This material is based upon work supported by National Science Foundation grants EAR-0810270, EAR-1215898, and EAR-1344280, as well as an&#160;NSF Graduate Research Fellowship.

1. محاكاة البرمجيات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام البرامج الموضحة في هذا القسم. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل وتثبيت الحرة / مفتوحة المصدر متعدد وكيل لغة النمذجة والمحاكاة منصة، NetLogo (المتوفر <a href="http://ccl.northwestern.edu/netlogo/">http://ccl.northwestern.edu/netlogo/،</a> الإصدار 5.1 أو في وقت لاحق). ملاحظة: يتوفر هذا البرنامج في أي تكلفة، ويعمل على جميع أنظمة التشغيل الرئيسية (ويندوز / ماك / لينكس). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل الملفين النصي محاكاة محددة (mousedrop.nlogo وinterface.nlogo) التي تصاحب هذا الإجراء المختبر. (Available: <a href="http://modelingcommons.org/browse/one_model/4259">http://modelingcommons.org/browse/one_model/4259</a> and <a href="http://modelingcommons.org/browse/one_model/4258">http://modelingcommons.org/browse/one_model/4258</a> ) ملاحظة: بمجرد تثبيت منصة محاكاة وتم تحميلها هذه الملفات، هذه الملفات النقر المزدوج يفتح تلقائيا رانه المحاكاه تصل، جاهزة للتشغيل. </li></ol></li></ol> 2. المسايل مظاهرة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد المسايل المختبر حتى يتسنى لجميع المعلمات (الجدول 1) تقع ضمن محاكاة mousedrop القيود مجموعة المعلمة. ملاحظة: يمكن تعديل القيود في mousedrop، إذا لزم الأمر لنظام فيزيائي عن طريق تحرير المتزلجون. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> صب طبقة من حوالي 15-25 سم من الرمل في المسايل. قياس وتسجيل التوصيل الهيدروليكي ومسامية الرمل التالية الأساليب القياسية 32،33. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ملء المسايل مع ما يقرب من 20-30 سم من الماء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء المسايل وزيادة معدل تدفق إلى المستوى الذي هو سريع بما فيه الكفاية لنقل حبيبات الرمل، وبالتالي إلى خلق bedforms. ملاحظة: يمكن تعديل معدل التدفق لمواصلة تهذيب خصائص bedform مع الممارسة. أحجام Bedform هي نتيجة لمعدل التدفق، وعمق المياه وخصائص الرمال. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> السماح bedforms لتطوير FOص 12-24 ساعة لتشكيل الكثبان الرملية الطبيعية / مورفولوجيا مضاعف. لتسريع هذه العملية يدويا تشكيل الكثبان العادية، ومن ثم السماح نقل الرواسب ل12/04 ساعة. بدلا من ذلك، تشكل الكثبان الثلاثي العادية يدويا. ملاحظة: سوف الكثبان الثلاثي منتظم تسفر عن أنماط منتظمة الصرف hyporheic، ولكن لن تظهر الكثير من التعقيد كما الكثبان الرملية الطبيعية / bedforms تموج. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مرة واحدة يتم تحقيق bedforms المطلوب، والحد من معدل تدفق المياه إلى أن يتباطأ نقل الرواسب السرير وخصائص bedform تتوقف المتغيرة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نلاحظ بصريا الحركة من الحبوب الرواسب التي تضم السرير، والحد من تدفق حتى توقف الحركة. ملاحظة: هذا الحفاظ على التشكل السرير لمدة التجربة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> للتأكد من أن بطيئة، والحركة العرضية لا يحدث، أو علامة bedform صورة المواقف ومن ثم مراقبة في وقت لاحق. ملاحظة: من المهم فقط أن bedforms لا تتحرك بشكل كبير خلال الإطار الزمني للتجربة، بحيث يوفرفترة الملاحظة كافية لتأكيد أن bedforms مستقرة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط المنحدر المسايل و / أو عمق المياه لتحقيق تدفق موحد تحت معدل تدفق منخفض. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قناة التحكم المنحدر من خلال المعدات التي شيدت في المسايل، وعادة إما جاك بمحركات أو من ناحية كرنك. ضبط عمق المياه عن طريق إضافة أو إزالة المياه من المسايل. ملاحظة: في الإعداد التجريبية المستخدمة هنا، هي التي شنت على المسايل كامل على المحور في نهاية المصب، ويتم تعيين المنحدر من قبل جاك بمحركات في نهاية المنبع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أثناء تشغيل المضخة، تحديد موقعين طولية ملحوظ مع خطوط عمودية إلى الجزء السفلي من المسايل. في هذه المواقع، استخدام مسطرة لقياس المسافة على طول هذه الخطوط المتعامدة، وبين سطح الماء والجزء السفلي من المسايل. ملاحظة: اعتمادا على الإعداد المسايل، والجزء السفلي من المسايل قد يكون بمثابة خط المرجعية أفضل منحدر من الجزء السفلي من المسايل. اختيار لارسوف الالماني مسافة طولية تسفر عن مزيد من الدقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط المنحدر من المسايل و / أو عمق المياه وإعادة قياس حتى قياسات المسافة العمودية هي نفسها لتحقيق تدفق منتظم. قياس المسافة الأفقية منحدر على طول الجزء السفلي من المسايل بين هذه المواقع طولية اثنين. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وقف ضخ وانتظر المياه لوقف التحرك. هذا سيوفر سطح مستو. إعادة قياس المسافة بين الجزء العلوي من المسايل وسطح المياه في كل موقع الطولي. ملاحظة: منحدر قناة يساوي الفرق بين هذه القياسات، مقسوما على المسافة الأفقية منحدر بينهما. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعادة تشغيل المضخة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد قسم الاختبار، الذي يجب أن يكون موقعا قرب نهاية المتوسطة أو المصب من المسايل حيث شكلت الكثبان نمط منتظم. تأكد من أن هذا القسم يشمل bedform كامل واحد على الأقل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس وتسجيل متوسط ​​عمق الرواسب (D) في اله اختبار القسم مع أي ابتكار قياس اليد (الحكام شفافة مثالية). لالبساطة، استخدم متوسط ​​المسافة من قمة والحوض الصغير إلى أسفل المسايل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس وتسجيل ارتفاع متوسط ​​bedform في قسم الاختبار، الذي يعرف بأنه الفرق بين عمق الرواسب في قمة وعمق الرواسب في القاع مع الحاكم. قياس عدة bedforms للحصول على تقدير جيد من المتوسط. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مرة أخرى باستخدام المسطرة، وقياس وتسجيل متوسط ​​عمق المياه (د) في قسم الاختبار، الذي يعرف بأنه متوسط ​​المسافة من سطح الماء إلى سرير الرمل. مرة أخرى، استخدم عمق المياه متوسط ​​في القمم الكثبان الرملية وأحواض للبساطة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تسجيل معدل التدفق قناة (س) من مقياس الجريان، وحساب متوسط ​​السرعة كما Q / (د * ث)، حيث ث هو عرض من المسايل ود هو عمق المياه. ملاحظة: يتم إدخال لدينا مقياس الجريان في حلقة إعادة تدوير المسايل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياسوسجل متوسط ​​الطول الموجي bedform في قسم الاختبار. عادة، وقياس الطول الموجي والمسافة بين قمم الكثبان الرملية المتعاقبة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح محاكاة Mousedrop (في منصة NetLogo) وتأكد من أن جميع القياسات تقع ضمن نطاقات متغير المحددة في واجهة المستخدم المحاكاة. إذا سقطت المعلمة المقاسة خارج نطاق القيد، وضبط مجموعة المعلمة محاكاة بالنقر بزر الماوس الأيمن على المعلمة &quot;المنزلق&quot;، واختيار &quot;تحرير&quot;، وضبط دقيقة / القيم كحد أقصى. