De Froude nummer i hydraulik indikerar det förhållandet som finns mellan tröghetskrafterna och gravitationskrafterna för en vätska. Därför är det ett sätt att beteckna följande kvot:
VarF är namnet på Froude-numret, en måttlös mängd som ges detta namn för att hedra den anmärkningsvärda brittiska sjöarkitekten och hydraulikingenjören William Froude (1810-1879). Froude och hans son experimenterade med att dra platta ark genom vattnet för att uppskatta båtarnas motstånd mot vågor.
I verkan av vågorna som orsakas av en båt vid segling eller strömmen på en pelare, är tröghets- och tyngdkrafterna närvarande.
Froude-numret är särskilt viktigt för att karakterisera vätskeflöde i en öppen kanal. Ett öppet rör eller en kanal är en ledning vars övre yta är öppen för atmosfären. Exempel finns i överflöd i naturen, i form av floder och vattendrag.
Och i konstgjorda konstruktioner har vi:
-Rännor och avlopp i gator och byggnader för att leda regnvatten.
-Diken för bevattning.
-Deponier och avlopp.
-Kylkanaler för industrimaskiner.
Allt detta är exempel på rör som är öppna för atmosfären, där Froude-numret alltid måste beaktas när flödet karakteriseras..
Artikelindex
Kvoten som anges i början, mellan tröghetskrafterna och tyngdkraften, har följande form, beroende på vätskans parametrar:
Den tidigare ekvationen eller dess kvadratrot är Froude-talet:
Som förklarades i början är vattenflödet genom kanaler som är öppna för atmosfären mycket frekvent. För dessa fall utförs beräkningen av Froude-numret med följande formel:
NF = v / (gyh) ½
Var Yh är det hydrauliska djupet, v är den genomsnittliga flödeshastigheten och g är värdet på accelerationen på grund av tyngdkraften. I sin tur beräknas det hydrauliska djupet enligt följande:
Yh = A / T
I denna formel representerar A nätets tvärsnittsarea och T är bredden på vätskans fria yta, den som utsätts för atmosfären, högst upp på kanalen eller röret. Det gäller för en rektangulär kanal eller en som är tillräckligt bred och med konstant djup.
Det är viktigt att lyfta fram det faktum att eftersom NF är måttlös, då produkten gyh det måste vara kvadrat för en hastighet. Det kan faktiskt visas att:
cellertvå = gyh
Med celler som utbredningshastigheten för en ytvåg, analogt med ljudets hastighet i en vätska. Därför är Froude-numret också analogt med Mach-numret, vilket ofta används för att jämföra flygplanens hastighet med ljudets..
Vätskeflöde i en öppen kanal klassificeras i tre regimer, enligt värdet på NF:
-När nF < 1, se tiene un movimiento en régimen lento o subkritisk.
-UtanF = 1 flödet heter kritiskt flöde.
-Slutligen om du har NF > 1 rörelsen utförs i snabb eller superkritisk.
Reynolds nummer NR är en annan dimensionlös kvantitet som är mycket viktig vid analysen av vätskeflöde, genom vilken det är känt när vätskan har beteende laminera och när är det? turbulent. Dessa koncept är tillämpliga på både slutna rör och öppna kanalflöden..
Ett flöde är laminärt när vätskan rör sig smidigt och ordnat i lager som inte blandas. Å andra sidan kännetecknas det turbulenta flödet av att vara kaotiskt och oordning.
Ett sätt att ta reda på om ett vattenflöde är laminärt eller turbulent är att injicera en ström av bläck. Om flödet är laminärt, flödar bläckströmmen separat från vatten, men om det är ett turbulent flöde blandar sig och försvinner bläcket snabbt i vattnet.
I denna bemärkelse, när vi kombinerar effekterna av Froude-numret med de av Reynolds-numret, har vi:
-Subkritisk laminär: NR < 500 y NF < 1
-Turbulent subkritisk: NR > 2000 och NF < 1
-Superkritisk laminär: NR < 500 y NF > 1
-Superkritisk turbulent: NR > 2000 och NF > 1
När flödena inträffar i övergångsregionerna är det svårare att karakterisera dem på grund av deras instabilitet.
En flod 4 m bred och 1 m djup har ett flöde av 3 m3 / s. Bestäm om flödet är subkritiskt eller superkritiskt.
För att hitta värdet av NF det krävs att känna till flodströmens hastighet. Uttalandet ger oss flödeshastigheten, även känd som volymflödeshastigheten, som beror på tvärsnittsarean och hastigheten v för flödet. Det beräknas så här:
Q = A.v
Var F är flödet, TILL är tvärsnittsarean och v är hastigheten. Om vi antar ett rektangulärt tvärsnittsområde:
A = bredd x djup = 4 m x 1 m = 4 mtvå
Då är hastigheten v:
v = Q / A = 3 m3 / s / 4 mtvå= 0,75 m / s
Hydrauldjupet i fallet med det rektangulära sektionsröret sammanfaller med djupet och ersätter därför värden i ekvationen för NF, med Yh = 1 m Y g = 9,8 m / stvå du har:
NF = v / (gyh) ½ = 0,75 m / s / (9,8 m / stvå x 1m) ½ = 0,24
Eftersom NF är mindre än 1, har flödet ett subkritiskt beteende, det vill säga långsamt.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.