Гідравлічний стрибок
Зміст
Гідравлічний стрибок
Гідравлічний стрибок – це явище в науці гідравліки, яке нерідко зустрічається в розходах відкритих каналів, таких як річки та водозливи. Коли рідина на високій швидкості падає в зону більш низьких швидкостей, в рідкій поверхні відбувається досить різкий ріст. Рідина яка текла швидко, різко сповільнюється і збільшується у висоту.
Явище залежить від вихідної швидкість рідини. Якщо початкова швидкість рідини знаходиться нижче критичної швидкості, тоді стрибок неможливий.
Для початкової швидкості потоку, яка не є значно вищою критичної швидкості, перехід відображається у вигляді хвилеподібних хвиль.
Різні прояви:
- Стаціонарний гідравлічний підскок - швидка поточна вода переходить в стаціонарну повільно-рухому воду, як показано на малюнках 1 і 2.
- Приливна хвиля - стіна або хвилясті хвилі вода, рухається вгору проти води, що тече вниз, як показано на малюнках 3 і 4. Якщо розглядати з системою відліку, яка рухається з фронтом хвилі, ви можете побачити, що це фізично схоже на стаціонарний підскок.
Пов'язаний випадок представляє собою каскад - стіна або хвилястої хвилі вода рухається вниз за течією як показано на малюнку 5. Якщо розглядати з системою відліку, яка рухається з фронтом хвилі, це піддається тому ж аналізу, стаціонарний підскок.
Класи гідравлічних стрибків
Гідравлічні стрибки можна бачити, як в стаціонарному вигляді,так і в динамічному вигляді, так званий позитивний сплеск або «гідравлічний стрибок» у перекладі. Вони можуть бути описані з використанням ж аналітичних підходів і просто варіанти одного і того ж феномена.
Рухливі гідравлічні стрибки
Приливної являє собою гідравлічний стрибок, який відбувається, коли прилив формує хвилю води, що переміщуються вгору по річці або вузький відсік в напрямку проти течії. Як і у випадку гідравлічного скачки в цілому отворів приймати різні форми залежно від різниці рівня води вгору і вниз, від хвильового фронту до ударної хвилі, як стіна води. На малюнку 3 показаний приливну хвилю з характеристиками загальними для дрібної воді вгору за течією - великий перепад висот не спостерігається. На малюнку 4 показано приливну хвилю з характеристиками загальними для глибокої води вгору за течією - невеликий перепад висот спостерігається і хвильового фронту колишеться. В обох випадках приливна хвиля рухається зі швидкістю характерною хвиль у воді глибиною знайти відразу за фронтом хвилі. Ключовою особливістю приливних отворах і позитивних стрибків є інтенсивним турбулентного перемішування, викликане проходженням отворі передньої і наступним рухом хвилі.
Інший варіант рухомого гідравлічний стрибок каскаду. У каскаді, серії хвиль води рухаються вниз за течією обганяючи менші, внизу за течією потоку води
Стаціонарний гідравлічний стрибок
Стаціонарний гідравлічний стрибок, найчастіше бачили на річках і на інженерно-технічних спорудах, таких як водовідводи гребель. Він виникає, коли потік рідини при високій швидкості попадає в зону річки, яка може тільки підтримувати більш низьку швидкість. Коли це відбувається, вода сповільнюється в досить різке підвищення на поверхні рідини.
Порівняння характеристик до і після:
Характеристики | До стрибка | Після стрибка |
---|---|---|
швидкості рідини | надкритична (швидше, ніж швидкість хвилі) | до критична, відома як спокійна |
висота рідини | низька | висока |
потік | гладкий турболентний | турбулентний грубий |
Розсіювання енергії гідравлічного стрибка
Одним з найбільш важливих технічних застосувань гідравлічного стрибка для розсіювання енергії в каналах, греблі водозливів та аналогічні споруди так, щоб надлишкова кінетична енергія не пошкоджує цих споруд.
Зведена таблиця аналітичних висновків
Надкритична сума, вгору за течією | Відношення висоти до і висоти після стрибка | Описові характеристики стрибка | Частина енергії, що розсіюється |
---|---|---|---|
≤ 1.0 | 1.0 | Немає стрибка; потік повинен бути надкритичний щоб стрибок відбувся | none |
1.0–1.7 | 1.0–2.0 | Стоячі або хвилеподібні хвилі | < 5% |
1.7–2.5 | 2.0–3.1 | Слабкий стрибок (серія невеликих хвиль) | 5% – 15% |
2.5–4.5 | 3.1–5.9 | Коливальний(вібраційний) стрибок | 15% – 45% |
4.5–9.0 | 5.9–12.0 | Стабільний, чітко визначений, збалансований стрибок | 45% – 70% |
> 9.0 | > 12.0 | Чітко визначений, бурхливий, сильний стрибок | 70% – 85% |