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصور الصرف hyporheic. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط الكاميرا في مكان ثابت (يفضل أن يكون على ترايبود) أشار متعامد على الجدار المسايل مع bedform واحد في قسم اختبار تركز في الصورة. ملاحظة: هذا سوف تجنب مشاكل منظور مائل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التقاط صورة اختبار للتحقق من الظروف. ضبط الإضاءة إذا التأملات هي المشكلة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام المحاقن والإبر، وجعل 2-3 الصغيرة ط صبغnjections بالقرب من الجدار المسايل. تأكد من أن هذه الحقن شكل بقع ~ الجولة 2 سم من porewater الملونة في مجموعة متنوعة من المواقع الرأسي والأفقي. استخدام الرعاية للحد من التأثير السلبي على السرير الرمال خلال الحقن. ملاحظة: حقن كميات صغيرة من الصبغة تسمح للمستخدم معرفة المزيد من التفاصيل وعرض مسارات تدفق الفردية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تسجيل وقت بدء حقن صبغة وتأخذ الصورة الأولية. اختياري: يمكن أن يكون التعليمي لتتبع الجبهات الصبغة الأولية مع علامات على ورقة الشفافية، بحيث تكون حركة صبغ ملاحظتها بسهولة في المختبر، ولكن هذه الخطوط أيضا عرقلة أجزاء صغيرة من الجبهات الصبغة في الصور، حتى لا يكون هناك بالتجارة إيقاف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> القبض على مواقف صبغ الجبهة في فترات زمنية مناسبة. للمرة الفاصل بين التصوير الفوتوغرافي، استخدم 30 فترات ثانية لإعطاء النتائج على نحو سلس. </li></ol></li></ol> 3. محاكاة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل المحاكاة 1: Mousedrop ومقارنتها مع نقل صبغ الملحوظ.<ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح البرنامج النصي محاكاة اسمه Mousedrop.nlogo. <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/53285/53285fig2.jpg" width="600" /> الشكل 2. Mousedrop. وهذا يدل على استشفاف حيث هي في 7 حالات مختلفة في الوقت المناسب. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53285/53285fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط معلمات النظام البدنية هو مبين في الجدول رقم 1 لتتناسب مع الظروف التجريبية المسايل (على وجه التحديد: لامبدا، BedformHeight، BedDepth، HydrCond، المسامية، ChannelVelocity، العمق، والمنحدر). ومن المؤكد أن تولي اهتماما كبيرا لوحدات عند دخول معلمات الإدخال. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط المتزلجون TIME1، Time2، وما إلى ذلك لتشير إلى الأوقات التي ستغير محاكاة تتبع اللون. تعيين هذه التغييرات اللون لتتناسب مرات المراقبة من أجل تسهيل المقارنة بين نتائج المحاكاة مع الملاحظات. ملاحظة: إذا تم تعيين كافة المعلمات الوقت إلى 0، فإن محاكاة عرض لون واحد طوال الوقت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد أن يتم تعيين كافة المعلمات، انقر فوق الزر الإعداد. ملاحظة: يجب أن تظهر bedform في عرض المحاكاة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انقر على زر الفأرة الإفلات تشير إلى المواقع بدءا من استشفاف الافتراضية. لاحظ أن مواقع متعددة في السرير يمكن النقر عليها. عقد الماوس لأسفل لاطلاق سراح التتبع أكثر الظاهري. عندما محاكاة حركة صبغ، واستخدام الماوس إلى أي تتبع الجبهات صبغ (الحدود حول صبغ) أو ملء كامل مساحة المنطقة المصبوغة. ملاحظة: سوف تقديم مزيد من التتبع الظاهري يتسبب في محاكاة لتشغيل أكثر ببطء. سوف تختلف على أفضل النتائج البصرية مع أداء جهاز الكمبيوتر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مرة واحدة وضعت كل من استشفاف الافتراضية، يمكنك إما النقر فوق زر المسبق لفي المرة القادمة، والتي سوف تبدأ المحاكاة ثم إيقافه في المرة الأولى أو يمكنك النقر على زر العودة / إيقاف لبدء simulأوجه إلى أجل غير مسمى. لا إعادة انقر على زر الإعداد، أو سوف استشفاف أن توضع مرة أخرى. ملاحظة: بمجرد أن تبدأ المحاكاة تشغيل، يتم حساب سرعة لموقع كل التتبع على أساس المعلمات المحاكاة في المعادلات 4 و 5. والتحركات التتبع وفقا لمجال سرعة لمدة 100 ثانية محاكاة ومن ثم يتم حساب سرعة في الموقع الجديد ويتكرر هذا الإجراء حتى يترك التتبع النظام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اختياريا، انقر فوق زر التنقل / توقف مرارا وتكرارا إلى وقفة / تواصل المحاكاة. مقارنة التوزيعات صبغ محاكاة وقياس في نقاط مختلفة في الوقت المناسب. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل المحاكاة 2: واجهة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح البرنامج النصي بعنوان اجهة. <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/53285/53285fig3.jpg" width="600" /> الرقم 3. واجهة. وهذا يدل على 370 استشفاف التي تتدفق من خلال باطن الأرض باستخدام المحاكاة واجهة. السلطة الفلسطينية التتبعوتشير تي إتش إس حيث كان كل التتبع منذ بدء تشغيله في واجهة سطح المياه تحت السطحية. في نهاية المطاف كل مسارات التدفق يجب أن تعود إلى المياه السطحية. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53285/53285fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> ملاحظة: هذا البرنامج النصي يقدم استشفاف الظاهرية على سطح مجرى النهر بطريقة التمويه المرجحة على أساس سرعات تحت السطحية المحسوبة. وهذا يوفر التمثيل المرئي للكميات النسبية من المياه المتدفقة إلى (وخارج) في مجرى النهر في مواقع مختلفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تبدأ بالضغط الإعداد تليها دفعة و/ إيقاف. ملاحظة: سيتم تشغيل هذا محاكاة مع الإعدادات الافتراضية. ضبط مفتاح إعادة الإفلات؟ في البداية إلى الخروج، لذلك سيتم تآمر على توزيع الوقت الإقامة التراكمي مع مرور الوقت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد مراقبة محاكاة مع المعلمات الافتراضية، انقر فوق ذهاب / إيقاف لوقف المحاكاة. </li><li&gt; تغيير معلمة واحدة أو أكثر ثم انقر فوق الإعداد تليها دفعة و/ إيقاف. ملاحظة: هذا إعادة تشغيل المحاكاة مع المعلمات التي تم اختيارها. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Huettel, M., Webster, I. T., Bordeau, B. P., J&#248;rgensen, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Porewater flow in permeable sediments. In: The benthic boundary layer: Transport processes and biogeochemistry. , 144-179 (2001).</li><li>Bencala, K. E., Walters, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation+of+Solute+Transport+in+a+Mountain+Pool-and-Riffle+Stream+-+a+Transient+Storage+Model.">Simulation of Solute Transport in a Mountain Pool-and-Riffle Stream - a Transient Storage Model.</a> Water Resour Res. 19, 718-724 (1983).</li><li>Williams, D. D., Hynes, H. B. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Occurrence+of+Benthos+Deep+in+Substratum+of+a+Stream.">Occurrence of Benthos Deep in Substratum of a Stream.</a> Freshwater Biol. 4, 233-255 (1974).