液压中的弗洛德数表示流体的惯性力和重力之间的关系。因此,这是一种指定以下商的方法:

其中N F是Froude数的表示法,是无量纲的名称,以纪念著名的英国海军建筑师和水力工程师William Froude(1810-1879)。弗洛德(Froude)和他的儿子进行了实验,将平板拖入水中,以估算船只对波浪的抵抗力。

图1. Froude编号对于表征流经明渠(如沟渠)的水流是必要的。资料来源:
在船舶航行时产生的波浪作用或桥梁支柱上的电流作用下,会产生惯性和重力。
弗洛德数对于表征开放通道中的流体流动特别重要。敞开的管道或通道是指其上表面通向大气的导管。自然界中以河流和溪流的形式出现的例子很多。
在人造建筑中,我们有:
-街道和建筑物中的排水沟和排水沟可引导雨水。
-灌溉设施。
-排泄物。
-工业机械的冷却通道。
这些都是通向大气的管道的示例,在表征流量时必须始终考虑弗洛德数。
弗劳德数计算
在一开始时,在惯性力和重力之间的商表示为商,具体取决于流体的参数:

先前的方程式或其平方根是弗洛德数:

开管的弗洛伊德编号
如开始时所解释的,水通过通向大气的通道的流动非常频繁。对于这些情况,弗劳德数的计算采用以下公式进行:

其中y h是水力深度,v是平均流速,g是重力加速度的值。反过来,水力深度的计算如下:
在该公式中,A表示净横截面积,T是流体自由表面的宽度,该自由表面在通道或管道的顶部暴露在大气中。对于矩形通道或足够宽且具有恒定深度的通道有效。
重要的是要注意这一事实,因为NF是无量纲的,所以乘积g和h必须是速度的平方。实际上,可以证明:
用c o作为表面波的传播速度,类似于流体中的声速。因此,弗洛德数也类似于马赫数,马赫数被广泛用于比较飞机的速度和声音的速度。
根据弗洛德数的流类型
根据N F的值,明渠中的流体流动分为三种状态:
-当N F <1时,出现缓慢或次临界运动。
-如果N F = 1,则该流量称为临界流量。
-最后,如果N F > 1,则运动以快速或超临界状态进行。
弗洛德数和雷诺数
雷诺数N R是流体流动分析中另一个非常重要的无量纲量,通过它可以知道流体何时具有层流行为以及何时具有湍流。这些概念适用于封闭管道和明渠中的流量。
当流体在没有混合的层中平稳有序地运动时,流是层流的。另一方面,湍流的特征在于混乱且无序。
找出水流是层流还是湍流的一种方法是注入墨水流。如果是层流,则墨水流与水流分开流动,但是如果是湍流,则墨水会混合并迅速散入水中。

图2.层流和湍流。资料来源:维基共享资源。塞拉列波娃
从这个意义上讲,当将弗洛德数和雷诺数的影响相结合时,我们有:
-层压亚临界:N R <500和N F <1
-亚临界湍流:N R > 2000和N F <1
-超临界轧制:N R <500和N F > 1
-超临界湍流:N R > 2000和N F > 1
当流动发生在过渡区域时,由于其不稳定,很难对其进行表征。
工作的例子
宽4 m,深1 m的河流的流量为3 m 3 / s。确定流是次临界还是超临界。
解
要找到N F的值,需要知道河流的速度。该语句为我们提供了流速,也称为体积流速,它取决于横截面积和流速v。计算如下:
其中Q是流速,A是横截面积,v是速度。假设横截面为矩形:
则速度v为:
在矩形截面管的情况下,水力深度与深度一致,因此,用方程式中的N F代替y h = 1 m和g = 9.8 m / s 2,我们有:
由于N F小于1,因此流具有次临界行为,即缓慢。
参考文献
- Cimbala,C.,2006年。《流体力学,基础知识和应用》。麦克 格劳希尔。
- Franzini,J.1999。《流体力学及其应用》在工程学中。麦克 格劳希尔。
- Mott,R.,2006年。流体力学。4号 版。培生教育。
- White,F.,2004年。流体力学。第5版。Mc Graw Hill。
- 维基百科。弗劳德数。摘自:es.wikipedia.org。
