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. תוכנת סימולציה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנה מתוארת בסעיף זה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוריד ולהתקין את השפה החופשית / קוד פתוח רב סוכן הדוגמנות ופלטפורמת הדמיה, NetLogo (זמין: <a href="http://ccl.northwestern.edu/netlogo/">http://ccl.northwestern.edu/netlogo/,</a> גרסה 5.1 או מאוחר יותר). הערה: תוכנה זו זמינה ללא עלות והוא פועל על כל מערכות ההפעלה העיקריות (Windows / Mac / לינוקס). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הורד את שני קבצים ספציפיים תסריט סימולציה (mousedrop.nlogo וinterface.nlogo) שמלווים את הליך מעבדה זו. (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> ) הערה: לאחר פלטפורמת ההדמיה מותקנת וקבצים אלה הורדו, קבצים אלה לחיצה כפולה פותח באופן אוטומטי tהוא הסימולציות עד, מוכן להפעלה. </li></ol></li></ol> 2. הפגנת מתעל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרה מתעלת המעבדה, כך שכל הפרמטרים (הטבלה 1) נופלים במסגרת מגבלות טווח פרמטר הסימולציה mousedrop. הערה: ניתן להתאים האילוצים בmousedrop, אם נדרשו למערכת הפיסית על ידי עריכת המחוונים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים שכבה של כ 15-25 סנטימטר של חול למתעל. מדוד ורשום את המוליכות הידראוליות והנקבובית של החול הבא שיטות סטנדרטי 32,33. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא את מתעל עם כ 20-30 סנטימטר של מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל המתעל ולהגדיל את קצב הזרימה לרמה שהיא מהיר מספיק כדי להעביר גרגרי חול ובכך ליצור bedforms. הערה: קצב הזרימה יכול להיות מותאם נוסף כדי לחדד את מאפייני bedform עם תרגול. גדלי Bedform הם תוצאה של קצב זרימה, עומק מים ומאפייני חול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפשר bedforms לפתח FOr 12-24 שעות כדי ליצור דיונה טבעית / מורפולוגיה אדווה. כדי להאיץ את התהליך הזה, באופן ידני לעצב דיונות רגילות, ולאחר מכן לאפשר תחבורת משקעים ל4-12 שעות. לחלופין, ליצור באופן ידני דיונות משולשות רגילות. הערה: דיונות משולשות רגילות תניב דפוסים קבועים של חילופי hyporheic, אבל לא להראות כמה שיותר מורכבות כדיונה טבעית / bedforms אדווה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שbedforms הרצוי הושג, להפחית את שיעור זרימת מים עד מאט תחבורת משקעי מיטה ומאפייני bedform לעצור שינוי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מבחינה ויזואלית לצפות תנועה של גרגרי משקעים הכוללים המיטה, ולהפחית את זרימת תנועה עד מפסיקה. הערה: זה יהיה לשמר את מורפולוגיה המיטה לתקופת הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לוודא שההילוך איטי, אפיזודי אינו מתרחש, עמדות סימן או bedform תצלום ולאחר מכן לצפות במועד מאוחר יותר. שים לב: חשוב רק שbedforms לא זז באופן משמעותי על המסגרת של הניסוי הזמן, כך שמספקזמן תצפית מספיק כדי לאשר שbedforms יציב. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם מדרון מתעל ו / או עומק מים כדי להשיג זרימה אחידה תחת זרימת השיעור המופחת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדרון ערוץ בקרה באמצעות ציוד שנבנה לתוך מתעל, בדרך כלל או שקע ממונע או יד-ארכובה. התאם עומק מים על ידי הוספה או הסר של מים מהמתעלים. הערה: בהגדרת הניסוי נעשה שימוש כאן, כל מתעל הוא רכוב על ציר בסופו של הדבר במורד הזרם, והמדרון מוגדר על ידי ג&#39;ק ממונע בסוף במעלה הזרם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעוד המשאבה פועלת, בחר שני מקומות אורך מסומנים בקווים מאונכים לתחתית המתעלת. במקומות אלה, להשתמש בסרגל כדי למדוד את מרחק קווים מאונכים אלה, בין פני השטח של המים והתחתית המתעלת. הערה: בהתאם להגדרת המתעלת, החלק התחתון של מתעל עשוי לשמש כקו התייחסות משופע טוב יותר מהחלק התחתון של מתעל. בחירת Larמרחק אורך גר יניב דיוק רב יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את השיפוע של מתעל ו / או עומק המים ומחדש מדד עד מדידות המרחק האנכיים הן אותם כדי להשיג זרימה אחידה. מדוד את המרחק האופקי המשופע בחלק התחתון של מתעל בין שני המקומות האלה אורך. