Birou de proiectare industrială pentru energii regenerabile și mediu

Hidraulica de suprafață liberă corespunde în principal studiului canalelor naturale sau artificiale. Deoarece debitul este liber și nu într-o conductă, presiunea la suprafața apei corespunde presiunii atmosferice și debitul se datorează pantei și nu diferenței de sarcină.
Ecuații Saint-Venant sunt ecuațiile care permit modelarea fluxurilor libere de suprafață la adâncime mică. Acestea sunt derivate din ecuațiile Navier-Stokes integrate la suprafață. Ele sunt exprimate sub forma:

memento-uri

Un număr adimensional care face posibilă caracterizarea acestui tip de flux este Numărul Froude.
Este definit ca raportul dintre viteza caracteristică și viteza undelor gravitaționale, adică:


unde V este viteza caracteristică și d adâncimea canalului.

Din acest număr adimensional, putem distinge două tipuri de regim.

Când Fr 1, suntem în cazul regimului supercritic, numit și regim fluvial. Pentru acest regim, există un nivel ridicat al apei și o viteză mai mică. Aici, viteza caracteristică este mai mică decât viteza undelor gravitaționale. Prin urmare, comportamentul fluidului din amonte este influențat de fluidul din aval. Debitul este supus condiției din aval.

Când treceți de la regim torențial la regim fluvial, a salt hidraulic apare. Înălțimea apei crește brusc și există o mare pierdere de energie (din cauza căderilor de presiune).

Există două înălțimi care descriu parametrii debitului, înălțimea critică Hc și înălțimea normală Hn.

Înălțimea critică corespunde înălțimii apei pentru care numărul Froude este egal cu 1. Prin urmare, este înălțimea pentru care se schimbă regimul de curgere.
În cazul unui canal plat, avem $ H_c = (\ frac) ^ $

Înălțimea normală corespunde înălțimii pentru care câștigul de energie obținut de panta este compensat și de fricțiunea de pe fund. Prin urmare, aceasta corespunde înălțimii la echilibru în cazul în care canalul are o lungime infinită.
Avem $ Hn = (\ frac ) ^ $