Калькулятор числа Фруда

Число Фруда — безразмерное отношение, сравнивающее инерцию жидкости с восстанавливающим действием силы тяжести. Оно особенно важно в гидравлике открытых каналов, водосбросов и рек, при проектировании судов, изучении волн и других течений со свободной поверхностью. Калькулятор использует Fr = v/√(gL), где v — характерная скорость, g — ускорение свободного падения, L — характерная длина. Стандартное ускорение принято равным 9.80665 метра в секунду в квадрате. Выбор характерной длины зависит от задачи. Для прямоугольного открытого канала гидравлическая глубина обычно равна площади потока, делённой на ширину по свободной поверхности, и в широком прямоугольном канале совпадает с фактической глубиной. Судостроители часто используют длину по ватерлинии при сравнении волнообразования судов. Скорость и длина должны быть выражены в совместимых единицах, чтобы итоговое отношение оставалось безразмерным. Число Фруда меньше единицы описывает докритическое, или спокойное, течение. Возмущения поверхности могут распространяться и вверх, и вниз по потоку, а условия ниже по течению могут влиять на уровень воды выше. При Fr, равном единице, скорость волн совпадает со средней скоростью потока: течение становится критическим, а удельная энергия при заданном расходе — минимальной. При значении выше единицы течение сверхкритическое, или бурное: возмущения не распространяются вверх по потоку, течение обычно мелкое и быстрое, а при переходе к докритическому режиму может возникнуть гидравлический прыжок. Такие прыжки рассеивают значительную энергию, поэтому их часто специально удерживают в водобойных колодцах ниже затворов или водосбросов. Эта простая классификация наиболее непосредственно применима к открытым каналам при использовании гидравлической глубины. В реальных каналах возможны неравномерная скорость, неправильная геометрия, уклон дна, турбулентность и участки резко изменяющегося течения, требующие более подробного анализа. Для судов число Фруда задаёт полезное условие подобия масштабных моделей, поскольку картина волн сильно зависит от силы тяжести. Оно не заменяет подобия по числу Рейнольдса для вязкостных эффектов. Используйте калькулятор для быстрых оценок, масштабирования моделей, опытов в лотках и предварительного гидравлического анализа, а для окончательных инженерных решений применяйте уравнения для конкретной геометрии и местные нормы.