Nombre de Froude et écoulement critique
En haut: comportement de la profondeur de l’écoulement h d’un écoulement dans des canaux avec une perturbation permanente, en bas: propagation d’une onde de surface après une perturbation momentanée (point rouge, lignes bleues = fronts de perturbation)
1 écoulement sous-critique, 2 écoulement critique, 3 écoulement supercritique
Écoulement sous-critique
On observe des perturbations du comportement d’écoulement en amont. La vitesse d’écoulement v est inférieure à la vitesse de propagation c d’une onde de surface. Un écoulement sous-critique a normalement une profondeur de l’écoulement h élevée à une vitesse d’écoulement v faible.
Écoulement critique
On n’observe aucune perturbation du comportement d’écoulement en amont. La vitesse d’écoulement v est égale à la vitesse de propagation c d’une onde de surface.
Écoulement supercritique
On n’observe aucune perturbation du comportement d’écoulement en amont. La vitesse d’écoulement v est supérieure à la vitesse de propagation c d’une onde de surface.
Le nombre de Froude décrit le rapport qui existe entre la vitesse d’écoulement v et la vitesse de propagation c d’une onde de surface et sert donc à déterminer le type d’écoulement (écoulement sous-critique ou écoulement supercritique). Un nombre de Froude identique correspond à une dynamique similaire de l’écoulement dans des canaux.
Fr<1: sous-critique, Fr=1: critique, Fr>1: supercritique
Courbe de charge spécifi que avec nombre de Froude
h profondeur de l’écoulement, E charge spécifi que, Fr nombre de Froude
L’écoulement dans des canaux a de nombreuses similitudes avec l’écoulement compressible. Dans les deux cas, il existe un nombre caractéristique sans dimension (Froude ou Mach) qui caractérise l’écoulement. De nombreuses différences entre l’écoulement sous-critique et l’écoulement super critique ont des analogies dans l’écoulement subsonique et l’écoulement supersonique.
Écoulement critique (nombre de Froude =1)
À la charge spécifique minimale Emin, la profondeur de l’écoulement h correspond à la profondeur critique hc. Au niveau de ce point, le nombre de Froude est Fr=1, l’écoulement est critique et la vitesse de propagation c est égale à la vitesse d’écoulement v. Au niveau de ce point, la force spécifique F dans le canal est également minimale.
Exemples pour lesquels il est possible d’avoir une profondeur critique (écoulement critique)
1 profondeur critique à proximité d’une chute libre
2 modifi cation de la pente de fond
3 écoulement par un déversoir à seuil épais
4 ressaut
Formation du ressaut avec différents nombres de Froude