</li><li>Benner, S. G., Smart, E. W., Moore, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal+Behavior+during+Surface+Groundwater+Interaction,+Silver-Bow+Creek,+Montana.">Metal Behavior during Surface Groundwater Interaction, Silver-Bow Creek, Montana.</a> Environ Sci Technol. 29, 1789-1795 (1995).</li><li>Fuller, C. C., Harvey, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+uptake+of+trace+metals+in+the+hyporheic+zone+of+a+mining-contaminated+stream,+Pinal+Creek,+Arizona.">Reactive uptake of trace metals in the hyporheic zone of a mining-contaminated stream, Pinal Creek, Arizona.</a> Environ Sci Technol. 34, 1150-1155 (2000).</li><li>Jones, J. B., Mulholland, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Streams and Ground Waters. , (1999).</li><li>McKnight, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectrofluorometric+characterization+of+dissolved+organic+matter+for+indication+of+precursor+organic+material+and+aromaticity.">Spectrofluorometric characterization of dissolved organic matter for indication of precursor organic material and aromaticity.</a> Limnol Oceanogr. 46, 38-48 (2001).</li><li>Mulholland, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inter-biome+comparison+of+factors+controlling+stream+metabolism.">Inter-biome comparison of factors controlling stream metabolism.</a> Freshwater Biol. 46, 1503-1517 (2001).</li><li>Peterson, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+nitrogen+export+from+watersheds+by+headwater+streams.">Control of nitrogen export from watersheds by headwater streams.</a> Science. 292, 86-90 (2001).</li><li>Goolsby, D. A., Battaglin, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+changes+in+concentrations+and+flux+of+nitrogen+in+the+Mississippi+River+Basin,+USA.">Long-term changes in concentrations and flux of nitrogen in the Mississippi River Basin, USA.</a> Hydrol Process. 15, 1209-1226 (2001).</li><li>Rabalais, N. N., Smith, L. E., Harper, D. E., Justic, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+seasonal+hypoxia+on+continental+shelf+benthos.">Effects of seasonal hypoxia on continental shelf benthos.</a> Coast Est S. 58, 211-240 (2001).</li><li>Huettel, M., Gust, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+bioroughness+on+interfacial+solute+exchange+in+permeable+sediments.">Impact of bioroughness on interfacial solute exchange in permeable sediments.</a> Mar Ecol Prog Ser. 89, 253-267 (1992).</li><li>Cardenas, M. B., Wilson, J. L., Haggerty, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Residence+time+of+bedform-driven+hyporheic+exchange.">Residence time of bedform-driven hyporheic exchange.</a> Adv Water Resour. 31, 1382-1386 (2008).</li><li>Stonedahl, S. H., Harvey, J. W., Detty, J., Aubeneau, A., Packman, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+controls+and+predictability+of+stream+hyporheic+flow+evaluated+with+a+multiscale+model.">Physical controls and predictability of stream hyporheic flow evaluated with a multiscale model.</a> Water Resour Res. 48, (2012).</li><li>Stonedahl, S. H., Harvey, J. W., W&#246;rman, A., Salehin, M., Packman, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+multiscale+model+for+integrating+hyporheic+exchange+from+ripples+to+meanders.">A multiscale model for integrating hyporheic exchange from ripples to meanders.</a> Water Resour Res. 46, (2010).</li><li>W&#246;rman, A., Packman, A. I., Marklund, L., Harvey, J. W., Stone, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fractal+topography+and+subsurface+water+flows+from+fluvial+bedforms+to+the+continental+shield.">Fractal topography and subsurface water flows from fluvial bedforms to the continental shield.</a> Geophys Res Lett. 34, (2007).</li><li>Tonina, D., Buffington, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+three-dimensional+model+for+analyzing+the+effects+of+salmon+redds+on+hyporheic+exchange+and+egg+pocket+habitat.">A three-dimensional model for analyzing the effects of salmon redds on hyporheic exchange and egg pocket habitat.</a> Can J Fish Aquat Sci. 66, 2157-2173 (2009).</li><li>Elliott, A. H., Brooks, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transfer+of+nonsorbing+solutes+to+a+streambed+with+bed+forms:+Theory.">Transfer of nonsorbing solutes to a streambed with bed forms: Theory.</a> Water Resour Res. 33, 123-136 (1997).</li><li>Elliott, A. H., Brooks, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transfer+of+nonsorbing+solutes+to+a+streambed+with+bed+forms:+Laboratory+experiments.">Transfer of nonsorbing solutes to a streambed with bed forms: Laboratory experiments.</a> Water Resour Res. 33, 137-151 (1997).</li><li>W&#246;rman, A., Packman, A. I., Marklund, L., Harvey, J. W., Stone, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exact+three-dimensional+spectral+solution+to+surface-groundwater+interactions+with+arbitrary+surface+topography.">Exact three-dimensional spectral solution to surface-groundwater interactions with arbitrary surface topography.</a> Geophys Res Lett. 33, (2006).</li><li>Janssen, F., Cardenas, M. B., Sawyer, A. H., Dammrich, T., Krietsch, J., de Beer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+experimental+and+multiphysics+computational+fluid+dynamics+study+of+coupled+surface-subsurface+flow+in+bed+forms.">A comparative experimental and multiphysics computational fluid dynamics study of coupled surface-subsurface flow in bed forms.</a> Wat Resour Res. 48, (2012).</li><li>Shen, H. W., Fehlman, H. M., Mendoza, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bed+Form+Resistances+in+Open+Channel+Flows.">Bed Form Resistances in Open Channel Flows.</a> J Hydraul Eng-Asce. 116, 799-815 (1990).</li><li>Ma, J., Nickerson, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hands-on+simulated,+and+remote+laboratories:+A+comparative+literature+review.">Hands-on simulated, and remote laboratories: A comparative literature review.</a> Acm Comput Surv. 38, (2006).</li><li>Nersessian, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conceptual+change+in+science+and+in+science+education.">Conceptual change in science and in science education.</a> Synthese. 80, 163-183 (1989).