Pourquoi les sauts hydrauliques se forment-ils?

Jim

Pourquoi les sauts hydrauliques se forment-ils?


Je sais qu’un saut hydraulique se forme lorsqu’une zone d’écoulement supercritique se décharge dans une zone d’écoulement sous-critique, mais pourquoi exactement un saut hydraulique se forme-t-il?

D’un point de vue mécanique, les seules forces agissant dans le diagramme sont-elles le poids et le frottement? entrez la description de l'image ici

Si quelqu’un pouvait réellement étiqueter le diagramme avec des forces et me les expliquer, j’apprécierais vraiment.

Qmécanicien ♦

Réponses


 dmckee

Eh bien, je ne peux rien dire sur les détails microscopiques, mais dans le langage quotidien, le flux rapide ajoute du matériel supplémentaire au flux lent et il doit aller quelque part. Puisque nous parlons de flux qui est confiné, il doit être en hausse.

Permettez-moi d’essayer une métaphore maladroite qui ne devrait pas être prise trop au sérieux mais qui se rapporte à l’expérience quotidienne. Vous pouvez imaginer quelques groupes de personnes se déplaçant dans un couloir, avec un groupe rapide dépassant un tas de coups lents. Il se peut qu’en se croisant, les gens puissent se rapprocher et permettre aux jeunes batteurs de passer, mais s’il n’y a pas assez de place, il y aura une accumulation à l’arrière. Si au lieu d’un couloir, nous imaginons que cette interaction est confinée d’un seul côté, il est possible de faire de la place en faisant en sorte que certaines personnes s’éloignent du mur par rapport à ce qu’elles avaient commencé. Ce mouvement loin du mur est similaire à un saut hydraulique.

Examinons maintenant la dynamique de manière simple.

  • Le fluide est plus profond en aval qu’en amont, pourquoi ne l’égalise-t-il pas? Quoi qu’il se passe au saut lui-même, le flux rapide ralentit. Cela signifie qu’il est en train de changer de momentum c’est-à-dire qu’il est soumis à une force . La réaction newtonienne de cette force est ce qui empêche la profondeur accrue de refluer. Désactivez le flux rapide et le saut reviendra. La pression disponible pour supporter un saut sera proportionnelle à la différence de vitesse entre les deux flux.

  • Il faut de l’énergie pour élever le fluide, d’où cela vient-il? Le flux rapide est ralenti dans l’interaction, ce qui signifie qu’il y a une certaine énergie cinétique qui circule librement. Une partie de cela finit par élever une partie du liquide.

Jim

Bonjour, merci pour votre réponse, mais pourriez-vous clarifier certaines choses pour moi? J’ai fait une expérience pour étudier le débit (x) par rapport au rayon du saut (y) et la relation que j’ai obtenue semblait être une racine carrée. Par flux rapide, vous voulez dire la partie peu profonde? Quand vous dites en aval, voulez-vous dire loin du cours d’eau central? Quelle est l’importance de la pression ici? Est-ce semblable à la façon dont la pression à l’intérieur d’une boîte fonctionne, avec des molécules sortant et la pression atmosphérique entrant? Je pense que ça commence à cliquer dans ma tête maintenant …

dmckee ♦

Jim, la géométrie que vous montrez n’est qu’une façon de générer un saut hydraulique et ma discussion ne lui est pas spécifique. Dans votre cas, le liquide éloigné de la buse est ralenti par une simple traînée visqueuse, puis il est rattrapé par un écoulement plus rapide par l’arrière.

Jim

J’ai fait une enquête et j’ai découvert que même avec le même débit, un jet avec un rayon plus grand aura un rayon plus petit pour son saut hydraulique que le jet plus fin. Est-ce dû au frottement que subit la colonne du jet là où elle rencontre la surface? Jet de rayon plus grand = plus de surface en contact donc plus de friction?

 

forment-ils, hydrauliques, Les, Pourquoi, sauts, se

 

google

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *