Hidravlični skok
| Naloga | Uvod | Osnovne ideje | Prva opažanja | V kanalu | V koritu | | Zaključek |
Najprej opišimo sam viden pojav Hidravlični skok je pojav, ki ga najpogosteje vidimo v tekočinah, ki tečejo po kanalih odprtega tipa, na primer v rekah. Do njega pride, ko tekočina z visoko hitrostjo preide v območje z nižjo hitrostjo. V tistem trenutku namreč pride do nenadnega povišanja gladine tekočine. Z nenadnim zmanjšanjem hitrosti in povečanjem višine gladine se del začetne kinetične energije prevede v potencialno energijo, nekaj pa se je zaradi turbulence toka spremeni v notranjo energijo. Sam pojav je odvisen od začetne hitrosti tekočine. Če je ta pod kritično hitrostjo, potem do hidravličnega skoka ne bo prišlo, če pa je hitrost le nekaj malega nad kritično, bo sam skok izgledal kot nek valovit val. Če je hitrost večja od kritične, pride še do velikih vrtincev in močnih valov, kar v naravi okarakteriziramo kot hidravlični skok. Pojav, ki nastane, ko tok vode zadane površino (dno umivalnika). Iz splošne teorije o hidravličnih skokih smo izvedeli, da je hidravlični skok v bistvu udarni val tekočine, ki nastane na mestu prehoda laminarnega toka v turbulentni tok, torej, pri prehodu iz toka tekočine, kjer so tokovnice urejene in gladke, v tok, v katerem se tokovnice s časom spreminjajo, oziroma premikajo, iz teh tokovnic pa se ustvarjajo vrtinci. Laminarni in turbulentni tok Ko pade na dno umivalnika, se voda »razlije« radialno proti robu umivalnika. Sprva teče tako, da izgleda kot gladek sloj vode. V tem območju je hitrost toka večja kot hitrost, s katero se gibljejo valovi na površju vode. Motnje, ki nastajajo na gladini vode zato ne morejo potovati nazaj proti centru kroga- tečejo lahko le proti njegovem robu. Zaradi trenja, ki nastane zaradi potovanja vode po površju umivalnika, in zaradi širjenja pretoka vodnega toka se upočasnjuje tok vode, dokler se hitrost toka ne izenači s hitrostjo valov na površju vode. To točko zaznamo kot nenadno spremembo toka. Gladina vode se do te točke dvigne, voda pa se »nakopiči« na prehodnem delu med laminarnim in turbulentnim tokom. Ta prehod vidimo kot rob kroga oziroma hidravlični skok. Zunaj opaženega kroga je hitrost toka tako upočasnjena, da lahko valovanje potuje proti sredini kroga, vendar pa le-to zaradi prehodnega pojava do sredine nikoli ne pride. Kot opombo zapišimo še, da je sam pojav krožnega hidravličnega skoka precej bolj zapleten kot smo si sprva predstavljali. Na pojav hidravličnega skoka namreč ne vplivajo samo gravitacijski valovi, ampak tudi kapilarni valovi, v posebnih primerih imamo tako mešanico, ki ji rečemo gravitacijsko-kapilarni val. Znanstveniki še vedno niso popolnoma enotni, kako do tega tipa hidravličnega skoka pride in v kolikšni meri, če sploh, gravitacija vpliva na njegov nastanek. Zaradi same neraziskovanosti pojava smo se pri poskusu, za razliko od prejšnjega dela, skoncentrirali na meritve velikosti radija in višine gladine vode pred in po skoku. Pri kanalnem reliefu: Nenandna sprememba gladine vode pri prehodu z globine, kjer je hitrost toka superkritična, do globine, kjer je hitrost toka subkritična, se pogosto pojavi tud v kanalih ob spremembi kanalnega reliefa (ovire, spremembe naklona…). Pri tem se sicer kompleksnejši pojav tridimenzionalnih razsežnosti zreducira na dve dimenziji. Tovrstni kanalni hidravlični skok ima izreden inženirski pomen v hidrologiji, kajti njegovo poznavanje omogoča nadzorovan ponor presežka energije, s čimer se prepreči oziroma znatno zredicura erozija v naravnih vodotokih. Hidavlični skok ima veliko pojavnih oblik in je pogosto spremljan z drugimi turbulenčnimi pojavi kot denimo kavitacija, kar otežuje numerično modeliranje. Poleg tega turbulentni tok rezultira v iznosu sedimetov, kar pomembno vpliva na reološke lastnosti medija.