</li><li>Magin, D., Kanapathipillai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+students'+understanding+of+the+role+of+experimentation.">Engineering students' understanding of the role of experimentation.</a> European Journal of Engineering Education. 25, 351-358 (2000).</li><li>Shin, D., Yoon, E. S., Lee, K. Y., Lee, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+web-based,+interactive+virtual+laboratory+system+for+unit+operations+and+process+systems+engineering+education:+issues,+design+and+implementation.">A web-based, interactive virtual laboratory system for unit operations and process systems engineering education: issues, design and implementation.</a> Comput Chem Eng. 26, 319-330 (2002).</li><li>Smith, P. R., Pollard, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Role+of+Computer-Simulations+in+Engineering-Education.">The Role of Computer-Simulations in Engineering-Education.</a> Comput Educ. 10, 335-340 (1986).</li><li>Gillet, D., Ngoc, A. V. N., Rekik, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Collaborative+web-based+experimentation+in+flexible+engineering+education.">Collaborative web-based experimentation in flexible engineering education.</a> Ieee T Educ. 48, 696-704 (2005).</li><li>Subramanian, R., Marsic, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ViBE:+Virtual+biology+experiments.">ViBE: Virtual biology experiments.</a> Proceedings of the 10th international conference on World Wide Web. , 316-325 (2001).</li><li>Blikstein, P., Fuhrmann, T., Greene, D., Salehi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bifocal+Modeling:+Mixing+Real+and+Virtual+Labs+for+Advanced+Science+Learning.">Bifocal Modeling: Mixing Real and Virtual Labs for Advanced Science Learning.</a> Proceedings of Idc 2012: The 11th International Conference on Interaction Design and Children. , 296-299 (2012).</li><li>Freeze, R. A., Cherry, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Groundwater. , (1979).</li><li>Todd, D. K., Mays, L. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Groundwater Hydrology. , (2005).</li><li>Box, G. E., Draper, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Empirical Model-Building and Response Surfaces. , (1987).</li><li>Flavell, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metacognition+and+cognitive+monitoring:+A+new+area+of+cognitive&#8211;developmental+inquiry.">Metacognition and cognitive monitoring: A new area of cognitive&#8211;developmental inquiry.</a> American Psychologist. 34, 906 (1979).</li><li>Bransford, J. D., Brown, A. L., Cocking, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> How People Learn. , (2000).</li><li>Pintrich, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+metacognitive+knowledge+in+learning,+teaching,+and+assessing.">The role of metacognitive knowledge in learning, teaching, and assessing.</a> Theor Pract. 41 (4), 219-225 (2002).</li><li>Zohar, A., Ben David, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paving+a+clear+path+in+a+thick+forest:+a+conceptual+analysis+of+a+metacognitive+component.">Paving a clear path in a thick forest: a conceptual analysis of a metacognitive component.</a> Metacogn Learn. 4, 177-195 (2009).</li><li>Fox, A., Boano, F., Arnon, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+losing+and+gaining+streamflow+conditions+on+hyporheic+exchange+fluxes+induced+by+dune-shaped+bed+forms.">Impact of losing and gaining streamflow conditions on hyporheic exchange fluxes induced by dune-shaped bed forms.</a> Water Resour Res. 50, 1895-1907 (2014).</li><li>Norman, F. A., Cardenas, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transport+in+hyporheic+zones+due+to+bedforms:+An+experimental+study.">Heat transport in hyporheic zones due to bedforms: An experimental study.</a> Water Resour Res. 50, 3568-3582 (2014).</li><li>Precht, E., Huettel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+wave-driven+advective+pore+water+exchange+in+a+permeable+coastal+sediment.">Rapid wave-driven advective pore water exchange in a permeable coastal sediment.</a> J Sea Res. 51, 93-107 (2004).</li><li>Salehin, M., Packman, A. I., Paradis, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyporheic+exchange+with+heterogeneous+streambeds:+Laboratory+experiments+and+modeling.">Hyporheic exchange with heterogeneous streambeds: Laboratory experiments and modeling.</a> Water Resour Res. 40, (2004).</li><li>Cardenas, M. B., Wilson, J. L., Zlotnik, V. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+heterogeneity,+bed+forms,+and+stream+curvature+on+subchannel+hyporheic+exchange.">Impact of heterogeneity, bed forms, and stream curvature on subchannel hyporheic exchange.</a> Water Resour Res. 40, (2004).</li><li>Sawyer, A. H., Cardenas, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyporheic+flow+and+residence+time+distributions+in+heterogeneous+cross-bedded+sediment.">Hyporheic flow and residence time distributions in heterogeneous cross-bedded sediment.</a> Water Resour Res. 45, (2009).</li><li>Boano, F., Camporeale, C., Revelli, R., Ridolfi, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sinuosity-driven+hyporheic+exchange+in+meandering+rivers.">Sinuosity-driven hyporheic exchange in meandering rivers.</a> Geophys Res Lett. 33, (2006).</li><li>Cardenas, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+for+lateral+hyporheic+flow+based+on+valley+slope+and+channel+sinuosity.">A model for lateral hyporheic flow based on valley slope and channel sinuosity.</a> Water Resour Res. 45, (2009).</li><li>Tonina, D., Buffington, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyporheic+exchange+in+gravel+bed+rivers+with+pool-riffle+morphology:+Laboratory+experiments+and+three-dimensional+modeling.">Hyporheic exchange in gravel bed rivers with pool-riffle morphology: Laboratory experiments and three-dimensional modeling.</a> Water Resour Res. 43, (2007).</li><li>Harbaugh, A. W., Banta, E. R., Hill, M. C., McDonald, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> MODFLOW-2000, the US Geological Survey modular ground-water model: User guide to modularization concepts and the ground-water flow process. , (2000).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

