Solutions for Initial‐Boundary‐Value Problems Representing Gravity Currents Arising from Variable Inflow
Notice bibliographique
Résumé
In this article, we report on theoretical and numerical studies of models for suddenly initiated variable inflow gravity currents in rectangular geometry. These gravity currents enter a lighter, deep ambient fluid at rest at a time‐dependent rate from behind a partially opened lock gate and their subsequent dynamics is modeled in the buoyancy‐inertia regime using ½‐layer shallow water theory. The resistance to flow that is exerted by the ambient fluid on the gravity current is accounted for by a front condition which involves a non‐dimensional parameter that can be chosen in accordance with experimental observations. Flow filament theory is used to arrive at expressions for the variable inflow velocity under the assumptions of an inviscid and incompressible fluid moving through an opening of fixed area which is suddenly opened under a lock gate at one end of a large rectangular tank. The fluid in the lock is subjected to a (possibly) time varying pressure applied uniformly over its surface and the finite movement of the free surface is accounted for. Finding this time‐dependent inflow velocity, which will then serve as a boundary condition for the solution of the shallow‐water equations, involves solving forced non‐linear ordinary differential equations and the form of this velocity equation and its attendant solutions will, in general, rule out finding self‐similar solutions for the shallow‐water equations. The existence of self‐similar solutions requires that the gravity currents have volumes proportional to t α, where α≥ 0 and t is the time elapsed from initiation of the flow. This condition requires a point source of fluid with very special properties for which both the area of the gap and the inflow velocity must vary in a related and prescribed time‐dependent manner in order to preserve self‐similarity. These specialized self‐similar solutions are employed here as a check on our numerical approach. In the more natural cases that are treated here in which fluids flow through an opening of fixed dimensions in a container an extra dimensional parameter is introduced thereby ruling out self‐similarity of the solutions for the shallow‐water equations so that the previous analytical approaches to the variable inflow problem, involving the use of phase‐plane analysis, will be inapplicable. The models developed and analyzed here are expected to provide a first step in the study of situations in which a storage container is suddenly ruptured allowing a heavy fluid to debouch at a variable rate through a fixed opening over level terrain. They also can be adapted to the study of other situations where variable inflow gravity currents arise such as, for example, flows of fresh water from spring run‐off into lakes and fjords, flows from volcanoes and magma chambers, discharges from locks and flash floods.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,003 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,004 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».