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצור את המשאבה ולחכות למים להפסיק לנוע; זה יספק משטח ישר. מחדש למדוד את המרחק בין החלק העליון של המתעל ופני המים במיקום כל אורך. הערה: מדרון הערוץ שווה את ההבדל בין מדידות אלה, מחולק במרחק האופקי המשופע ביניהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתחיל מחדש-המשאבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר קטע בדיקה, שאמורה להיות מיקום קרוב לסוף האמצע או במורד הזרם של המתעל בי דיונות יצרו דפוס קבוע. ודא כי סעיף זה כולל bedform לפחות אחת מלא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד ורשום את העומק הממוצע משקעים (ד &#39;) בהסעיף בדיקת דואר עם כל להמציא יד מדידה (שליטים שקופים הם אידיאליים). לשם פשטות, להשתמש במרחק הממוצע של רכס ושוקת לתחתית המתעלת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד ורשום את הגובה הממוצע bedform בסעיף הבדיקה, מוגדר כהפרש בין עומק המשקעים בפסגה ועומק המשקעים בשוקת עם שליט. למדוד כמה bedforms לקבל הערכה טובה מהממוצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שוב באמצעות שליט, המדוד ורשום את עומק מים הממוצע (ד) בסעיף הבדיקה, מוגדר כמרחק ממשטח המים הממוצע למיטת החול. שוב, להשתמש בעומק המים הממוצע בפסגות דיונה ושקתות לפשטות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רשום את flowrate הערוץ (Q) ממד הזרימה, ולחשב את המהירות הממוצעת כQ / (* w ד), שבו W הוא הרוחב של המתעל וד הוא עומק המים. הערה: מד הזרימה שלנו מוכנסת לתוך לולאת מחזור של מתעל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לִמְדוֹדולהקליט את אורך גל bedform הממוצע בסעיף המבחן. בדרך כלל, למדוד את אורך הגל כמרחק בין פסגות דיונה רצופות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את הסימולציה Mousedrop (בפלטפורמת NetLogo) ולבדוק שכל המדידות הן בתוך הטווחים משתנים צוינו בממשק משתמש סימולציה. אם פרמטר נמדד נופל מחוץ לטווח האילוץ, להתאים את טווח פרמטר סימולציה על ידי לחיצה ימנית על &quot;המחוון&quot; הפרמטר, בחירה באפשרות &quot;עריכה&quot;, והתאמה / ערכי המקסימום דק &#39;. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דמיינו חילופי hyporheic. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את המצלמה במיקום קבוע (רצוי על חצובה) הצביע orthogonally לקיר המתעל עם bedform יחיד בסעיף המבחן מרוכז בתמונה. הערה: זה ימנע בעיות של פרספקטיבה מלוכסנת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח תמונת ניסיון כדי לאמת את התנאים. להתאים את התאורה אם השתקפויות הן בעיה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש במזרק והמחט, לעשות 2-3 אני צובע קטןnjections ליד הקיר המתעל. ודא שזריקות אלה יוצרות טלאים עגולים 2 סנטימטר ~ של porewater צבעוני במגוון רחב של מקומות אנכיים ואופקיים. השתמש טיפול כדי למזער את ההפרעה למיטת החול במהלך ההזרקה. הערה: הזריקות של כמויות קטנות יותר של צבע מאפשרות למשתמש לראות פרטים נוספים ולהציג נתיבי זרם בודדים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רשום את שעת ההתחלה של זריקות הצבע ולקחת תמונה ראשונית. אופציונאלי: זה יכול להיות חינוכי לאתר את חזיתות צבע הראשוניות עם סמנים על נייר שקיפות, כדי שהתנועה היא לצבוע בקלות לצפייה במעבדה, אבל קווי המתאר אלה גם יחסמו מנות קטנות של חזיתות צבע בתמונות, ולכן יש טרייד כבוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ללכוד את העמדות קדמי צבע במרווחי זמן מתאים. לצילום זמן לשגות, להשתמש 30 מרווחי שניות לתת תוצאות חלקות. </li></ol></li></ol> 3. סימולציה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל סימולציה 1: Mousedrop ולהשוות עם תחבורת צבע שנצפתה.<ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את תסריט הסימולציה שם Mousedrop.nlogo. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53285/53285fig2.jpg" width="600" /> איור 2. Mousedrop. זה מראה היכן קליעים נותבים הם ב 7 מקרים שונים בזמן. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53285/53285fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הפרמטרים של מערכת הפיזיות שמוצגים בטבלה 1 כדי להתאים תנאי ניסוי מתעלים (במיוחד: למבדה, BedformHeight, BedDepth, HydrCond, נקבוביות, ChannelVelocity, עומק, ושיפוע). הקפד לשים לב זהיר ליחידות בעת הזנת פרמטרים קלט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם מחווני TIME1, TIME2, וכו &#39;כדי לציין פעמים כאשר צבע הסימולציה מעקב ישתנה. הגדר שינויי צבע אלה כדי להתאים פעמים תצפית כדי להקל על השוואה של תוצאות סימולציה עם תצפיות. הערה: אם הפרמטרים זמן כולם מוגדרים 0, הסימולציה תציג צבע אחד לאורך כל דרך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר נקבעים כל הפרמטרים, לחץ על כפתור ההתקנה. הערה: bedform אמורה להופיע בתצוגת הסימולציה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על לחצן העכבר שחרר כדי לציין את המקומות החל מקליעים נותבים וירטואליים. שים לב שמקומות רבים במיטה ניתן ללחוץ. החזק את העכבר למטה כדי לשחרר נותב וירטואלי יותר. כאשר המדמה תנועת צבע, להשתמש בעכבר או להתחקות חזיתות צבע (הגבול סביב הצבע) או למלא את האזור מלא באזור הצבוע. הערה: היכרות נותב וירטואליים יותר תגרום לסימולציה לרוץ יותר לאט. התוצאות חזותיות הטובות ביותר ישתנו עם ביצועי מחשב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שכל קליעים נותבים הווירטואליים הוצבו, באפשרותך ללחוץ על לחצן מראש לפעם הבאה, שתתחיל סימולציה ולאחר מכן לעצור את זה בפעם הראשונה, או שאתה יכול ללחוץ על כפתור Go / התחנה להתחיל simulATION ללא הגבלת זמן. לחץ מחדש אל התקנת לחצן, או קליעים נותבים יצטרכו להיות ממוקמים שוב. הערה: לאחר הסימולציה מתחילה לרוץ, המהירות מחושבת למיקום של כל נותב מבוסס על פרמטרים סימולציה במשוואות 4 ו -5 המהלכים נותב לפי תחום המהירות 100 שניות מדומה ולאחר מכן המהירות במיקום החדש מחושבת וההליך חוזר על עצמו עד שנותב עוזב את המערכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחלופין, לחץ על לחצן / להפסיק ללכת שוב ושוב כדי להשהות / להמשיך את הסימולציה. השווה את הפצות צבע מדומה ונמדדו בנקודות שונות בזמן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סימולציה לרוץ 2: ממשק. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את התסריט שכותרתו ממשק. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53285/53285fig3.jpg" width="600" /> איור 3. ממשק. זה מראה 370 קליעים נותבים זורמים דרך תת הקרקע באמצעות הסימולציה הממשק. הרשות נותבths להראות שבו כל נותב כבר מאז שהתחיל בממשק מים מתחת לפני הקרקע משטח. סופו של דבר את כל נתיבי הזרימה צריכים לחזור למים עיליים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53285/53285fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> הערה: תסריט זה מציג קליעים נותבים וירטואליים על פני השטח הנחל באופן משוקלל שטף מבוסס על מהירויות מתחת לפני הקרקע מחושבות. זה מספק ייצוג חזותי של הכמויות היחסית של מים זורמים לתוך (ומתוך) הנחל במקומות שונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בגין על ידי לחיצה על התקנה ואחריו ללכת / תחנה. הערה: זה יפעל סימולציה עם הגדרות ברירת המחדל. מחדש ירידה? המתג להגדיר תחילה לחופש, אז חלוקת זמן מגורים המצטברת תהיה להתוות ככל שחולף זמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר התבוננות הסימולציה עם הפרמטרים של ברירת המחדל, לחץ על ללכת / להפסיק לעצור את הסימולציה. </li><li&gt; שינוי פרמטר אחד או יותר ולאחר מכן לחץ על התקנה ואחריו ללכת / תחנה. הערה: זה יהיה להפעיל מחדש את הסימולציה עם הפרמטרים שנבחרו. </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.