بالتزامن، تقدم المظاهرة وتتبع الجسيمات المحاكاة المسايل مقدمة شاملة إلى تدفق hyporheic لمجموعة من الجماهير. وقدم المشاركون من جميع المستويات أدلة بصرية لحدوث تبادل hyporheic الناجمة عن bedforms، وتباين قوي في مسارات التدفق تحت سطح الأرض تحت bedforms. ويمكن استخدام هذه الإجراءات كم?...

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1244">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:117px;">Flume</td>
			<td style="width:199px;">Engineering Laboratory Design</td>
			<td style="width:125px;">Custom</td>
			<td style="width:804px;">Laboratory flume with clear sides for 24-48 hours</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Flowmeter</td>
			<td>Rosemount&#160;</td>
			<td>8800 vortex&#160;</td>
			<td style="width:804px;">This is located inside the recirculation loop of the flume</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sand</td>
			<td>US. Silica</td>
			<td>F30</td>
			<td style="width:804px;">Research-grade sand to form a layer 10-20 cm deep throughout the flume</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Dye</td>
			<td>Samples from food companies</td>
			<td></td>
			<td style="width:804px;">Water-soluble food grade dye made into an aqueous solution.&#160; Dark colors like red, blue and green work best. (Avoid food dyes in propylene glycol)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Syringe</td>
			<td>HSW</td>
			<td>4100.000V0</td>
			<td style="width:804px;">5-10 mL, e.g. HSW Norm-Ject 2-part disposable syringe</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Pipetting Needle</td>
			<td>Cadence Science</td>
			<td>7942</td>
			<td>14-gage, 6-in blunt end,&#160; to inject the dye deep into the sand.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Digital Camera</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td style="width:804px;">Digital camera with steady tripod (Time lapse cameras can be used to collect rapid evenly spaced data.)&#160; We used a Nikon D7000.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ruler</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td style="width:804px;">Transparent is best.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Measuring Tape</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td style="width:804px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Netlogo Software</td>
			<td>CCL</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://ccl.northwestern.edu/netlogo/">http://ccl.northwestern.edu/netlogo/</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Mousedrop.nlogo</td>
			<td>Netlogo Commons</td>
			<td align="right">4259</td>
			<td><a href="http://modelingcommons.org/browse/one_model/4259">http://modelingcommons.org/browse/one_model/4259</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Interface.nlogo</td>
			<td>Netlogo Commons</td>
			<td align="right">4258</td>
			<td><a href="http://modelingcommons.org/browse/one_model/4258">http://modelingcommons.org/browse/one_model/4258</a></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

