Поток жидкости через канал со свободной поверхностью определяется как поток в открытом канале. На эту свободную поверхность жидкости действует атмосферное давление. Следовательно, поток в открытом канале можно также определить как поток жидкости через проход при атмосферном давлении. Течение в открытом канале происходит под действием силы тяжести, что достигается путем обеспечения уклона дна.
Поток в открытом канале
Поток жидкости через открытый канал может быть нескольких типов, таких как устойчивый и неустойчивый поток, ламинарный или турбулентный поток, равномерный или неравномерный поток и, наконец, субкритический, критический и сверхкритический поток.
Типы течения в открытых каналах
Как упоминалось выше, поток в канале может быть:
1. Устойчивый и неустойчивый поток
В потоке в открытом канале, если параметры потока, такие как глубина потока, скорость потока и скорость течения в определенной точке жидкости не изменяются с течением времени, то такой поток называется установившимся.
Если v – скорость жидкости, Q – скорость потока и d – глубина потока, то для установившегося потока:
dv/dt = 0; dQ/dt = 0; dy/dt = 0;
Если в любой точке потока в открытом канале такие параметры потока, как глубина потока, скорость потока и расход, меняют свое значение с течением времени, то такой поток называется неустановившимся. Следовательно, он определяется следующим образом:
dv/dt, dQ/dt и dy/dt не равны нулю
2. Равномерный поток и неравномерный поток
Поток в канале считается равномерным, если при заданной длине канала скорость потока, глубина потока остаются постоянными, т.е.
dy/dS = 0 ; dv/dS=0;
При неравномерном течении такие параметры потока, как скорость, глубина потока и т.д., не остаются постоянными для данной длины канала.
dy/dS и dv/dS не равны нулю
Неравномерный поток можно определить как быстро меняющийся поток (Б.В.П.) и постепенно меняющийся поток (П.В.П.). В случае R.V.F глубина потока быстро изменяется на меньшей длине канала. Она резко возрастает на коротком участке и оседает обратно. В то время как при G.V.F глубина потока изменяется постепенно на большей длине канала.
Рис.1. Иллюстрация типов течения в открытом канале
3. Ламинарный поток и турбулентный поток
Ламинарное и турбулентное течение в открытом канале определяется на основе числа Рейнольдса, Re. Число Рейнольдса определяется соотношением:
Если число Рейнольдса Re меньше 500 или 600, то поток называется ламинарный поток. Если число Рейнольдса больше 2000, то поток называют турбулентный.
Поток с числом Рейнольдса между 500 и 2000, как говорят, находится в переходном состоянии.
4. Критический, субкритический и сверхкритический поток
Поток в открытом канале классифицируется как критический, субкритический или сверхкритический на основании числа Фруда Fe. Число Фруда определяется соотношением:
Поток в открытом канале является субкритическим, если число Фруда меньше 1. Субкритический поток в открытом канале также определяется как спокойный или струящийся поток.
Поток в открытом канале с числом Фруда, равным единице, является критическим потоком. А сверхкритический поток в открытом канале имеет число Фруда больше 1. Сверхкритический поток также называют быстрым потоком, смерчевым потоком или стреляющим потоком.
Читать далее: Факторы, влияющие на распределение скоростей в потоке в открытом канале
Читайте далее:- Ламинарный поток и турбулентный поток.
- Что такое гидравлический прыжок? Виды и характеристики гидравлического прыжка.
- Классификация каналов на основе различных факторов.
- Какие существуют типы течения жидкости в трубах?.
- Эксперимент Рейнольдса.
- Суэцкий канал: Особенности строительства крупнейшего в мире экономического маршрута.
- Канал любви: Худшая экологическая трагедия США.