בשיתוף, סימולציות הפגנה ומעקב חלקיקים המתעלות לספק מבוא מקיף לזרימת hyporheic עבור מגוון של קהלים. משתתפים של כל הרמות מסופקים ראיות חזותיות להתרחשות של חילופי hyporheic הנגרמת על ידי bedforms, וההשתנות החזקה בזרימה תת-קרקעית מתחת לנתיבים bedforms. נהלים אלה יכולים לשמש כהפגנה פשוטה...

כמהלכי מים עיליים בזרם, נהר, או אזור גאות ושפל הוא יוצר הדרגתיים ראש המניע את המים לתוך ומחוץ למשקעי 1. במערכות נהרות החלק ממשקעי הנחל שבו חילופי דברים מתרחש ידוע כ2,3 אזור hyporheic. אזור זה חשוב כי חומרים מזינים רבים ומזהמים מאוחסנים, הופקדו, או הפכו בתוך אזור hyporheic 4-9. כמות הזמן נותב מבלה במשקעים נקראת זמן מגורים. בשתי פעמים המגורים ואת מיקומם של מסלולי הזרימה משפיעים על תהליכי השינוי. יש צורך בהבנה משופרת של התהליכים המשפיעים על זרימה דרך המשקעים לחזות תחבורה מומסת בנהרות ולטפל בבעיות סביבתיות גדולות כתוצאה מהתפשטות של חומרים כגון חומרים מזינים (למשל, היפוקסיה החוף 10,11). למרות החשיבות של חילופי hyporheic, הוא לעתים קרובות אינם מתואר בקורסים לתואר ראשון בהידרולוגיה,מכניקת זורמים, הידראוליקה, וכו &#39;מחנכים המבקשים להוסיף חילופי hyporheic לקורסים שלהם יכולים למצוא את זה שימושי לי חזותי ניסיוני ומספרי שמראה בבירור את התהליך הזה. פיתולי נחל ערוץ, רמות תהום שמסביב, וטופוגרפיה הנחל (כלומר, בארים, bedforms, ותלים הביוגניים) כל להשפיע חילופי hyporheic בדרגות שונות 12-17. מחקר זה התמקד בbedforms, כגון דיונות ואדוות, אשר בדרך כלל תכונות עיקריות המשפיעות על זרימת גאומורפיות hyporheic 14,15. יצרנו ניסוי סימולציה ומעבדה מספרי כדי להמחיש זרימה דרך סדרה קבועה של bedforms. סימולציה זה מבוססת על גוף של מחקרים קודמים הנוגע נתיבי זרימת hyporheic מאפייני מערכת לצפייה בקלות 15,18-21. כמו מחקר זה מהווה את הרקע המדעי לסימולציה, סיכום קצר של ההיבטים המרכזיים של התאוריה הבאה. הטופוגרפיה Bedform, T (x),ניתן על ידי: משוואת 1: <img alt="משוואת 1" src="/files/ftp_upload/53285/53285eq1.jpg" /> כאשר H הוא פעמיים את המשרעת של bedform, k הוא wavenumber, וx הוא מקביל ממד האורך אל פני השטח הנחל הממוצע. דוגמא של הטופוגרפיה bedform זה מוצגת באיור 1. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53285/53285fig1.jpg" /> איור 1. הגדרות פרמטר וגדרות הנשלטות על ידי המשתמש. בממשק, חלקיקים נותב משתחררים באופן משוקלל שטף במים ממשק משקעים / ומעקב באמצעות המשקעים. אם נתיבים-הופעה? הוא &quot;על&quot; סימן קליעים נותבים מים שבו הם כבר, מראים דרכיהם. כאשר נותב חוזר למים העיליים, זה משתנה tהוא מספר כולל של קליעים נותבים במערכת, כאשר מחדש ירידה? מוגדר &quot;כבוי&quot;. עלילת הפצת זמן מגורים המצטברת מראה את השינוי הזה על ידי התוויית היחס של מספר קליעים נותבים שנותרו במיטת המשקעים למספר הראשוני כפונקציה של זמן. אם מחדש ירידה? הוא &quot;על&quot; ואז קליעים נותבים שעוזבים את המערכת מוחלפים באותו אופן משוקלל שטף חלקיקים מקוריים, והעלילה המצטברת מושבת. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53285/53285fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <table fo:keep-together.within-page="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם פרמטר </td><td> יחידות </td><td colspan="3"> הַגדָרָה </td><td> מִמְשָׁק </td><td> Mousedrop </td></tr><tr><td> למבדה (λ) </td><td> ס&quot;מ </td><td colspan="3"> אורך גל של bedform (ראה איור 1) &lt;/ Td&gt; <td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> BedformHeight (H) </td><td> ס&quot;מ </td><td colspan="3"> פעמיים משרעת bedform (ראה איור 1) </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> BedDepth (D) </td><td> ס&quot;מ </td><td colspan="3"> עומק של המשקעים (ראה איור 