visualizing hyporheic flow through bedforms using dye experiments and simulation

التبادل عبر الهوائي الأفقي بين الفضاء المسام من الرواسب وعمود الماء المغطي، ودعا الصرف hyporheic في البيئات النهرية، يدفع النقل المذاب في الأنهار والعديد من العمليات البيولوجية الكيميائية الهامة. لتحسين فهم هذه العمليات من خلال مظاهرة البصرية، أنشأنا محاكاة تدفق hyporheic في متعدد وكيل النمذجة الحاسوبية منصة NetLogo. وتبين المحاكاة الافتراضية التتبع التي تتدفق من خلال مجرى النهر مغطاة bedforms ثنائي الأبعاد. وتستخدم الرواسب، والتدفق، وbedform الخصائص كما المتغيرات الإدخال للنموذج. نحن لتوضيح كيف تطابق هذه المحاكاة الملاحظات التجريبية من التجارب المسايل المختبر، استنادا للمعلمات الإدخال قياسها. يتم حقن صبغة في الرواسب المسايل لتصور تدفق porewater. وعلى سبيل المقارنة توضع الجسيمات التتبع الافتراضية في نفس المواقع في المحاكاة. وقد استخدمت هذه المحاكاة ومختبر التجربة يقترن بنجاح في المرحلة الجامعية وgraduaمختبرات الشركة المصرية للاتصالات لتصور مباشرة التفاعلات النهر porewater وتظهر كيف محاكاة التدفق على جسديا يمكن أن تتكاثر الظواهر البيئية. استغرق الطلاب صورا للسرير من خلال الجدران المسايل شفافة وقارنوها الأشكال من الصبغة في الأوقات نفسها في المحاكاة. وأدى ذلك إلى اتجاهات متشابهة جدا، والذي يسمح للطلاب لفهم أفضل لكل من أنماط تدفق والنموذج الرياضي. المحاكاة كما تسمح للمستخدم لتصور بسرعة تأثير كل معلمة الإدخال عن طريق تشغيل المحاكاة متعددة. ويمكن أيضا أن تستخدم هذه العملية في تطبيقات البحوث لتوضيح العمليات الأساسية، تتصل تدفقات بينية والنقل porewater، ودعم النماذج القائمة على عملية الكمي.

استخدام المحاكاة بالتزامن مع التجارب يتيح للطلاب لمراقبة أوجه التشابه والاختلاف بين النماذج الرياضية المثالية والنظم الحقيقية أكثر تعقيدا. يبين الشكل 4 مثالا مقارنة الصور حقن الصبغة مع المحاكاة Mousedrop. يتم استخدام صورة أولية لتحديد وضع الصبغة الكاشفة ?...

Watch this Scientific Journal Video about Visualizing Hyporheic Flow Through Bedforms Using Dye Experiments and Simulation at JoVE.com

Visualizing Hyporheic Flow Through Bedforms Using Dye Experiments and Simulation

This manuscript describes how to create regular bedforms in a flume, visualize flow through the bedforms, and use computer simulations to simulate the hyporheic flow. The computer simulations compare well with the experimental observations. This coupled simulation and experiment is well-suited for both research and educational purposes.

تصور Hyporheic تدفق من خلال Bedforms عن طريق التجارب صبغ والمحاكاة

Advective exchange between the pore space of sediments and the overlying water column, called hyporheic exchange in fluvial environments, drives solute ...

visualizing-hyporheic-flow-through-bedforms-using-dye-experiments

Universidad de Cartagena UDEC

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Civil Engineering

Engineering

Unit 1

Dimensional Analysis, Similitude, and Modeling

SCIENTISTS IN ACTION

12.1K Views.  St. Ambrose University. This manuscript describes how to create regular bedforms in a flume, visualize flow through the bedforms, and use computer simulations to simulate the hyporheic flow. The computer simulations compare well with the experimental observations. This coupled simulation and experiment is well-suited for both research and educational purposes. 

Video: Visualizing Hyporheic Flow Through Bedforms Using Dye Experiments and Simulation

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Metamaterials (MM), artificial materials engineered to have properties that may not be found in nature, have been widely explored since the first theoretical1 and experimental demonstration2 of their unique properties. MMs can provide a highly controllable electromagnetic response, and to date have been demonstrated in every technologically relevant spectral range including the optical3, near IR4, mid IR5 , THz6 , mm-wave7 , microwave8 and radio9 bands. Applications include perfect lenses10, sensors11, telecommunications12, invisibility cloaks13 and filters14,15. We have recently developed single band16, dual band17 and broadband18 THz metamaterial absorber devices capable of greater than 80% absorption at the resonance peak. The concept of a MM absorber is especially important at THz frequencies where it is difficult to find strong frequency selective THz absorbers19. In our MM absorber the THz radiation is absorbed in a thickness of ~ &lambda;/20, overcoming the thickness limitation of traditional quarter wavelength absorbers. MM absorbers naturally lend themselves to THz detection applications, such as thermal sensors, and if integrated with suitable THz sources (e.g. QCLs), could lead to compact, highly sensitive, low cost, real time THz imaging systems.

This protocol outlines the simulation, fabrication and characterization of THz metamaterial absorbers. Such absorbers, when coupled with an appropriate sensor, have applications in THz imaging and spectroscopy.

المحاكاة، تصنيع وتوصيف امتصاص Metamaterial THz

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is presented. The SANS shear cell consists of a concentric cylinder Couette geometry that is sealed and rotating about a horizontal axis so that the vorticity direction of the flow field is aligned with the neutron beam enabling scattering from the 1-2 plane of shear (velocity-velocity gradient, respectively). This approach is an advance over previous shear cell sample environments as there is a strong coupling between the bulk rheology and microstructural features in the 1-2 plane of shear. Flow-instabilities, such as shear banding, can also be studied by spatially resolved measurements. This is accomplished in this sample environment by using a narrow aperture for the neutron beam and scanning along the velocity gradient direction. Time resolved experiments, such as flow start-ups and large amplitude oscillatory shear flow are also possible by synchronization of the shear motion and time-resolved detection of scattered neutrons. Representative results using the methods outlined here demonstrate the useful nature of spatial resolution for measuring the microstructure of a wormlike micelle solution that exhibits shear banding, a phenomenon that can only be investigated by resolving the structure along the velocity gradient direction. Finally, potential improvements to the current design are discussed along with suggestions for supplementary experiments as motivation for future experiments on a broad range of complex fluids in a variety of shear motions.

