Гідравлічний стрибок

Малюнок 1: Пліт зустрівши гідравлічний стрибок на Canolfan Tryweryn в Уельсі.

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.

Малюнок 2: Найпоширенішим прикладом гідравлічного стрибка є кругла стояча хвиля, яка утворюється навколо центрального струменя води. Стрибок при переході між точкою, де гурток ще й де турбулентність є видима.

Класи гідравлічних стрибків

Малюнок 3: Приливна хвиля на Алясці показує турбулентну ударною хвилею, як фронт. У цей момент вода відносно дрібна та відносна зміна висот є великою.

Гідравлічні стрибки можна бачити, як в стаціонарному вигляді, називається гідравлічний стрибок, і динамічному вигляді або переміщення форми, 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

Малюнок 4: Хвильовий фронт на приливну хвилю. У цей момент вода відносно глибока а відносна зміна висоти мала.

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.

Малюнок 5: Серія хвиль рухається вниз водоскиду, де вони закінчуються в стаціонарному гідравлічному стрибку.

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:

Опис характеристик гідравлічного стрибка

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

Ілюстрація поведінки в гідравлічному стрибоку.

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.

Греблі на верху річки Капилано в Північному Ванкувері, британська Колумбія, Канада.

Зведена таблиця аналітичних висновків

Характеристики гідравлічного стрибка

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%