Bias errors in studies on sediment – laden flow in short experimental channels

Abstract

For the further development of suspension flow theory extensive researches are performed in many hydraulic laboratories, as the up-to-date theory is not able to solve many practical problems yet. However, the recent methods of laboratory investigations and experimental equipment are not quite complete for successful scientific development yet. Analysis of published data of sediment-laden flow investigations revealed, that in many cases the experimental channel length was not sufficient for stabilization of sediment distribution along the water depth of flow, giving rise to bias errors. Unusual and unexplained deviations of experimental dependences from their normal character were detected in experimental dependences of sediment concentration, flow velocities and their fluctuations. These deviations were not similar to accidental measurement failures, as they were regular and the experimental points did not significantly disperse. It seemed as if they arose under the influence of certain unknown factors, which could reduce the quality, and reliability of experimental data and further conclusions. Therefore, it was necessary to establish the reasons for their occurrence. In the paper, these reasons and ways of eliminating these errors are considered.

Article in English.

Sistemingosios paklaidos, tyrinėjant nešmenis plukdančias tėkmes per trumpuose eksperimentiniuose latakuose

Santrauka. Gausūs eksperimentiniai turbulentinių srautų struktūrų tyrimai atliekami daugelyje hidraulinių laboratorijų. Tiriant skendinčiujų nešmenų pasiskirstymą tėkmėse siekiama toliau plėtoti teoriją bei ją geriau pritaikyti praktiniams uždaviniams spręsti. Deja, turima eksperimentinė įranga ir tyrimų metodai vis dar nėra pakankamai tobuli, todėl dažnai būdavo gaunamos nemažos sistemingosios paklaidos. Įvairių tyrėjų moksliniuose straipsniuose pateiktų duomenų analizė tai patvirtino. Daugeliu atvejų tyrimams naudojamų eksperimentinių latakų ilgis buvo nepakankamas skendinčiųjų nešmenų pasiskirstymui stabilizuoti. Tai ir buvo tų paklaidų, o kartais ir neteisingų išvadų, priežastis. Analizuojant tyrimų duomenis pastebėta sunkiai paaiškinami nešmenų koncentracijos, tėkmės greičių bei turbulentinių pulsacijų nukrypimai nuo įprastinių. Šie nukrypimai nebuvo matavimų paklaidos ar netikslumai, nes jie reguliariai kartojosi, o eksperimentinių kreivių taškų sklaida buvo maža. Akivaizdu, kad jie atsirado dėl kažkokių dar nenustatytų veiksnių, kurie savaip formavo turbulentinės tėkmės sūkurių struktūrą atliekamų matavimų pjūvyje. Darbo tikslas – nustatyti tos struktūros formavimosi eksperimentiniuose latakuose eigą ir rasti būdų išvengti nešmenų matavimo sistemingujų paklaidų.

Reikšminiai žodžiai: nešmenų dinamika, hidrauliniai tyrimai, sistemingosios paklaidos.

Cистeмныe погрешности в экспериментальныx иccлeдoвaниях взвeceнесущих потокoв в кopoткиx лабораторных лотках

Резюме. Для дальнейшего развития теории взвесенесущего потока многочисленные экспериментальные исследованияпроводятся во многих гидравлических лабораториях мира, так как современная теория еще не в состоянии решитьмногие практические задачи. Однако ни современное лабораторное оборудование, ни методы исследования неявляются достаточно совершенными. Анализ результатов опубликованных исследований показал, что во многихслучаях длина экспериментальных лотков была недостаточной для стабилизации вертикального распределениявзвешенных наносов в потоке воды. Это приводило к существенным систематическим ошибкам, а иногда и к неправильным выводам. Наблюдались трудно объяснимые отклонения получаемых экспериментальных зависимостей от их обыкновенного характера. Они не могли быть объяснены погрешностями измерений, так как былирегулярны, а экспериментальные точки не были слишком разбросаны. Повидимому, они возникли под влияниемеще не установленных факторов. Было необходимо установить причины этих явлений и пути устранения появляющихся ошибок, что и стало целью работы, излагаемой в настоящей статье.

Ключевые слова: взвешенные наносы, гидравлические исследования, систематические погрешности измерения.

Keyword : suspendedsediments, hydraulicinvestigations, biaserrors