A shear cell is developed for small-angle neutron scattering measurements in the velocity-velocity gradient plane of shear and is used to characterize complex fluids. Spatially resolved measurements in the velocity gradient direction are possible for studying shear-banding materials. Applications include investigations of colloidal dispersions, polymer solutions, and self-assembled structures.

قياس المواد المجهرية تحت التدفق باستخدام الطائرة 1-2 التدفق الصغيرة زاوية تشتت النيوترونات

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at a frequency above the acoustic range (20 kHz). As a solid-state technology, ultrasonic lubrication can be used where conventional lubricants are unfeasible or undesirable. Further, ultrasonic lubrication allows for electrical modulation of the effective friction coefficient between two sliding surfaces. This property enables adaptive systems that modify their frictional state and associated dynamic response as the operating conditions change. Surface wear can also be reduced through ultrasonic lubrication. We developed a protocol to investigate the dependence of friction force reduction and wear reduction on the linear sliding velocity between ultrasonically lubricated surfaces. A pin-on-disc tribometer was built which differs from commercial units in that a piezoelectric stack is used to vibrate the pin at 22 kHz normal to the rotating disc surface. Friction and wear metrics including effective friction force, volume loss, and surface roughness are measured without and with ultrasonic vibrations at a constant pressure of 1 to 4 MPa and three different sliding velocities: 20.3, 40.6, and 87 mm/sec. An optical profilometer is utilized to characterize the wear surfaces. The effective friction force is reduced by 62% at 20.3 mm/sec. Consistently with existing theories for ultrasonic lubrication, the percent reduction in friction force diminishes with increasing speed, down to 29% friction force reduction at 87 mm/sec. Wear reduction remains essentially constant (49%) at the three speeds considered.

We present a protocol for using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer to investigate the dependence of ultrasonic wear and friction reduction on linear velocity, contact pressure, and surface properties.

تجارب على الموجات فوق الصوتية التزييت باستخدام Tribometer Piezoelectrically بمساعدة وProfilometer البصرية

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Knowledge Based Cloud FE Simulation of Sheet Metal Forming Processes

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the efficiency and lowering the development time of such processes, whilst reducing costs involved in trial-and-error prototyping. Recent focus on the substitution of steel components with aluminum alloy alternatives in the automotive and aerospace sectors has increased the need to simulate the forming behavior of such alloys for ever more complex component geometries. However these alloys, and in particular their high strength variants, exhibit limited formability at room temperature, and high temperature manufacturing technologies have been developed to form them. Consequently, advanced constitutive models are required to reflect the associated temperature and strain rate effects. Simulating such behavior is computationally very expensive using conventional FE simulation techniques.
This paper presents a novel Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE) simulation technique that combines advanced material and friction models with conventional FE simulations in an efficient manner thus enhancing the capability of commercial simulation software packages. The application of these methods is demonstrated through two example case studies, namely: the prediction of a material's forming limit under hot stamping conditions, and the tool life prediction under multi-cycle loading conditions.

The following paper presents a novel FE simulation technique (KBC-FE), which reduces computational cost by performing simulations on a cloud computing environment, through the application of individual modules. Moreover, it establishes a seamless collaborative network between world leading scientists, enabling the integration of cutting edge knowledge modules into FE simulations.

المعرفة وبناء سحابة FE محاكاة عمليات رقة تشكيل المعادن

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the ...

Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent this outflow, a control device is required. A siphon breaker is a type of safety device that can be utilized to control the loss of coolant water effectively.
To analyze the characteristics of siphon breaking, a real-scale experiment was conducted. From the results of the experiment, it was found that there are several design factors that affect the siphon breaking phenomenon. Therefore, there is a need to develop a theoretical model capable of predicting and analyzing the siphon breaking phenomenon under various design conditions. Using the experimental data, it was possible to formulate a theoretical model that accurately predicts the progress and the result of the siphon breaking phenomenon. The established theoretical model is based on fluid mechanics and incorporates the Chisholm model to analyze two-phase flow. From Bernoulli&#39;s equation, the velocity, quantity, undershooting height, water level, pressure, friction coefficient, and factors related to the two-phase flow could be obtained or calculated. Moreover, to utilize the model established in this study, a siphon breaker analysis and design program was developed. The simulation program operates on the theoretical model basis and returns the result as a graph. The user can confirm the possibility of the siphon breaking by checking the shape of the graph. Furthermore, saving the entire simulation result is possible and it can be used as a resource for analyzing the real siphon breaking system.
In conclusion, the user can confirm the status of the siphon breaking and design the siphon breaker system using the program developed in this study.

The siphon breaking phenomenon was investigated experimentally and a theoretical model was proposed. A simulation program based on the theoretical model was developed and the results of the simulation program were compared with experimental results. It was concluded that the results of the simulation program matched the experimental results well.

دراسة تجربة الكسارة السيفون ومحاكاة لمفاعل للأبحاث

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent ...

Simultaneous Measurement of Turbulence and Particle Kinematics Using Flow Imaging Techniques

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine micro-organisms, and/or sediments in the ocean, or fluidized bed reactors and combustion processes in engineered systems. In order to study the effect of turbulence on the kinematics of particles in such flows, simultaneous measurements of both the flow and particle kinematics are required. Non-intrusive, optical flow measurement techniques for measuring turbulence, or for tracking particles, exist but measuring both simultaneously can be challenging due to interference between the techniques. The method presented herein provides a low cost and relatively simple method to make simultaneous measurements of the flow and particle kinematics. A cross section of the flow is measured using a particle image velocimetry (PIV) technique, which provides two components of velocity in the measurement plane. This technique utilizes a pulsed-laser for illumination of the seeded flow field that is imaged by a digital camera. The particle kinematics are simultaneously imaged using a light emitting diode (LED) line light that illuminates a planar cross section of the flow that overlaps with the PIV field-of-view (FOV). The line light is of low enough power that it does not affect the PIV measurements, but powerful enough to illuminate the larger particles of interest imaged using the high-speed camera. High-speed images that contain the laser pulses from the PIV technique are easily filtered by examining the summed intensity level of each high-speed image. By making the frame rate of the high-speed camera incommensurate with that of the PIV camera frame rate, the number of contaminated frames in the high-speed time series can be minimized. The technique is suitable for mean flows that are predominantly two-dimensional, contain particles that are at least 5 times the mean diameter of the PIV seeding tracers, and are low in concentration.

