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Air-water interface dynamic and free surface features in hydraulic jumps

机译：液压跳跃中的空气-水界面动态和自由表面特征

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摘要

Following previous experimental works (Mouaze et al., J. Fulids Engng. ASME 127(6) (2005) 1191-1193; Murzyn et al, Int. J. Multiphase Flow, 31(1) (2005) 141-154) on gas fraction characterisation in hydraulic jumps, the present paper aims to investigate free surface properties developing in these flows. Indeed, air-water interface exhibits a wide range of frequencies that free surface probes are not always enough accurate to follow. As a solution, two new free surface wire gauges (thin wires, Φ = 0.05 mm, 1 mm apart) have been built and calibrated. Accurate measurements of free surface fluctuations have been obtained with frequency resolution up to 12 Hz. Two sets of experiments have been made depending on Froude (Fr) and Weber (We) numbers. Experimental results show that free surface mean and turbulent profiles exhibit discontinuities at the front of the toe characterized by a sudden high level of turbulence downstream followed by a zone of dissipation. Furthermore, free surface length scales have been estimated from correlation measurements. Similar features are found according to Fr and We. Good agreement is shown with results deduced from a video analysis technique (Mouaze et al, J. Fulids Engng. ASME 127(6) (2005) 1191-1193). Lastly, comparison is made with Brocchini and Peregrine (Brocchini and Peregrine, J. Fluid Mech. 449 (2001a) 225-254; 449 (2001b) 255-290) depicting similar shapes for behaviour of vertical velocity fluctuations (w') as a function of longitudinal free surface length scale.%Suite aux travaux expérimentaux précédents (Mouaze etal.,J. Fulids Engng. ASME 127 (6) (2005) 1191 -1193 ; Murzyn et al., Int. J. Multiphase Flow 31(1) (2005) 141-154) sur la caractérisation de la fraction de gazeuse dans des ressauts hydrauliques, le papier actuel vise à étudier les propriétés des surfaces libres se développant dans ces écoulements. En réalité, l'interface air-eau présente une large gamme de fréquences que les sondes de surface ne sont pas toujours capables de suivre. Comme solution, deux nouvelles jauges filaires de surface libre (fils minces, Φ = 0.05 mm, 1 mm de distance) ont été réalisées et calibrées. Des mesures précises des fluctuations de surface libre ont été obtenues avec une résolution de fréquence jusqu'à 12 hertz. Deux séries d'expériences ont été faites en fonction des nombres de Froude (Fr) et de Weber (We). Les résultats expérimentaux prouvent que les profils moyens et turbulents de surface libre montrent des discontinuités à l'avant du pied caractérisées par une soudaine élévation du niveau de turbulence en aval suivie d'une zone de dissipation. En outre, des échelles de longueur de surface libre ont été estimées à partir des mesures de corrélation. On trouve des caractéristiques semblables selon Fr et We. Il y a une bonne concordance avec les résultats déduits d'une technique d'analyse de vidéo (Mouaze et al, J. Fulids Engng. ASME 127(6) (2005) 1191-1193). Pour finir, on donne une comparaison avec Brocchini et Peregrine (Brocchini and Peregrine, J. Fluid Mech. 449 (2001a) 225-254; 449 (2001b) 255-290) dépeignant des formes semblables pour le comportement des fluctuations de vitesse verticale (w') en fonction de l'échelle de longueur longitudinale de la surface libre.
机译：遵循先前的实验工作（Mouaze等人，J。Fulids Engng。ASME 127（6）（2005）1191-1193; Murzyn等人，Int。J. Multiphase Flow，31（1）（2005）141-154））水力跃迁中的气体分数表征，本论文旨在研究在这些流动中形成的自由表面特性。的确，空气-水界面显示的频率范围很广，自由表面探针并不总是足够精确。作为解决方案，已经制造并校准了两个新的自由表面线规（细线，Φ= 0.05 mm，相距1 mm）。自由表面波动的准确测量已经获得，频率分辨率高达12 Hz。根据弗洛德（Fr）和韦伯（We）的数字，已经进行了两组实验。实验结果表明，自由表面均值和湍流轮廓在脚趾前部表现出不连续性，其特征在于下游突然出现高水平的湍流，随后是一个耗散区。此外，已经根据相关性测量估计了自由表面长度尺度。根据Fr和We，发现了类似的功能。从视频分析技术得出的结果显示出良好的一致性（Mouaze等人，J。Fulids Engng。ASME 127（6）（2005）1191-1193）。最后，将Brocchini和Peregrine（Brocchini and Peregrine，J. Fluid Mech。449（2001a）225-254; 449（2001b）255-290）作了比较，将垂直速度波动（w'）的行为描述为相似的形状。纵向自由表面长度尺度的函数。％Suite aux travauxexpérimentauxprerécédents（Mouaze et al。，J.Fulids Engng.ASME 127（6）（2005）1191 -1193; Murzyn等人，Int.J.Multiphase Flow 31（1） ）（2005）141-154）gasuse dans des ressauts hydrauliques la laactactérisation，la papier actuel viseàétudierlespropriétésdes surface libs sedéveloppantdans cesécoulements。互动式空中游戏室和大型游戏室，随时可以提供服务。 Comme解决方案，表面自由度更高的新产品（细丝，Φ= 0.05毫米，距离1毫米），可在口径和口径上使用。保证在12赫兹频率下自由地改变表面上的起伏和提高解像度。弗洛伊德（Fr）和德韦伯（We）的继任者将享有丰富的经验。消除动产和表面湍流的蒙特卡洛法式连续通货膨胀在不动产上沿加拿大南部湍流发展。从根本上说，持久性，无花果和无花果都可以保证相互关联。在讽刺作品集上，塞隆神父和我们。在视频分析技术上的应用是无与伦比的（Mouaze等人，J。Fulids Engng。ASME 127（6）（2005）1191-1193）。倒入最后的油脂，在Brocchini et Peregrine上进行比较（Brocchini and Peregrine，J.Fluid Mech.449（2001a）225-254; 449（2001b）255-290）形形色色的东西倒在垂直方向上的波动w'）保护表面自由的纵向音乐。

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