Что такое гидравлический прыжок? Виды и характеристики гидравлического прыжка

Что такое гидравлический прыжок?

Гидравлический прыжок – это прыжок или стоячая волна, образующаяся при изменении глубины потока воды от сверхкритического до субкритического состояния.
Когда уклон открытого канала уменьшается от крутого до слабого, глубина потока воды увеличивается по направлению к критической глубине, и в определенный момент возникает неустойчивость потока. Поток становится турбулентным, пока в нижнем течении не будет достигнута новая нормальная глубина. Это называется гидравлическим прыжком.

Определение различных глубин в потоке открытого канала:

Необходимо понять, что такое различные глубины потока, чтобы понять определение гидравлического прыжка.

Глубина потока:

Глубина потока – это глубина, на которой вода течет над уровнем земли в открытом канале.

Критическая глубина:

Критическая глубина открытого канала – это минимальная глубина воды над уровнем земли, при которой скорость потока очень высока и течение происходит с большей турбулентностью. Скорость воды на этой глубине называется критической скоростью.

Сверхкритическая глубина:

Сверхкритическая глубина – это глубина воды, которая меньше критической глубины и представляет собой очень жесткую и сверхкритическую ситуацию для основных потоков, возникающих в плотинах, дамбах и многих ирригационных сооружениях. Скорость воды на этой глубине больше критической скорости. Поток в этой области называется сверхкритическим.

Подкритическая глубина:

Подкритическая глубина – это глубина, превышающая критическую глубину. Скорость воды на этой глубине меньше критической скорости. Поток в этой области называется субкритическим потоком.

Основные характеристики гидравлического прыжка:

1. Скачок нестационарный, нерегулярный.
2. В зависимости от направления ветра и сильного ветра он меняет свои свойства и может быть неровным и волнистым.

Использование гидравлического прыжка:

Гидравлический прыжок обязательно образуется для уменьшения энергии воды при спуске водосброса. Это становится необходимым для уменьшения ее энергии и поддержания стабильных скоростей, это явление называется диссипацией энергии в гидротехнических сооружениях.

Типы гидравлических прыжков – на основе числа Фруда:

В основном гидравлические прыжки бывают разных типов в зависимости от топографических особенностей, шероховатости поверхности дна и многих других естественных межфазных связей. Эти типы гидравлических скачков могут быть выражены на основе числа Фруда:

1. Ундулярный гидравлический прыжок – число Фруда (от 1 до 3):

Ундулярный прыжок нерегулярный, неправильно сформированный и имеются определенные турбулентности в частицах воды.

2. Слабый прыжок – число Фруда (от 3 до 6).

Слабый прыжок имеет место, когда скорость в воде очень мала, и частицы воды не могут быть стабильными и текут различными путями.

3. Осциллирующий гидравлический прыжок – число Фруда (6-20)

Осциллирующий гидравлический прыжок образуется, когда колеблющаяся струя входит в суперкритическое состояние и там количество частиц начинает колебаться по часовой стрелке или против часовой стрелки, образуя небольшие приливы или волны на верхней поверхности. Также поток зависит от сильного дуновения воздуха в одном направлении.

4. Стационарный гидравлический скачок – число Фруда (от 20 до 80)

При устойчивом скачке поверхность дна довольно шероховатая, поэтому частицы начинают стремиться в одном направлении с большой скоростью и турбулентностью, потери на трение при таком скачке больше.

5. Сильный гидравлический прыжок – число Фруда (больше 80)

Сильный гидравлический прыжок – это идеальный прыжок, образующийся, когда потери на трение больше, разделение давления воздуха равно, а скорость очень высока, что приводит к потерям. Вода изменяет свое состояние от сверхкритического до подкритического за очень короткое время по сравнению со всеми другими типами гидравлических прыжков, поэтому этот прыжок очень предпочтителен в сооружениях плотин.

Читать далее:
Что такое плотина? Типы плотин и поток через плотины
Гидрологический цикл – процесс и компоненты
Типы дождеприемников для измерения количества осадков
Перекрестный дренаж и его виды
Напорные резервуары – типы напорных резервуаров, их функции и применение

• 21 тип плотин в строительстве.
• Часовая башня Биг-Бен: тиканье с наклоном.
• Что такое течение в открытом канале? Типы течения в открытых каналах.
• Классификация каналов на основе различных факторов.
• Ламинарный поток и турбулентный поток.
• Разрушение плотины в Остине: Одна из крупнейших катастроф в истории США.
• Топ-5 крупнейших провалов плотин в мире.