We performed stereoscopic particle image velocimetry of the turbulent flow inside a scour hole around a cylinder in a sandy bed. At two planes, symmetry plane and $$45^\circ$$ with respect to the approach flow, the flow and its turbulence structure were investigated. We used two Reynolds numbers (20, 000 and 39, 000) based on the cylinder diameter and the depth-averaged velocity in the symmetry plane. The flow is characterized by a strong down-flow in front of the cylinder, a large horseshoe vortex inside the scour, and an upstream directed wall jet underneath. The values of vorticity in the horseshoe vortex and of the velocity in the wall jet are larger than in a comparable configuration on a flat bed. Enhanced levels of turbulent kinetic energy are found around the horseshoe vortex and in the shear layer detaching from the rim. The orientation of the main axis of the velocity fluctuations changes when the flow enters the scour hole: from about wall-parallel in the detaching shear layer to vertical at the horseshoe vortex. The production of turbulent kinetic energy shows a maximum upstream of the horseshoe vortex centre with considerable production in the shear layer and in the wall jet underneath the horseshoe vortex. Furthermore, strong wall-parallel velocity fluctuations are visible in this region, and bimodal velocity distributions are found, but not anywhere else. The time-averaged wall-shear stresses are largest under the horseshoe vortex and most likely larger than in a corresponding flat-bed configuration.

中文翻译：

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流经冲刷过的桥墩：立体 PIV 分析

我们对沙床中圆柱体周围的冲刷孔内的湍流进行了立体粒子图像测速。在两个平面，对称平面和 $$45^\circ$$ 相对于接近流，流动及其湍流结构进行了研究。我们根据圆柱直径和对称平面中的深度平均速度使用了两个雷诺数（20, 000 和 39, 000）。流动的特点是圆柱体前有强烈的向下流动，冲刷内部有一个大的马蹄形涡流，下方有一个上游定向的壁射流。马蹄形涡流中的涡量值和壁射流中的速度值大于平床上的类似配置。在马蹄形涡旋周围和从边缘分离的剪切层中发现了更高水平的湍流动能。当流动进入冲刷孔时，速度波动的主轴方向发生变化：从分离剪切层中的大约壁平行到马蹄形涡流处的垂直。湍流动能的产生在马蹄形涡旋中心上游最大，在剪切层和马蹄形涡旋下方的壁射流中产生相当大的产生。此外，在该区域可以看到强烈的壁平行速度波动，并且发现了双峰速度分布，但在其他任何地方都没有。马蹄形涡流下的时间平均壁剪应力最大，并且很可能大于相应的平板配置。从分离剪切层中的壁面平行到马蹄形涡流处的垂直。湍流动能的产生在马蹄形涡旋中心上游最大，在剪切层和马蹄形涡旋下方的壁射流中产生相当大的产生。此外，在该区域可以看到强烈的壁平行速度波动，并且发现了双峰速度分布，但在其他任何地方都没有。马蹄形涡流下的时间平均壁剪应力最大，并且很可能大于相应的平板配置。从分离剪切层中的壁面平行到马蹄形涡流处的垂直。湍流动能的产生在马蹄形涡旋中心上游最大，在剪切层和马蹄形涡旋下方的壁射流中产生相当大的产生。此外，在该区域可以看到强烈的壁平行速度波动，并且发现了双峰速度分布，但在其他任何地方都没有。马蹄形涡流下的时间平均壁剪应力最大，并且很可能大于相应的平板配置。在该区域可以看到强烈的壁平行速度波动，并且发现了双峰速度分布，但在其他任何地方都没有。马蹄形涡流下的时间平均壁剪应力最大，并且很可能大于相应的平板配置。在该区域可以看到强烈的壁平行速度波动，并且发现了双峰速度分布，但在其他任何地方都没有。马蹄形涡流下的时间平均壁剪应力最大，并且很可能大于相应的平板配置。