Contribution to the study of transverse turbulent diffusion in streams
Creators
- Masson, Olivier
- Universite de Savoie, Ecole Superieure d'Ingenieur en Genie de l'Environnement et de la Construction - E.S.I.G.E.C. (France)
- Centre d'etudes Nucleaires de Cadarache - CEA, Section de Radioecologie Physique du Service d'Etudes et de Recherches sur l'Environnement (France)
- Institut de Protection et de Surete Nucleaire - IPSN, Departement de Protection de l'Environnement et des Installations, Service d'etudes et de Recherches sur les Transferts dans l'Environnement (France)
Description
In this research our objective is to study the turbulent diffusion in a water flow, in particular the transverse diffusion. According to formulae reviewed in literature the diffusion coefficients (K) may be expressed as a function of several velocity parameters. A synthetic formula depending on a macro-scale length of turbulence Lx and a turbulent intensity √(u'2) is proposed: K = β.Lx.U-bar.(√(u'2/U-bar))2. In order to validate this expression we performed two in situ experiments (one in a wide river and the other in an irrigation canal) with a double set of measurements: turbulent velocities and concentrations of a diffusing tracer. The first set gives us usable data in our formula. The results, compared with values available in literature, give a good agreement. Moreover it appears that it is possible to roughly divide the data in two groups according to (1) the cross section shape and (2) the bed roughness. The second set allows us to evaluate a global turbulent mixing coefficient. The coefficients calculated by the two methods are in accordance so our formula is validated. Nevertheless some problems appear because of what is called secondary currents and coherent structures as those seen above bed cracks in the Garonne river. Those phenomenon may play a major part upon turbulent diffusion in real streams. Although they were made conspicuous by an analysis of transverse velocity component, it has not been yet possible to quantify their effects. (author)
Abstract (French)
Le but de ce travail est d'etudier la diffusion turbulente dans les ecoulements liquides, plus precisement la diffusion transversale d'une substance, a partir de mesures de vitesse et de concentration. Diverses approches mathematiques ont ete envisagees pour quantifier les coefficients de diffusion (K). Finalement, une formulation nouvelle a ete mise au point a partir de resultats de mesures de la composante longitudinale de la vitesse et d'apres certaines relations proposees dans la litterature: K = β.Lx.U-bar.(√(u'2/U-bar))2. Cette relation faisant intervenir une echelle de longueur de la turbulence Lx et une intensite de turbulence √(u'2) a ete validee d'apres les resultats d'experiences in situ. Ces mesures se sont deroulees dans un canal d'irrigation et dans une riviere de grande dimension: la Garonne; et on permis de recueuillir deux types de donnees: des vitesses turbulentes et des concentrations d'un traceur colore. Le premier type de donnees nous a permis d'obtenir les valeurs des termes de la formule proposee. L'analyse des termes de cette relation a fait l'objet de nombreuses comparaisons avec des valeurs relevees dans la litterature. Les resultats de cette comparaison montre que les donnees peuvent grossierement etre reparties en groupes selon (1) la forme de la section transversale et (2) l'etat de rugosite du fond. Le deuxieme type de donnees nous a permis d'evaluer un coefficient global de melange turbulent. Les coefficients calcules par les deux methodes sont en accord et permettent de ce fait de valider la formulation proposee. Les mesures de vitesses ont mis en evidence des courants transversaux. Des structures tourbillonnaires coherentes liees a la presence de crevasses dans le lit ont pu etre observees par ailleurs en Garonne. Les resultats d'experimentations de tracages ont confirme l'existence de ces deux phenomenes et ont montre quel pouvait etre leur role sur la dilution d'une substance. Il n'a cependant pas ete possible d'en quantifier les effets. (auteur)Files
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Contribution a l'etude de la diffusion transversale dans les cours d'eau
Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 268 p.
- Report number
- CEA-R--5568
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 45026086
- Subject category
- S54: ENVIRONMENTAL SCIENCES;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- CALCULATION METHODS; COMPARATIVE EVALUATIONS; CONCENTRATION RATIO; DIFFUSION; ECOLOGICAL CONCENTRATION; ENVIRONMENTAL TRANSPORT; FIELD TESTS; FLOW RATE; FLUID INJECTION; HYDROLOGY; MIXING; RIVERS; ROUGHNESS; SEDIMENT-WATER INTERFACES; TRACER TECHNIQUES; TURBULENCE; TURBULENT FLOW; VELOCITY; WATER POLLUTION; WATER POLLUTION CONTROL
- Descriptors DEC
- CONTROL; DIMENSIONLESS NUMBERS; EVALUATION; FLUID FLOW; INTERFACES; ISOTOPE APPLICATIONS; MASS TRANSFER; POLLUTION; POLLUTION CONTROL; SURFACE PROPERTIES; SURFACE WATERS; TESTING
Optional Information
- Notes
- 159 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/contacts/