Hydraulisk sprang

Eit hydraulisk sprang er eit fenomen i hydraulikk som ein ofte kan sjå i opne straumkanalar, som elvar og avløp. Når væske med høg fart strøymer ut i ei sone med lågare fart, skjer det ei forholdsvis brå heving (eit sprang eller ei ståande bølgje) i væskeoverflata. Den rasktflytande straumen vert raskt bremsa ned og auken i høgda omformar noko av den opphavlege kinetiske energien i straumen til potensiell energi, der noko energi går tapt gjennom turbulens til varme. I ein open straumkanal, som ei elv, vil dette kome til syne som ei ståande bølgje, på liknande måte som ei sjokkbølgje oppstår.

Eit vanleg døme på eit hydraulisk sprang i den nesten sirkulære stasjonære bølgja som oppstår kring vasstråla i ein spring. Spranget skjer i overgangen mellom punktet der sirkelen ser ut til å stå i ro, og der turbulensen er synleg.

Fenomenet er avhengig av farten til væska i utgangspunktet. Om den opphavlege farten er under ein kritisk fart, så skjer det ikkje noko sprang. Om farten berre så vidt er over den kritiske farten skjer det ein overgang forma som ei bølgje. Om den opphavlege farten aukar enno meir, vert overgangen meir brå, fram til farten vert så stor at bølgja bryt og krøllar seg attende mot seg sjølv. Når dette skjer kan spranget oppstå i lag med kraftig turbulens, kjølvatn, innblanding av luft og bølgjer på overflata.

Det er hovudsakleg to måtar å sjå hydrauliske sprang på og ein har vanlegvis nytta to forskjellige namn om kvar av dei. Mekanismane bak dei er derimot lik.

Dei to hovudmåtane er:

• Stasjonært hydraulisk sprang - hurtigstraumande vatn går over i eit stasjonært sprang til langsamtstraumande vatn, som vist på biletet.

• Tidvassbølgje - ein vegg eller ei bølgje som flyttar seg oppover ei elv som renn nedover. Om ein ser på dette som eit referansesystem som flyttar seg langs bølgjefronten, så kan ein sjå at dette er fysisk likt eit stasjonært sprang.

Hydraulisk sprang i atmosfæren

Det kan òg oppstå hydrauliske sprang i luftstraumen over fjell i atmosfæren. Når lufta strøymer over eit fjell vert det danna ei bølgje, ei fjellbølgje. Om dei atmosfæriske tilhøva er riktige, kan dette skape hydrauliske sprang på lesida av fjellet. Desse er særs turbulente og kan vere farleg for luftfarten.

Kjelder

• Denne artikkelen bygger på «Hydraulic jump» frå Wikipedia på engelsk, den 28. april 2010.

Bakgrunnsstoff

• Current Knowledge In Hydraulic Jumps And Related Phenomena. A Survey of Experimental Results, Hubert Chanson (2009) i European Journal of Mechanics B/Fluids, Vol. 28, No. 2, s. 191-210 (DOI: 10.1016/j.euromechflu.2008.06.004)