1) </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> HydrCond (K) </td><td> סנטימטר / s </td><td colspan="3"> מוליכות הידראוליות </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> נקבוביות (θ) </td><td></td><td colspan="3"> נַקבּוּבִיוּת </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> ChannelVelocity (U) </td><td> סנטימטר / s </td><td colspan="3"> מהירות ממוצעת במים העיליים או ערוץ </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> עומק (ד) </td><td> ס&quot;מ </td><td colspan="3"> עומק מים (ראה איור 1) </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> מדרון (S) </td><td></td><td colspan="3"> שיפוע של bedforms ומשטח מים </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><tד&gt; <img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> NumParticles </td><td></td><td colspan="3"> מספר החלקיקים שוחרר למערכת. </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td></td></tr><tr><td> טיימקס (TIME1, TIME2 ..) </td><td> דקות </td><td colspan="3"> זמן שבו כל שינוי צבע מתרחש </td><td></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> לחצני סימולציה </td><td></td><td colspan="3"> הַגדָרָה </td><td> מִמְשָׁק </td><td> Mousedrop </td></tr><tr><td> להכין </td><td></td><td colspan="3"> הגדר של את הסימולציה באמצעות פרמטרים המוצגת </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> ללכת / להפסיק </td><td></td><td colspan="3"> מתחיל ומפסיק את הסימולציה </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> שָׁלָב </td><td></td><td colspan="3"> לחיצה צעד צעד גורמת פעם אחת כדי לעבור. זה מאפשר למשתמשים להאט את הקוד ולראות בדיוק מה קורה ב100 שניות. </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td></td></tr><tr><td> שבילים ברורים </td><td></td><td colspan="3"> מנקה את כולו נתיבי חלקיקים כחולים מהמסך </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> להתקדם לפעם הבאה </td><td></td><td colspan="3"> זה גורם לתכנית לפעול עד לשינוי צבע בפעם הבא (Timex)</td><td></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> עכבר-טיפה </td><td></td><td colspan="3"> כפתור זה חייב להיות לחץ לפני חלקיקים עשויים להיות ממוקמים בתת הקרקע על ידי לחיצה מקומות בתת הקרקע ב. </td><td></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> נתיבים-הופעה? </td><td></td><td colspan="3"> אם נתיבים-הופעה? הוא &quot;על&quot; חלקיקי המים להשאיר עקבות של הקרנה הכחולה שבו הם היו (ראה איור 1). </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td></tr><tr><td> מחדש לרדת? </td><td></td><td colspan="3"> אם מחדש ירידה? הוא &quot;על&quot; החלקיקים מוחלפים באופן משוקלל שטף לכל חלקיק, שיוצא למערכת, והעלילה מצטברת לא עובדת. כאשר Parti<html> CLE יוצא אזור hyporheic מספר החלקיקים במערכת יורד אם מחדש ירידה? הוא &quot;מעל&quot; (ראה איור 1). </td><td><img alt="סימן ביקורת" src="/files/ftp_upload/53285/checkmark.jpg" /></td><td></td></tr></tbody></table> בקרת הטבלה 1. פרמטרי Hyporheic וסימולציה. כל פרמטר, לחצן, ומחוון שיכול להיות מותאם על ידי המשתמש מקבלים בטבלה זו יחד עם הגדרה. בסימולציה זו, שני תהליכים לגרום למהירות נוזל במיטת החול. הראשון הוא בשל האינטראקציות של זרימת הזרם עם bedforms. ראש המהירות בממשק מים / משקעים הנגרמים על ידי bedforms גם כ סינוסי, ועבר על ידי גל רבעון מbedform עצמו 22. המשרעת של פונקצית ראש המהירות בממשק משטח-מתחת לפני הקרקע כבר מקורבות ממדידות 16: <html> GE = &quot;תמיד&quot;&gt; משוואה 2: <img alt="משוואה 2" src="/files/ftp_upload/53285/53285eq2.jpg" /> בי U