Interpretation of readings of acoutic devices and estimation of non-homogeneity of sediments used for investigation

Abstract

Šiuolaikinė nešmenų dinamikos teorija dar nėra pakankamai tobula, todėl jos tolimesniam vystymui vis atliekami nauji laboratoriniai tyrimai ir jų teorinis apibendrinimas. Šiems darbams didelę svarbą turi turbulentinės tėkmės ir nešmenų sąveiką tirianti aparatūra. Yra sunkumų interpretuojant ultragarsinės aparatūros matavimų duomenis, nes jų pagalba matuojama ne pati nešmenų koncentracija, bet matomas tyrinėjamų nešmenų plotas. Todėl prietaiso rodmenys priklauso nuo dalelių skersmens ir nuo papildomo dalelių tarpusavio apšvitinimo garso bangomis, kai nešmenų koncentracija didelė. Dėl šios priežasties ryšis tarp aparato rodmenų ir nešmenų koncentracijos yra gana sudėtingas, todėl jis dažnai supaprastinamas priimant tiesinę priklausomybę, kuri tinka tik naudojant tyrimams praktiškai vienalyčius nešmenis ir esant nelabai didelei jų koncentracijai. Tačiau paruošti tikrai vienalytiškus tyrimams naudojamus nešmenis praktiškai neįmanoma, todėl būtina vertinti jų nevienarūšiškumą apdorojant tyrimų duomenis. Minėtos prielaidos mažina tyrimų duomenų analizavimo tikslumą ir nepriimtinos kai to tikslumo tikrai reikia. Straipsnyje pateikta akustinio aparato rodmenų priklausomybė nuo nešmenų dalelių skersmens ir nuo papildomo dalelių tarpusavio apšvitinimo atsispindinčiomis nuo jų ultragarso bangomis, kai nešmenų koncentracija didelė ir atstumai tarp dalelių maži. Pateikti skaičiavimų pavyzdžiai, parodantys analizės patikslinimo efektą

Due to the imperfection of up-to-date theory of suspension flow new experimental investigations on its further development are still being performed. The investigation on measuring instruments used for the study of turbulent flow and fluctuations of sediment concentrations is of great importance. It is not an easy matter to interpret the readings of acoustic instrument, as they measure the visible area of sediment particles, not the sediment concentration itself. Therefore, the readings depend not only on sediment concentration but also on the diameter of sediment particles and on the additional self-irradiation of particles by sound waves reflected from the particles, especially when the sediment concentration is high (>10-20 g/l). Consequently, the connection between the sediment concentration and instrument readings is complex. However, it is often simplified assuming linear dependence that is correct only in the case of homogeneous sediments the concentration of which is comparatively low. However, the experimental sediments cannot be fairly homogeneous, thus the estimation of sediment non-homogeneity contributes to the accuracy of study results. Simplified approaches cause the bias errors and are not acceptable when the investigation is to be carried out with great accuracy. Thorough study of various sources of bias errors that occur when investigating the sediment-laden flow is presented by M.Muste (2002). The author emphasizes the necessity to find out methods to avoid them. This paper analyzes the dependence of acoustic instrument readings on the factors mentioned, the estimation of non-homogeneity of investigated sediments and the necessity of accurate analysis