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)