The technique described herein offers a low cost and relatively simple method to simultaneously measure particle kinematics and turbulence in flows with low particle concentrations. The turbulence is measured using particle image velocimetry (PIV), and particle kinematics are calculated from images obtained with a high-speed camera in an overlapping field-of-view.

قياس واحد من الاضطراب والجسيمات الكينماتيكا التدفق تقنيات التصوير باستخدام

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine ...

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate plasma to high speed; they have considerable potential for future space applications with the significant advantages of high specific impulse and thrust density. In this paper, we present a series of protocols for designing and manufacturing a 100 kW class of AF-MPD thruster with water-cooling structures, a 130 V maximum discharge voltage, a 800 A maximum discharge current, and a 0.25 T maximum strength of magnetic field. A hollow tantalum tungsten cathode acts as the only propellant inlet to inhibit the radial discharge, and it is positioned axially at the rear of the anode in order to relieve anode starvation. A cylindrical divergent copper anode is employed to decrease anode power deposition, where the length has been reduced to decrease the wall-plasma connecting area. Experiments utilized a vacuum system that can achieve a working vacuum of 0.01 Pa for a total propellant mass flow rate lower than 40 mg/s and a target thrust stand. The thruster tests were carried out to measure the effects of the working parameters such as propellant flow rates, the discharge current, and the strength of applied magnetic field on the performance and to allow appropriate analysis. The thruster could be operated continuously for significant periods of time with little erosion on the hollow cathode surface. The maximum power of the thruster is 100 kW, and the performance of this water-cooled configuration is comparable with that of thrusters reported in the literature.

The goal of this protocol is to introduce the design of a 100 kW class applied-field magnetoplasmadynamic thruster and relevant experimental methods.

100 كيلوواط فئة حقل تطبيق ستدمر ماجنيتوبلاسماديناميك

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate ...

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

The quest to understand correlated electronic systems has pushed the frontiers of experimental measurements toward the development of new experimental techniques and methodologies. Here we use a novel home-built uniaxial-strain device integrated into our variable temperature scanning tunneling microscope that enables us to controllably manipulate in-plane uniaxial strain in samples and probe their electronic response at the atomic scale. Using scanning tunneling microscopy (STM) with spin-polarization techniques, we visualize antiferromagnetic (AFM) domains and their atomic structure in Fe1+yTe samples, the parent compound of iron-based superconductors, and demonstrate how these domains respond to applied uniaxial strain. We observe the bidirectional AFM domains in the unstrained sample, with an average domain size of ~50-150 nm, to transition into a single unidirectional domain under applied uniaxial strain. The findings presented here open a new direction to utilize a valuable tuning parameter in STM, as well as other spectroscopic techniques, both for tuning the electronic properties as for inducing symmetry breaking in quantum material systems.

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

Using uniaxial strain combined with spin-polarized scanning tunneling microscopy, we visualize and manipulate the antiferromagnetic domain structure of Fe1+yTe, the parent compound of iron-based superconductors.

تصور التلاعب أونياكسيال سلالة من المجالات فلز الحديد1 +Yالشركة المصرية للاتصالات باستخدام الأقطاب تدور مسح نفق مجهر

The quest to understand correlated electronic systems has pushed the frontiers of experimental measurements toward the development of new experimental ...

Evaluation of an Exclusive Spur Dike U-Turn Design with Radar-Collected Data and Simulation

Traditional U-turn designs can improve operational features obviously, while U-turn diversions and merge segments still cause traffic congestion, conflicts, and delays. An exclusive spur dike U-turn lane design (ESUL) is proposed here to solve the disadvantages of traditional U-turn designs. To evaluate the operation performance of ESUL, a traffic simulation protocol is needed. The whole simulation process includes five steps: data collection, data analysis, simulation model build, simulation calibration, and sensitive analysis. Data collection and simulation model build are two critical steps and are described later in greater detail. Three indexes (travel time, delay, and number of stops) are commonly used in the evaluation, and other parameters can be measured from the simulation according to experimental needs. The results show that the ESUL significantly diminishes the disadvantages of traditional U-turn designs. The simulation can be applied to solve microscopic traffic problems, such as in single or several adjacent intersections or short segments. This method is not suitable for larger scale road networks or evaluations without data collection.

This protocol describes the process of solving a microscopic traffic problem with simulation. The whole process contains a detailed description of data collection, data analysis, simulation model build, simulation calibration, and sensitive analysis. Modifications and troubleshooting of the method are also discussed.

تقييم تصميم حصري لـ Spur Dike U-Turn مع البيانات والمحاكاة التي تم جمعها بالرادار

Traditional U-turn designs can improve operational features obviously, while U-turn diversions and merge segments still cause traffic congestion, ...

Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments

Described is an experimental procedure that enables high-power laser irradiation of microfabricated targets. Targets are brought to the laser focus by a closed feedback loop that operates between the target manipulator and a ranging sensor. The target fabrication process is explained in detail. Representative results of MeV-level proton beams generated by irradiation of 600 nm thick gold foils at a rate of 0.2 Hz are given. The method is compared with other replenishable target systems and the prospects of increasing the shot rates to above 10 Hz are discussed.

A protocol is presented for automated irradiation of thin gold foils with high intensity laser pulses. The protocol includes a step-by-step description of the micromachining target fabrication process and a detailed guide for how targets are brought to the laser&#39;s focus at a rate of 0.2 Hz.

التسليم الآلي لأهداف Microfabricated لتجارب مكثفة بالليزر

Described is an experimental procedure that enables high-power laser irradiation of microfabricated targets. Targets are brought to the laser focus by a ...