Effects caused by obstacles in the hydrodynamics of turbidity currents : an experimental approach

Abstract

This research aims to evaluate the effects of the presence of obstacles on turbidity currents hydrodynamics. Nine physical simulations of a poorly sorted mixture of water and coal (Cvol = 5%; D50 = 47 μm) were run in a laboratory test channel with three flow discharges (5, 10 and 15 L.min-1) in three different topographic configurations: runs without obstacles; runs with three 3 cm-high obstacles and runs with three 6 cm-high obstacles. The results showed that greater height of obstacles leads to greater blockage of the flow, causing changes on vertical profiles of velocity shape, flow regime (supercritical to subcritical), geometry and flow circulation in the zone between obstacles. Obstacle height reduction by 50% led to similar behavior of the turbidity current as the no-obstacles condition. After passing over the sequence of the obstacle, the turbidity current tended to regenerate a hydrodynamic structure comparable to the no-obstacles conditions.

Esta pesquisa visa avaliar os efeitos da presença de obstáculos na hidrodinâmica das correntes de turbidez. Nove simulações físicas de uma mistura mal selecionada de água e carvão (Cvol = 5%; D50 = 47 μm) foram executadas em um canal de acrílico medindo 4.00 x 0.49 x 0.24 m. Foram utilizadas três vazões de injeção (5, 10 e 25 L.min-1) em três configurações topográficas diferentes: canal sem obstáculos, canal com três obstáculos de 3 cm de altura e canal com três obstáculos de 6 cm de altura. Os resultados mostraram que quanto maior a altura dos obstáculos, maior o bloqueio do escoamento, causando alterações nos perfis verticais da forma, da velocidade, do regime de escoamento (supercrítico para subcrítico), da geometria e da zona de recirculação entre os obstáculos. A redução da altura em 50% (3 cm) indica que a corrente de turbidez desenvolveu um comportamento semelhante à condição sem obstáculos. Após ultrapassar a sequência de obstáculos, o escoamento tende a regenerar sua própria estrutura hidrodinâmica da mesma forma que a condição imediatamente anterior aos obstáculos.