Nombre de Froude
Définition
Le nombre de Froude, très utile en hydrologie et géologie, est un nombre sans dimension exprimant le rapport des forces d'inertie aux forces de gravité. Dans un chenal, l'écoulement est hypocritique, critique ou hypercritique selon que son nombre de Froude est plus petit que, égal à ou plus grand que 1.
Le nombre de Froude (Fr) est un rapport des forces d'inertie et de gravitation. Le nombre de Froude est une mesure des caractéristiques d'écoulement en vrac telles que les vagues, les formes de lit de sable, les interactions écoulement/profondeur au niveau d'une section transversale ou entre des rochers.
Modèle de calcul du nombre de Froude :
Le nombre de Froude ne devrait généralement pas dépasser 0,5, car au-dessus de ce nombre, des ondes de surface stationnaires sont susceptibles de se former.
Explications
Le nombre de Froude est défini comme Fr = uD/(ND), où N et D sont respectivement la fréquence de flottabilité de fond et l'échelle caractéristique (prenant généralement le diamètre de la ville).
Le dénominateur représente la vitesse d'une petite vague à la surface de l'eau par rapport à la vitesse de l'eau, appelée célérité des vagues. Au débit critique, la célérité est égale à la vitesse du débit. Toute perturbation de la surface restera stationnaire.
Dans le flux sous-critique, le flux est contrôlé à partir d'un point en aval et les informations sont transmises en amont. Cette condition entraîne des effets de remous. L'écoulement supercritique est contrôlé en amont et les perturbations sont transmises en aval.
La propagation des vagues peut être utilisée pour illustrer ces états d'écoulement : Un bâton placé dans l'eau créera un motif en V de vagues en aval. Si le débit est sous-critique, des ondes apparaîtront devant le manche. Si le débit est critique, les vagues auront un angle de 45 °. Si le débit est supercritique, aucune onde en amont n'apparaîtra et l'angle d'onde sera inférieur à 45 °.
Le débit critique est instable et crée souvent des ondes stationnaires entre le débit super et sous-critique. Lorsque la profondeur réelle de l'eau est inférieure à la profondeur critique, elle est appelée supercritique car elle se trouve dans un état d'énergie plus élevé. De même, la profondeur réelle au-dessus de la profondeur critique est appelée hypocritique car elle se trouve dans un état d'énergie inférieur.
Le nombre de Froude est dû à l'hydrodynamicien anglais William Froude (1810–1879).
Synonymes, antonymes
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En rapport avec "nombre de Froude"
La gravité est la force d'attraction de gravitation sous l'effet de laquelle les corps ont tendance à se déplacer vers le centre de la terre.
En hydrologie, le nombre de Reynolds est un nombre sans dimension exprimant le rapport des forces d'inertie aux forces de viscosité.
Le nombre de Weber est un paramètre sans dimension exprimant le rapport des forces d'inertie aux forces de tension superficielle.
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