היא מהירות מים העילית הממוצעת, גרם הוא קבוע הכבידה, וד הוא העומק של המים (מוצגים באיור 1). פונקצית ראש המהירות לאחר מכן ניתנה על ידי: משוואה 3: <img alt="משוואה 3" src="/files/ftp_upload/53285/53285eq3.jpg" /> פונקצית ראש זה לאחר מכן ניתן להשתמש כדי לחשב את הרכיב מבוסס bedform של פונקציות מהירות מתחת לפני הקרקע על ידי פתרון משוואת Laplace עם עומק מיטת חול קבוע 20. המרכיב השני של מהירות porewater נקבע על ידי השיפוע של המערכת, S, אשר תואמת את שיפוע ראש הכבידה שתשואות לזרום בכיוון מורד הזרם הפרופורציונלי לs / ftp_upload / 53,285 / 53285eq_S_inline.jpg &quot;/&gt; הפונקציות הסופיות למהירות porewater הן.: משוואה 4: <img alt="משוואה 4" src="/files/ftp_upload/53285/53285eq4.jpg" /> משוואה 5: <img alt="משוואה 5" src="/files/ftp_upload/53285/53285eq5.jpg" /> איפה u הוא רכיב המהירות האורך, נ &#39;הוא רכיב המהירות האנכי, K הוא המוליכות הידראוליות הממוצעת של המשקעים, הוא נקבוביות הממוצעת של המשקעים, y הוא לתאם האנכי, ו- D הוא העומק של המשקעים. סימולציות מעקב חלקיקים נוצרו, שמשתמשות בשפת דוגמנות NetLogo ופלטפורמת סימולציה 23. שני יישומים (Mousedrop.nlogo וInterface.nlogo) להשתמש משוואות אלה למודל HYPזרימת orheic עם אותו ליבת הסימולציה. ההבדל העיקרי הוא במקומות הראשוניים של החלקיקים נותב. Mousedrop מאפשר למשתמש למקם נותב מדומה בכל מקום בתוך תת הקרקע. מהירות מתחת לפני הקרקע משוואות 4 ו -5 משמשות כדי להזיז את נותב כדי לדמות ניסויי הזרקת צבע. בממשק, נותב תמיד להציב לאורך גבול משטח / מתחת לפני הקרקע באופן משוקלל שטף. זה מחקה את המשלוח של חומר מומס והושעה מהמים העיליים לporewater, שהוא חיוני להבנת חילופי hyporheic. נותב אז נע בתוך תת הקרקע עד ששוב מגיע למים הנחל. איתור נתיבי הצבע במתעל ומדמה את הנתיבים באמצעות NetLogo מניב המייעל של flowfield, כל עוד תנאי הזרימה ומורפולוגיה bedform יישארו יציבים בתקופה של התבוננות. Interface.nlogo יוצר חלוקת זמן מגורים מצטברת, אשר מציגה את יחס של מספרחלקיקים נותב שנותרו במשקעים למספר הראשוני של חלקיקים נותב הוצבו בזמן 0 כפונקציה של זמן. כפי שנאמר בסקר הספרות האחרון 24, יש עדיין ויכוח ניכר בתוך קהילת המחקר החינוכית על היתרונות היחסי של ידיים על ניסויי מעבדה לעומת מעבדות מדומה ומודלים ממוחשבים. מצד אחד, חלק מרגיש ש&quot; התנסות היא בלב של למידה &quot;25, וזהירות שעלות חיסכון טיעונים ניתן תדלוק החלפת ידיים על מעבדה פעילויות על ידי סימולציות מבוססות מחשב, לרעת הבנה של תלמידי 26. מצד השני, חלק מהחוקרים בחינוך מדעי / הנדסה טוענים כי סימולציות הן יעילות לפחות כמו מסורתי ידיים על מעבדות 27, או לדון את היתרונות של מחשב סימולציה בטיפוח &quot;למידת גילוי&quot; ממוקד-תלמיד 28. בעוד קונסנסוס לא מחדשכאב, חוקרים רבים הגיעו למסקנה כי, באופן אידיאלי, הדמיות מחשב צריכים להשלים, ולא להחליף, ידיים על ניסויי מעבדה 29,30. היו גם יוזמות בתוך מדע וחינוך הנדסה לבו זמנית כמה ניסויים פיזיים ועולם האמיתי חישה עם סימולציות מחשב של התופעות; ראה, למשל, &quot;דוגמנות דו מוקדי&quot; 31. סטודנטים יכולים להרוויח יותר ידע רעיוני והבנה טובה יותר של תהליך המחקר המדעי על ידי אינטראקציה עם שתי מערכת פיזית, וסימולציה מבוססת מחשב של מערכת ש. הליך זה כרוך שיש תלמידים לבצע ניסוי תחבורה מומסת המדגים זרימת מטבע hyporheic הכבידה ומושרה bedform, ולהתאים את תוכנית ההתקנה שלהם ניסיונית ותוצאות עם הדמיית מחשב של אותה התופעה. השוואה זו מאפשרת תוצאות חשובות ללמוד-תלמיד, ודיון עמוק יותר של tהוא שיטה מדעית, ויחסי גומלין בין מודל / תיאורית הבנייה ותיקוף אמפירי באמצעות איסוף נתונים. לאחר ביצוע השוואה זו, תלמידים יכולים גם לנצל את היתרונות של סימולציה ממוחשבת כדי לחקור במהירות מספר רב של תרחישים חלופיים על ידי שינוי פרמטרים מודל.

