Similitude and scale effects of air entrainment in hydraulic jumps

摘要

Un ressaut hydraulique est caractérisé par une turbulence et un entraînement d'air importants dans le rouleau. De nouvelles mesures ont été effectuées avec deux canaux dans lesquels on a entrepris des expériences similaires avec des nombres de Froude identiques à l'amont et des largeurs relatives de canal dans un rapport géométrique de 2:1. Les distributions de fractions de vide ont montré la présence d'une couche de cisaillement d'advection/diffusion dans laquelle les données suivaient une solution analytique de l'équation de diffusion pour des bulles d'air. Les données ont indiqué quelques effets d'échelle dans le petit canal en termes de fraction de vide et de taux de décompte de bulles. Les distributions de fraction de vide impliquaient comparativement un débarquement plus grand aux faibles nombres de Reynolds, indiquant une moindre aération globale du rouleau de ressaut. Les taux sans dimension de décompte de bulles étaient sensiblement inférieurs dans le plus petit canal particulièrement dans la couche de mélange. On pense que cette étude constitue la première recherche systématique sur les effets d'échelle affectant l'entraînement d'air dans les ressauts hydrauliques, en utilisant une technique précise de mesure air-eau.%A hydraulic jump is characterized by some strong turbulence and air entrainment in the roller. New measurements were performed in two channels in which similar experiments with identical inflow Froude numbers and relative channel widths were conducted with a geometric scaling ratio of 2:1. Void fraction distributions showed the presence of an advection/diffusion shear layer in which the data followed an analytical solution of the diffusion equation for air bubbles. The data indicated some scale effects in the small channel in terms of void fraction and bubble count rate. Void fraction distributions implied comparatively greater detrainment at low Reynolds numbers yielding to lesser overall aeration of the jump roller. Dimensionless bubble count rates were significantly lower in the smaller channel especially in the mixing layer. The study is believed to be the first systematic investigation of scale effects affecting air entrainment in hydraulic jumps using an accurate air-water measurement technique.