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油圧ジャンプ

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油圧ジャンプ オープン フローの高速移動で流れが不安定になると発生する現象であります。ジャンプが発生すると、突然増加の深さと平均流れの減少速度下流の液面の高さが増加します。この現象の重要な副作用は上流流れの運動エネルギーの多くが熱として消費されます。ただし、油圧ジャンプしばしば生じるは当然、河川や家庭用シンクに流れ、彼らはまた、意図的混合を増やしたり、浸食を最小限に抑えるために大規模な水道にエンジニア リングなど。このビデオは直線チャネルで油圧ジャンプの背後にある原理を説明し、小規模オープン チャネル フロー機能を用いて現象を紹介し。結果を分析した後油圧ジャンプのいくつかのアプリケーションを検討するでしょう。

油圧ジャンプが発生します開いているチャネルの広いストレート セクションにフローを考慮し、ジャンプのまわり水門上のコントロール ボリュームを作成します。入口・出口の流速が均一である場合、質量保存の法則は上流と下流の流体の深さ間の単純な関係を生成します。速度を掛けた深さは一定です。運動量の保存を考慮した 2 番目の関係を見つけることが。入力と出力の間で運ばれる質量とそれに対応する質量流束の流れ速度の乗算と同じ勢いを運ぶ。コントロール ・ ボリュームの表面に静水圧の力はまた運動量のバランスに貢献し、含める必要があります。これらの力は、表面の面積を乗算の平均圧力に等しい。この時点で、フルード数, 無次元英語エンジニアにちなんで、hydrodynamicist、ウィリアム ・ フルードを導入することをお勧めします。フルード数を特徴付ける静水力を流体の運動量の相対的な強さ。今、質量の関係を使用して置換による排除出力速度をフルード数を書き換える運動量関係結果は下流と上流の深さの比率の面で三次方程式です。この方程式は、上流と下流の深さが等しい些細な解決策を考慮することによって簡略化できます。二次方程式を使用して残りの 2 つのソリューションは簡単に発見が、それは非物理的なので否定的なソリューションを除去ことができます。残りの溶液は、深さ、油圧ジャンプまたは上位の Froude 数の値に基づいて、深さ、油圧うつ病の減少の増加に対応しています。上位の Froude 数が 1 より大きい場合、流れは機械的エネルギーの高いと超臨界か不安定。それは力学的エネルギーを高めるし、熱力学第二法則に違反するため、油圧うつ病はこのレジームでは形成できません。その一方で、自発的にまたは流れのいくつかの障害により、油圧ジャンプを形成できます。1 つの入力のフルード数は、油圧ジャンプの発症に対する最小しきい値を表します。油圧ジャンプは熱に力学的エネルギーを放散し、やや流れの潜在的なエネルギーを増加させながら運動エネルギーを大幅に削減します。フルード数が増加するにつれて上流へ下流の深さと運動エネルギーが熱として消費量の比もそうです。今では油圧ジャンプの背後にある原則を理解、実験的それらを調べてみましょう。

まず、テキストに記載されている開水路流れ施設を作製します。施設が開いているチャネルによって接続されている上限と下限の貯水池です。低い貯蔵所からの揚水は流量制御し、バルブとポンプに伴い流量計によって測定される上部の貯水池に預けた。セクションの幅に水を均等に分散させることができます上部タンクのスチール ウールと調節可能な水門流体の深さを制御は、チャネルに入ってきた。チャネルを流れる後液体はより低い貯蔵所に再び堆積されています。フロー機能をアセンブルすると、ベンチに設定し、近くの電子デバイスをすべて取り外します。電気ショックのリスクを最小限に抑えるため GFCI の出口にポンプを接続し、水でより低い貯蔵所を満たします。実験を実行する準備が整いました。

約 5 ミリメートルに水門を調整します。ギャップを定規を使って水門下の最終的な高さを測定し、上流の流れの深さの H1 としてこの距離を記録します。終了したら、ポンプをオンにし、流量計の目盛りを超えることがなく、流量を最大化するバルブを使用します。再び油圧ジャンプ後流体の深さを測定するのにルーラーを使用します。この 2 番目の距離下流の流れの深さの H2 であると共に、流量を記録します。前に、油圧ジャンプの形状を観察します。高い流動度のより大きくより急激な遷移と低流量域のより小さくより段階的な遷移に気づく必要があります。今、引き続いて低流量域の測定、観測を繰り返します。油圧ジャンプの形成のための最小しきい値流量を決定ましょう。しきい値の流量を見つけたら、結果を分析する準備が整いました。

各体積流量速度下流流体深さの測定が必要です。上流の深さは、すべての場合と同じです。測定ごとに以下の計算を完了し、道に沿って不確実性を反映します。まず、入口流速を決定します。チャンネル幅と上流の奥行きで体積流量を分割します。次に、前に、与えられた定義を使用して上流のフルード数を評価し、加速度、重力と同様、上流の高さおよび速度のために。今、理論的な下流の深度を計算するのにフルード数とジャンプの高さの非自明な解決策を使用します。測定の下流の深さの理論的予測と比較します。超臨界流量の予測実験的不確実性内測定の深さが一致します。しきい値の流量の結果を見てください。実験的不確実性、フルード数 1 つです、理論解析から予期していた通り。油圧ジャンプからの機械的エネルギー損失率は、これらのデータからも計算できます。まず、入口の運動および潜在的なエネルギー流量の合計であるジャンプに流れる流体の力学的エネルギーを計算します。今、同じ方法で、出口に値を出力エネルギー率を決定します。機械的エネルギー損失熱の率は、入力と出力の料金の違いです。この実験では、エネルギー損失率は約 40% 入口エネルギー以上を達することができます。これらの結果は、運動量の分析と理解と油圧システムの挙動予測のための模型実験の有効性を強調表示します。今油圧ジャンプが利用されているいくつかの他の方法を見てみましょう。

油圧ジャンプは、多くのエンジニア リング アプリケーションで重要な自然現象です。油圧ジャンプは頻繁に熱流体力学的エネルギーを放散する油圧システムに設計されています。これは水路から高速液体噴射によって被害を受ける可能性が減少します。高チャネル流速土砂打ち込むから上げや流動することができます。油圧ジャンプも流速を低減、侵食と杭周辺の洗掘の可能性を減らします。水処理プラントの油圧ジャンプは、混合を誘導し、流れを通気時々 使用されます。油圧ジャンプから混合性能とガスの引き込みは、この実験では定性的観察できます。

ゼウスの油圧ジャンプ入門を見てきただけ。今コントロール ボリュームのアプローチを使用して流動挙動を予測する方法と、開水路流れ機能を使用してこの現象を測定する方法を理解する必要があります。実際のアプリケーションで油圧ジャンプをエンジニア リングのいくつかの実用的な用途も見てきました。見ていただきありがとうございます。

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