<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

חילופי Advective בין החלל הנקבובית של משקעים ועמודת המים שמעל, שנקרא חילופי hyporheic בסביבות נהרות, כונני תחבורה מומסת בנהרות ותהליכים רבים biogeochemical חשובים. כדי לשפר את ההבנה של תהליכים אלה באמצעות הפגנה חזותית, יצרנו זרימת סימולציה hyporheic בפלטפורמת מידול מחשב רב סוכן NetLogo. הסימולציה מציגה נותב וירטואלי זורם דרך הנחל מכוסה בbedforms דו-ממדי. מאפייני משקעים, זרימה, וbedform משמשים כקלט משתנה למודל. אנו מדגימים כיצד סימולציות אלה תואמים תצפיות ניסיוניות מניסויי מעבדה מתעלים מבוססות על פרמטרים של קלט שנמדדו. צבע מוזרק לתוך המשקעים המתעלים לדמיין את זרימת porewater. לשם השוואה חלקיקים נותב וירטואליים ממוקמים באותם מקומות בסימולציה. ניסוי סימולציה ומעבדה בשילוב זה שמש בהצלחה בתואר הראשון וgraduaמעבדות te לדמיין ישירות אינטראקציות הנהר-porewater ולהראות כיצד זרימת סימולציות מבוססות פיזי יכולות להתרבות תופעות סביבתיות. תלמידים צלמו את המיטה דרך הקירות השקופים המתעלים והשוו אותם לצורות של הצבע באותו פעמים בסימולציה. זה הביא מגמות דומות מאוד, שאפשרו לתלמידים להבין טובים יותר הן את דפוסי הזרימה ומודל המתמטי. הסימולציות גם מאפשרות למשתמש לחזות במהירות את ההשפעה של כל פרמטר קלט על ידי הפעלת סימולציות מרובות. גם תהליך זה יכול להיות בשימוש ביישומי מחקר כדי להמחיש תהליכים בסיסיים, מתייחס נתיבי interfacial ותחבורה porewater, ולתמוך במודלים מבוססי תהליך כמותי.

השימוש בסימולציה בשיתוף עם ניסויים מאפשר לתלמידים לבחון את הדמיון ושוני בין מודלים מתמטיים האידיאליים ומערכות אמיתיות מורכבות יותר. איור 4 מראה דוגמא השוואת צילומי הזרקת צבע עם סימולציות Mousedrop. התצלום הראשוני משמש כדי לקבוע את המיקום של נותב הצבע המדו?...

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.

חזותי Hyporheic לזרום דרך Bedforms שימוש ניסויי דיי וסימולציה

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

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.

סימולציה, ייצור ואפיון של בולמי 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.

