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Froude Criterion for Ice-Block Stability

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

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Abstract

The conditions under which a floating fragment of ice is either entrained under the upstream edge of a down-stream ice cover or accumulated up-stream are examined by means of dimensional analysis and a simplified analysis of the moments acting on an idealized ice fragment. The significant parameter descriptive of the critical conditions is found to be a Froude number based on block thickness. The influence of the ratio of thickness to flow depth is shown to be due to the effect of the block constricting the flow cross-section, thus amplifying the velocity in accordance with simple continuity. Under-turning instability occurs at a lower critical velocity than required for vertical submergence. Comparison of experimental data with the theoretical results show good agreement and demonstrates the vital dependence on fragment thickness as well as providing a criterion readily applicable to special flow conditions where a Froude number based on flow depth is illogical.

Les conditions dans lesquelles un fragment flottant de glace est soit entraîné sous la bordure amont d’une banquise située à l’aval d’un courant, soit accumulé à l’amont, sont examinées par les moyens de l’analyse des dimensions et d’une analyse simplifiée des moments agissant sur un fragment idéal de glace. Le paramètre descriptif significatif des conditions critiques est un nombre de Froude basé sur l’épaisseur du bloc. On montre que l’influence du rapport de l’épaisseur à la profondeur de l’écoulement est dûe à l’effet du bloc resserrant la section transversale de l’écoulement et amplifiant donc la vitesse du courant en vertu des simples lois de la continuité. L’instabilité au retournement se produit pour une vitesse critique inférieure à celle nécessaire pour la submersion verticale. La comparaison des données expérimentales avec les résultats théoriques fait apparaître une bonne concordance, montre le rôle essentiel joué par l’épaisseur du fragment et procure un critère facilement applicable à des conditions spéciales d’écoulement lorsqu’un nombre de Froude basé sur la profondeur de l’écoulement est illogique.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die Bedingungen, unter denen ein Stück Treibeis entweder unter den Rand einer stromabwärts gelegenen Eisdecke gedrückt wird oder sich stromaufwärts anlagert, werden mit Hilfe einer Dimensionsanalyse und einer vereinfachten Analyse der an einem idealisierten Eisstück angreifenden Momente untersucht. Als wesentlicher Parameter zur Darstellung der kritischen Bedingungen erweist sich eine aus der Blockdicke hergeleitete Froude-Zahl. Der Einfluss des Verhältnisses zwischen Dicke und Gerinnetiefe beruht auf der Tatsache dass der Block den Querschnitt des Gerinnes verringert, wodurch gemäss einfacher Kontinuität die Geschwindigkeit stromaufwärts erhöht wird. Instabilität, die zum Abkippen führt, tritt bei einer geringeren Geschwindigkeit ein als bei der für vertikales Untertauchen benötigten. Vergleiche zwischen Versuchsdaten und theoretischen Ergebnissen zeigen gute Ubereinstimmung und beweisen die wesentliche Abhängigkeit von der Schollendicke. Ausserdem liefern sie ein Kriterium, das ohne weiteres auf spezielle Fliessbedingungen angewandt werden kann, wenn eine aus der Gerinnetiefe abgeleitete Froude-Zahl unlogisch wäre.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1974
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Fig. 1. Ft versus t/H (data of Uzuner and Kennedy (1972)).

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Fig. 2. Ft versus t/H (data of Uzuner and Kennedy (1972)).

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Fig. 3. Ft versus t/H (data of Uzuner and Kennedy (1972)).

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Fig. 4. Definition Sketch.