives de la dynamique de la forme du lit. Un indicateur de niveau d'eau est fourni pour mesurer la hauteur au-dessus du déversoir du canal afin de déduire les débits à partir d'un tableau d'étalonnage généré par l'utilisateur. Des modèles solides d'un pilier de pont et d'un déversoir à contre-courant sont fournis pour démontrer les effets de l'affouillement sur les lits des rivières par des structures artificielles.  

Flux de lit fixe et régulier :

Le canal peut être utilisé sans sédiments sur le lit pour démontrer les phénomènes d'écoulement et les équations qui les régissent :

• Écoulement tranquille, sous-critique - mouvement des ondes de surface en amont contre l'écoulement
• Écoulement rapide et supercritique - prédominance des forces d'inertie sur les forces de gravité, "ondes de choc" dues aux obstructions de l'écoulement.
• Saut hydraulique - passage d'un écoulement supercritique à un écoulement sous-critique, entraînement d'air, mélange
• Turbulence - visualisation de l'écoulement, par exemple par injection de colorant à partir d'une seringue hypodermique (non fournie)
• Mesure du débit - à l'aide de déversoirs à crête aiguë
• Équations régissant l'écoulement dans un canal ouvert - nombre de Reynolds, nombre de Froude, continuité, équation de Bernoulli, équations du déversoir

Écoulement sur un lit de sable mobile :

Séquence de formes de lit associées à l'augmentation de l'intensité du débit et du taux de transport des sédiments. Les formes de lit suivantes sont observées (en fonction de l'augmentation du débit et/ou de la pente) :

• Régime inférieur :

Lit plat (pas de mouvement) Ondulations Ondulations et dunes Dunes Dunes délavées

• Régime supérieur :

Lit plan (avec mouvement) Ondes stationnaires Antidunes Antidunes cassantes Chutes et bassins

Mécanique du transport des sédiments :

A partir d'un lit plan sans mouvement, le mouvement des grains peut être observé en mettant l'accent sur les éléments suivants :

• Déclenchement de la motion
• Trajectoire du mouvement initial
• Mouvement par roulement et glissement (charge de contact)
• Déplacement par saut (charge de saltation)

Caractéristiques et faciès de dépôt :

Le dépôt de la charge sédimentaire peut être observé et les motifs de grains qui en résultent dans le corps sableux (tels que le litage transversal, les lits d'attaque, etc.) peuvent être identifiés. L'importance de ces caractéristiques, lorsqu'elles figurent dans les archives géologiques, peut être discutée.

Affouillement local :

L'affouillement sous les bouillonnements et les tourbillons dans l'écoulement est observé à la fois sous les formes de lit du régime inférieur et du régime supérieur. Des obstacles artificiels peuvent être introduits pour représenter des piles de pont, des revêtements, des seuils ou d'autres structures artificielles, et le modèle d'affouillement qui en résulte peut être examiné. Deux modèles de ce type sont inclus.

Structures d'écoulement :

La structure de la turbulence dans l'écoulement peut être examinée par injection de colorant (injecteur de colorant non inclus). Ceci est particulièrement intéressant pour la configuration de la forme du lit de la dune et démontre clairement la séparation sur la face sous le vent.

Hystérésis de la forme du lit :

Si le débit dans le canal change rapidement, les formes du lit n'ont pas le temps de s'adapter au nouveau régime d'écoulement. Par conséquent, si un hydrogramme de crue est simulé en augmentant puis en diminuant le débit, des profondeurs différentes (stades) se produiront pour le même débit sur les branches ascendantes et descendantes. Cet effet est d'une grande importance pour les stations de jaugeage des rivières à lit de sable. Cela est facilement et clairement démontré dans le canal.

Travail de calcul :

Outre l'illustration des phénomènes d'écoulement et de sédimentation, le canal peut être utilisé pour la collecte de données de base et l'évaluation numérique des éléments suivants :

• Résistance à l'écoulement :

Facteurs de frottement de Manning, Chezy et Darcy Weisbach pour diverses configurations de formes de lit

• Prédiction de la forme du lit :

Diagramme de Hjulstrom (vitesse) Diagramme de Bogardi (paramètre de bouclier) Diagrammes de Simons et Richardson (puissance du courant) Diagramme de Leeder (contrainte de cisaillement à la limite) Mouvement par suspension (charge suspendue)

• Déclenchement de la motion :

Courbe de Hjulstrom - Diagramme de Shields

Débit sur un lit fixe, en gravier :

Le canal ne peut pas transporter de gravier, mais il peut être utilisé pour étudier la résistance à l'écoulement dans les rivières à lit de gravier et de polders. Les coefficients de résistance à l'écoulement peuvent être calculés à l'aide d'équations (telles que celles de Bray, Limerinos, Hey, Lacey, Thompson & Campbell et Bathurst) et les résultats comparés aux valeurs réelles obtenues par observation. Il est recommandé aux utilisateurs de se procurer le gravier réel auprès de sources locales (le gravier n'est pas fourni par Armfield).  

Spécifications techniques

Section de travail du canal

Longueur : 1,55 m Largeur : 0.78m Profondeur : 0.11m

Taux de décharge

Trois débits fixes entre 0,2 et 0,6 litres/sec, sélectionnés par un interrupteur sur la pompe Pente : 0 à 100% Diamètre des sédiments : 0,1 à 0,3 mm Poids du sable fourni : 15Kg

Poids (y compris le sable et l'eau)

S8-MKII-A : 74Kg S8-MKII-B : 78Kg S8-MKII-G : 74Kg