מדידת חומר מיקרו תחת זרם באמצעות 1-2 מטוס זרימה קטן זווית ניוטרון פיזור

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.

ניסויים בUltrasonic שימון שימוש Tribometer סייע-Piezoelectrically וProfilometer האופטי

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

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less environmentally damaging with lower processing temperatures presenting a viable and low cost alternative to conventional production. This paper further enhances these environmental credentials by evaluating the digital printing and therefore additive production route for these cells. This is achieved here by investigating the formation and performance of a metal oxide photoelectrode using nanoparticle sized titanium dioxide. An ink-jettable material was formulated, characterized and printed with a piezoelectric inkjet head to produce a 2.6 &#181;m thick layer. The resultant printed layer was fabricated into a functioning cell with an active area of 0.25 cm2 and a power conversion efficiency of 3.5%. The binder-free formulation resulted in a reduced processing temperature of 250 &#176;C, compatible with flexible polyamide substrates which are stable up to temperatures of 350 &#730;C. The authors are continuing to develop this process route by investigating inkjet printing of other layers within dye sensitized solar cells.

This paper investigates the suitability of inkjet printing for the manufacturing of dye-sensitized solar cells. A binder-free TiO2 nanoparticle ink was formulated and printed onto a FTO glass substrate. The printed layer was fabricated into a cell with an active area of 0.25 cm2 and an efficiency of 3.5%.

דפוס דיגיטלי של טיטניום דו-חמצני עבור לצבוע תאים סולריים רגישים

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less ...

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.

המחקר של הניסוי מפסק הקונכייה וסימולציות עבור כור מחקר

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.

מדידה סימולטני של מערבולת, קינמטיקה של חלקיקים באמצעות זרימת טכניקות הדמיה

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 קילוואט שיעור חלה-שדה Magnetoplasmadynamic מנוע

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.

להמחיש Uniaxial-זן מניפולציה של תחומים Antiferromagnetic ב Fe1 +YTe באמצעות מקוטב-ספין סריקתה מיקרוסקופ מינהור

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

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.

אספקה אוטומטית של מטרות מיקרו-פבריקט לניסויים אינטנסיביים בהקרן לייזר

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

A Modeling and Simulation Method for Preliminary Design of an Electro-Variable Displacement Pump

Electro-hydrostatic actuators (EHAs) have been considerably researched in academia, and their applications in various industrial fields are expanding. The variable-speed EHA has now taken priority over the variable-displacement EHA, but its driving motor and associated electronics encounter issues when applied in high-power applications: low-dynamics, high thermal dissipation, high price, etc. Therefore, a variable-displacement EHA equipped with an electro-variable displacement pump (EVDP) has been considered. The EVDP itself is a mechatronic system that integrates a piston pump, a ball screw, a gearbox, and a permanent magnet synchronous motor (PMSM). Consequently, the EVDP needs to be investigated to ensure its system-level performance when applied in an EHA. In addition to the previous research on the technical parameters of the EVDP, a dedicated design method is necessary for further reducing the cost of using the EVDP and exploring its performance potential. Here, a simulation based EVDP preliminary design method is selected for designing a 37 kW EVDP. Firstly, a previously proposed multidisciplinary model of the EVDP is extended by improving the parameter generation, including the EVDP life, reliability, control models, etc. Secondly, the proposed model is partially verified using a downsized prototype. Thirdly, the EVDP is simulated at a system level, supported by the proposed model. The EVDP performance is evaluated according to the specified design requirements. The temperature, bandwidth and accuracy, reliability and lifetime, etc., are all predicted for the EVDP. The simulation results demonstrate the EVDP's applicability in variable-displacement EHA. The proposed modeling and simulation method can be used to evaluate diverse EVDP performance and respond to general design requirements. The method can also support the resolution of the preliminary design challenges in terms of limited information and robustness. Therefore, the proposed method is appropriate for the realization of the simulation-based EVDP preliminary design method.

A simulation model specifically supporting the preliminary design of an electro-variable displacement pump (EVDP) is developed and partially verified by experiments. The control performance, life, reliability, etc., can all be evaluated using the proposed model, which covers the main performance requirements under the EVDP preliminary design task.

שיטת מידול וסימולציה לתכנון ראשוני של משאבת תזוזה אלקטרו-משתנה

Electro-hydrostatic actuators (EHAs) have been considerably researched in academia, and their applications in various industrial fields are expanding. The ...