W hydraulice kanałów otwartych liczba Froude’a jest bardzo ważnym parametrem niewymiarowym.

Liczba Froude’a jest bezwymiarowym parametrem mierzącym stosunek „siły bezwładności działającej na element płynu do ciężaru tego elementu płynu” – siła bezwładności podzielona przez siłę grawitacji.

Liczba Froude’a może być wyrażona jako

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

gdzie

Fr = liczba Froude’a

v = prędkość (m/s)

g = przyspieszenie ziemskie (9.81 m/s2)

hm = średnia głębokość hydrauliczna lub długość charakterystyczna (m)

Liczba Froude’a jest istotna w problemach dynamiki płynów, w których ciężar (siła grawitacji) płynu jest ważną siłą.

Na ogół jest to sytuacja dla powierzchni swobodnych, takich jak zimne okna i gorące kaloryfery – lub przepływ w otwartych przewodach, takich jak kanały wodne, rury kanalizacyjne . Jest ona używana przy obliczaniu przenoszenia pędu w ogólności i przepływu w kanale otwartym oraz zachowania fal i powierzchni w szczególności.

Liczba Froude’a jest ważna przy analizie przepływu w rozlewiskach, jazach, przepływach kanałowych, rzekach i przy projektowaniu statków.

Pomiar wody w przepływie w kanale otwartym generalnie wymaga, aby liczba Froude’a była mniejsza niż 0,5, aby zapobiec zakłócaniu dokładnych odczytów wysokości podnoszenia przez fale.

Gdy liczba Froude’a wynosi 1, prędkość jest równa prędkości rozchodzenia się fali i fale lub zakłócenia ciśnienia w dole kanału nie mogą przemieszczać się w górę rzeki. Liczba Froude’a równa 1 definiuje średnią głębokość krytyczną w stosunku do prędkości krytycznej.

Hydrauliczna średnia głębokość

Hydrauliczną średnią głębokość można obliczyć jako

hm = A / T (2)

gdzie

hm = hydrauliczna średnia głębokość (m)

T = szerokość kanału lub otwartej powierzchnia (m)

A = powierzchnia przekroju poprzecznego wypełnionego przepływu w przewodzie lub kanale (m2)

Zauważ, że promień hydrauliczny (lub średnica) powszechnie stosowany w mechanice płynów i odnosi powierzchnię przepływu do zwilżonego obwodu.

Przykład – Hydraulic Mean Dept in an Open Rectangular Channel

Szerokość otwartego kanału wynosi 10 m. Głębokość wody w kanale wynosi 2 m. Średnią głębokość można obliczyć jako

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