Abstract
To describe the behavior of suspended-sediment particles in turbulent open-channel flows, the advection-diffusion equation or its simplified form has been used. Though this equation was derived upon several assumptions, only a few studies tried to evaluate the limit of the assumptions. The reason is that it is very difficult to measure turbulence in open-channel flows and to discriminate the velocities of water and sediment particles. The present study aims to measure the velocity profiles of water and sediment particles in open-channel flows by using PTV (Particle Tracking Velocimetry), a kind of PIV (Particle Image Velocimetry). The measured results showed that sediment particles moved slower than water tracers did in the outer region. In the present study, the amount of velocity-lag reached about $5\%$ of the mom flow velocity and the position of the maximum velocity-lag was $g/h\approx0.05\;(g^{+}=30\~50)$ The main cause of the velocity-lag of sediment particles seems that the sediment particles have larger density than water has. On the other hand, in the viscous sublayer, sediment particle has a larger velocity than water tracers. The reason of the inversion of velocity-lag may be due to the no-sleep condition of water at the solid boundaries.
부유사의 거동을 나타내는 데는 이송-확산 방정식이나 이 방정식을 간략화한 식들이 이용된다 이 방정식은 여러 가지 가정하에서 유도되었으나, 이러한 가정에 대해서는 심도있는 검토가 되지 못한 상태에 있다 그 이유는 난류의 측정 자체가 매우 힘들며, 유사가 혼합된 흐름의 경우 물과 유사의 속도를 구별해서 측정하기 매우 힘들기 때문이다. 본 연구는 입자 영상 유속계(PIV, Particle Image Velocimeoy)의 일종인 입자 추적 유속계(PTV, Particle Tracking Velocimetry)를 이용하여 개수로 난류에서 물과 유사의 속도를 측정하는 실험적 연구이다. 측정 결과, 하상에서 어느 정도 떨어진 영역에서는 유사의 속도가 물보다 느린 경향을 보였다. 이 속도 지체의 양은 본 연구의 경우 평균 유속 의 약 $5\%$ 정도였으며, 속도 지체가 최대에 이르는 지점은 $g/h\approx0.05\;(g^{+}=30\~50)$정도인 것으로 나타났다. 유사 입자가 물보다 느리게 이동하는 것은 전적으로 유사의 비중이 물보다 크기 때문으로 보인다. 반면, 하상에 근접한 점성 저층에서는 오히려 유사 입자의 속도가 물보다 빠르게 나타났으며, 이것은 물은 고체 경계면에서 점착 조건에 종속되는 데 반하여, 유사 입자는 점성의 영향을 받지 않기 때문으로 보인다.
