Configuration of the free surface above a vertical jet

La configuration de la surface libre au-dessus d'un jet vertical

¹ NSF Graduate Trainee, Department of Mechanics and Hydraulics, The University of Iowa, Iowa City, Iowa.
² Research Assistant, Institute of Hydraulic Research, The university of Iowa, Iowa. City, Iowa.

Abstract

On a fait l'étude expérimentale d'un jet aximétrique vertical immergé au-dessous d'une surface libre. Les essais ont été conduits par analyse dimensionnelle ; les résultats ont été présentés sous forme de graphiques adimensionnels des profils de la surface libre (fig. 4), et du déplacement relatif de l'axe, en fonction de la profondeur relative de submersion de la buse et d'un terme adimensionnel tenant compte du flux de quantité de mouvement (fig. 3). Les déplacements de la surface libre ont été mesurés pour des profondeurs de submersion de la buse égales à 1, 4, 9, 16 et 25 diamètres de buse. La figure 3 montre que le déplacement relatif de l'axe ΔZCL/Z0 devient progressivement de plus en plus indépendant de la profondeur relative de submersion de la buse, lorsque la valeur de z0 d0 augmente ; lorsque la profondeur de submersion dépasse z0 / d0 = 16, la buse se comporte essentiellement comme une source ponctuelle de flux de quantité de mouvement. Sur cette même figure 3, la courbe correspondant à z0/d0 = 25 n'a pas été tracée sur les points expérimentaux, mais a été alignée sur les autres courbes, car les auteurs estimaient que la position de ces points se trouvait influencée par la plage amortisseuse de houle représentée sur la figure 2. Le rôle de cette plage était de limiter autant que possible les perturbations provoquées par le jet à la surface libre. On a constaté que les profils adimensionnels de la surface libre tendaient à être géométriquement semblables sur l'ensemble de la gamme des profondeurs de submersion relatives considérées dans les expériences. Ceci signifiait que tous ces profils pouvaient se ramener à peu près à une courbe unique, celle de la figure 4. La dépression localisée de la surface libre, correspondant à des valeurs de r/r base comprises entre 1,0 et 1,4, s'explique par le fait qu'en ce point, l'eau contenue dans la protubérance du profil rencontre la surface libre. L'introduction d'une nouvelle valeur variable de rbase dans la figure 4, a conduit à la nécessité d'exprimer rbase/z0 en fonction du flux de quantité de mouvement, et de la profondeur de submersion relative. Ceci a fourni le graphique de la figure 5, qui est exactement analogue au graphique représentant le déplacement de l'axe en figure 3. On a également constaté que le déplacement de l'axe de la surface libre était donné, approximativement, par la hauteur cinétique du filet liquide médian d'un jet infini, et submergé, à une distance égale à Z0 + ΔZCL de la buse. Ceci permet de substituer dans l'équation (6), la vitesse correspondant à l'axe, tirée de l'équation (7), pour obtenir Δz0L. La ligne en traits discontinus de la figure 3 montre le résultat de cette approximation.