Experimental and numerical analysis of flow instabilities in rectangular shallow basins

Abstract

Free surface flows in several shallow rectangular basins have been analyzed experimentally, numerically and theoretically. Different geometries, characterized by different widths and lengths, are considered as well as different hydraulic conditions. First, the results of a series of experimental tests are briefly depicted. They reveal that, under clearly identified hydraulic and geometrical conditions, the flow pattern is found to become nonsymmetric, in spite of the symmetrical inflow conditions, outflow conditions and geometry of the basin. This non-symmetric motion results from the growth of small disturbances actually present in the experimental initial and boundary conditions. Second, numerical simulations are conducted based on a depth-averaged approach and a finite volume scheme. The simulation results reproduce the global pattern of the flow observed experimentally and succeed in predicting the stability or instability of a symmetric flow pattern for all tested configurations. Finally, an analytical study provides mathematical insights into the conditions under which the symmetric flow pattern becomes unstable and clarifies the governing physical processes.

Can the collapse of a fly ash heap develop into an air-fluidized flow? — Reanalysis of the Jupille accident (1961)

“…A detailed description of the initial model was provided by Dewals et al (2008) and Erpicum et al (2010b).…”

“…The time step is adaptive and computed based on the Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) stability criterion, with a CFL number equal to 0.5. It takes values of the order of 10 -3 -10 -2 s. This finite volume model has already proven its validity and efficiency for the analysis of natural and artificial floods (Ernst et al, 2010;Erpicum et al, 2010a;Dewals et al, 2011), as well as numerous other applications including complex turbulent flows (Dewals et al, 2008;Erpicum et al, 2009;Roger et al, 2009;Dufresne et al, 2011).…”

Caractérisation micro-echelle du risque d’inondation : modélisation hydraulique détaillée et quantification des impacts socio-économiques

“…Entièrement développé au sein de l'unité de recherches du HACH à l'Université de Liège, il a été validé et exploité sur la modélisation de plus de 1000 km de rivière en Belgique. WOLF2D résout les équa-tions en eaux peu profondes par un schéma volumes finis [17][18][19][20][21]. La combinaison du modèle bidimensionnel avec une topographie LIDAR à une résolution de 2 mètres en fait un outil idéal pour modéliser des crues dans les environnements urbains.…”

Modélisation numérique 2D unifiée des écoulements sur des évacuateurs de crue avec déversoir

“…Ces modèles hydrodynamiques ont été mis au point au cours de plusieurs thèses de doctorat (entre autres : [1-2]) et ont été validés au moyen de nombreuses données mesurées sur site ou acquises expérimentalement, notamment au Laboratoire de l'Université de Liège [3][4][5][6][7][8].…”