Калькулятор гидравлического прыжка

Гидравлический прыжок — это быстрый переход мелкого, быстрого, бурного потока в открытом канале к более глубокому, медленному, спокойному потоку. Поверхность воды резко поднимается, возникает интенсивная турбулентность, а часть механической энергии превращается в тепло, звук и мелкомасштабные движения. Прыжки часто наблюдаются ниже водосбросов, затворов и крутых каналов. Инженеры нередко специально создают их в водобойных колодцах: управляемое гашение энергии защищает нижележащее русло и сооружения от размыва. Число Фруда определяет режим течения, сравнивая инерционные эффекты с действием гравитационных волн. Оно равно средней скорости, деленной на квадратный корень из произведения ускорения свободного падения и гидравлической глубины. Для широкого прямоугольного канала гидравлическая глубина равна глубине воды. Число Фруда больше единицы соответствует бурному потоку, меньше единицы — спокойному, а единица — критическому. Для классического прыжка число Фруда перед ним должно превышать единицу. Если введенные данные дают единицу или меньше, уравнение сопряженных глубин все равно выдает число, но оно не описывает обычный прыжок с гашением энергии. Калькулятор применяет соотношение количества движения для горизонтального прямоугольного канала. Сопряженная глубина после прыжка равна половине глубины перед ним, умноженной на разность между квадратным корнем из суммы единицы и восьми квадратов числа Фруда перед прыжком и единицей. Затем из неразрывности по отношению глубин определяется скорость после прыжка. Новые глубина и скорость используются для числа Фруда после прыжка. Удельная энергия, рассеиваемая в идеальном прыжке, равна кубу разности глубин, деленному на учетверенное произведение обеих глубин. Уравнения предполагают установившееся течение, гидростатическое давление вдали от вальца, равномерную скорость по каждому сечению, пренебрежимо малый уклон дна на участке прыжка и отсутствие существенного бокового сужения. Реальные прыжки трехмерны, а их длина в несколько раз превышает глубину после прыжка. Условия нижнего бьефа определяют, возникнет ли прыжок в ожидаемом месте, окажется затопленным или сместится вниз по течению. Используйте результаты как предварительные гидравлические значения; для ответственных проектов дополните их рекомендациями по водобойным сооружениям, проверками запаса высоты, учетом наносов и физическим или численным моделированием. Единицы должны быть согласованы; значения по умолчанию и подписи используют метры и секунды.