Гидравлический прыжок. Сущность явления. Структура потока.

Гидравлический прыжок – скачкообразный переход от бурного состояния потока к спокойному, т.е. переход от глубин< критических к глубинам > критических. Глубины перед прыжком и после прыжка называются сопряженными или взаимными глубинами.

РИСУНОК (лекции)

Глубина h’<hкр – меньшая сопряженная глубина, hкр<h” – большая сопряженная глубина. При анализе дифференциального уравнения неравномерного движения жидкости в призматическом русле:

было показано, что функция h=f(l) имеет разрыв.

Для области h<hкр соответствует отношение нормальных глубин к текущей глубине h/h0>1 и параметр кинетичности Пк>1., тогда справедливо неравенство: и 1-Пк<1. тогда dh/dl>0 – глубина увеличивается вдоль потока. Если h->hкр возникает гидравлический прыжок.

Рассмотрим изменение удельной энергии сечения потока при пересечении инии критических глубин на участке с горизонтальным руслом. Поток под действием сил трения затормаживается, и глубина изменяется от h<hкр до h”>hкр. Предположим, что такое изменение возможно по кривой подпора плавным переходом. В области увеличения глубин энергия уменьшается за счет потерь на трение. Согласно графику удельная энергия сечения должна возрастать от Эmin до Э”>Экр, что противоречит законам физики. Поэтому отказываемся от возможности плавного перехода: переход от бурного состояния к спокойному в области изменения глубин происходит в виде прыжка. Физически скачок оправдан: на местное сопротивление при резком расширении потока в гидравлическом прыжке затрачивается энергия Эп=Э’-Э”.