Numero di Froude

Nell’idraulica dei canali aperti, il numero di Froude è un parametro non dimensionale molto importante.

Il numero di Froude è un parametro adimensionale che misura il rapporto tra “la forza d’inerzia su un elemento di fluido e il peso dell’elemento fluido” – la forza inerziale diviso la forza gravitazionale.

Il Numero di Froude può essere espresso come

Fr = v / (g hm)1/2 (1)

dove

Fr = Numero di Froude

v = velocità (m/s)

g = accelerazione di gravità (9.81 m/s2)

hm = profondità media idraulica o lunghezza caratteristica (m)

Il numero di Froude è rilevante nei problemi di fluidodinamica dove il peso (forza gravitazionale) del fluido è una forza importante.

In generale questa è la situazione per superfici libere come finestre fredde e radiatori caldi – o flusso in condotti aperti come canali d’acqua, tubi di scarico. È usato quando si calcola il trasferimento di quantità di moto in generale e il flusso in canali aperti e il comportamento di onde e superfici in particolare.

Il numero di Froude è importante quando si analizza il flusso in sfioratori, sbarramenti, flussi di canali, fiumi e nella progettazione di navi.

La misurazione dell’acqua in canali aperti generalmente richiede che il numero di Froude sia inferiore a 0,5 per evitare che le onde disturbino le letture accurate della testa.

Quando il numero di Froude è 1 la velocità è uguale alla velocità di propagazione delle onde e le onde a valle o i disturbi di pressione non possono viaggiare a monte. Un numero di Froude di 1 definisce la profondità media critica rispetto alla velocità critica.

Profondità media idraulica

La profondità media idraulica può essere calcolata come

hm = A / T (2)

dove

hm = profondità media idraulica (m)

T = larghezza del condotto o canale aperto (m)

A = area della sezione trasversale del flusso pieno nel condotto o canale (m2)

Nota che il raggio idraulico (o diametro) comunemente usato in meccanica dei fluidi e mette in relazione l’area del flusso con il perimetro bagnato.

Esempio – Dept idraulico medio in un canale rettangolare aperto

La larghezza di un canale aperto è 10 m. La profondità dell’acqua nel canale è 2 m. Il dept medio può essere calcolato come

hm = ((10 m) * (2 m)) / (10 m)

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