Hidravlično modeliranje
Hidravlični modeli se uporabljajo za reševanje različnih hidravličnih problemov, kot na primer: naravna in umetna korita vodotokov, kanali, mostni oporniki, jezbice, pragovi, pregrade, jezovi, prelivi, zapornice, podslapja, prehodi za vodne organizme, zajetja, črpališča, cevovodi, ventili, prepusti, vodostani, premeščanje plavja in plavin; transport toplote in polutantov ter valovi (poplavni, obratovalni, porušitveni).
Hidravlični modeli so lahko fizični (tj. fizično zgrajeni), numerični (računalniške simulacije) ali hibridni (hkratna uporaba fizičnega in numeričnega modela).
FIZIČNO MODELIRANJE
Fizični hidravlični modeli so lahko zgrajeni iz različnih materialov (beton, les, umetne mase, akrilno steklo…), v različnih merilih (od 1:1 do npr. 1:100 in več), v enotnem merilu ali distorzirani (popačeni, merilo višin je drugačno kot merilo dolžin), s fiksnim ali gibljivim dnom.
Vsak fizični hidravlični model mora izpolnjevati kriterije hidravlične modelne podobnosti, ki zajema geometrijsko podobnost (dolžine, površine, prostornine), kinematično podobnost (časi, hitrosti) in dinamično podobnost (sile, masa).
Fizični hidravlični model Adiže na odseku skozi Verono.
V hidravličnih raziskavah sta najpogosteje uporabljena Froudov modelni zakon za tokove, pri katerih prevladuje sila težnosti (tok s prosto gladino, valovi) in Reynoldsov modelni zakon za tokove, pri katerih prevladujejo sile trenja (tok po ceveh, tok z veliko hitrostjo …).
Froudov modelni zakon | Geometrijska podobnost pomeni, da imata model in prototip enako obliko, pri čemer so vse dimenzije v stalnem razmerju. Kinematična podobnost zagotavlja, da so hitrosti in vzorci pretakanja sorazmerni, tako da je gibanje tekočine podobno. Dinamična podobnost zahteva enaka razmerja med silami, kar pri toku s prosto gladino dosežemo z ujemanjem Froudovega števila, ki omogoča točno modeliranje vplivov težnosti.
Reynoldsov modelni zakon | Reynoldsov modelni zakon zahteva, da imata model in prototip enako Reynoldsovo število. S tem se ohrani enako razmerje med vztrajnostnimi in viskoznimi silami, zato so tokovni vzorci, porazdelitev hitrosti in učinki trenja med modelom in prototipom primerljivi. Takšna podobnost omogoča zanesljivo modeliranje tokov, pri katerih imajo viskozni vplivi pomembno vlogo.
Na podlagi opisanih zakonitosti se v hidravličnih raziskavah oblikujejo fizični modeli različnih hidrotehničnih objektov, ki omogočajo analizo njihovega delovanja v kontroliranih pogojih.
Primeri:
Segmentna zapornica (uravnava pretok in gladino vode).
Ribja steza (za prehod rib in drugih vodnih organizmov mimo preprek).
Disipacijska komora (zmanjšuje energijo toka in erozijo dolvodno).
Konični ventil (uravnava pretok vode pod tlakom).
Vodostan (služi umirjanju in merjenju vodne gladine).
Turbinski vtok (omogoča in regulira dotok vode v turbino).
Prelivna polja (omogočajo varno odvajanje presežnih voda).
Gradbena jama (začasni izkop za izvedbo podzemnih del).