Theoretical and experimental methodology for determining the characteristics of classical hydraulic jump

Embora o ressalto hidráulico seja um assunto já muito estudado, é igualmente um assunto de grande interesse, acerca do qual ainda existem diversos questionamentos a respeito de suas características. Por essa razão, buscou-se neste projeto o desenvolvimento de estudos experimentais e a proposição de um modelo teórico. Os trabalhos experimentais foram desenvolvidos com o uso de um sensor ultrassônico, para aquisição de dados instantâneos da superfície livre, sendo estudados ressaltos com número de Froude na seção supercrítica entre 1,94 e 5,26 e duas condições de controle a montante: comporta plana e vertedor de soleira espessa. As seguintes variáveis foram avaliadas a partir dos experimentos: comprimento do rolo, comprimento do ressalto, intensidade turbulenta vertical, perfil da superfície livre e frequências dos sinais de saída do sensor. Os perfis da superfície livre, considerando-se separadamente os dados de comporta e vertedor, foram ajustados a partir de uma equação heurística e as frequências características foram comparadas com os comprimentos característicos do ressalto. Além disso, foram efetuados registros fotográficos do escoamento com uma câmera de alta velocidade e luz laser para uma condição experimental (com baixo número de Froude supercrítico), sendo a superfície livre detectada por meio de técnicas usuais de processamento de imagens. O perfil médio obtido com o sensor foi semelhante ao perfil das imagens. Em relação ao modelo teórico proposto, este foi desenvolvido a partir de dois volumes de controle (VC) fixos, sendo obtidas duas equações para a relação entre o comprimento do rolo e a altura supercrítica. Verificou-se uma variação de quarenta porcento entre os valores previstos com as equações e os dados experimentais, em função da própria divergência dos dados de comprimento do rolo indicados pelos autores. De forma geral, o estudo mostrou-se relevante por possibilitar a avaliação da estrutura externa do ressalto hidráulico por meio de diferentes abordagens metodológicas.Althought hydraulic jump has been studied for a long time, it is equally a theme of large interest, which many aspects related to its characteristics remain unanswered. Therefore, the development of experimental studies and the proposal of a theoretical model was sought in this project. The experimental works were carried out using an ultrassonic sensor, in order to acquire instantaneous data of the free surface, being studied hydraulic jumps with inflow Froude number ranging between 1.94 and 5.26 and two upstream control structures: plane gate and broad-crested weir. The following variables were evaluated: roller length, hydraulic jump length, vertical turbulent intensity, free surface profile, frequencies of the output data sensor. The free surface profiles, considering individually the plane gate and broad-crested weir, were adjested using a heuristic equation and characteristic frequencies were compared to the characteristic jump lengths. Furthermore, the flow was photographed using a high speed camera and a laser light for one experimental condition (for low inflow Froude number). The free surface in images were detected trought usual image processing techniques. The mean profile obtained from the sensor was very similar to the images profile. Regarding the theoretical model, it was developed considering two fixed control volumes (VC), obtaining two equations for the roller length and supercritical depth ratio. A variation of forty percent was observed between the predicted and experimental values, due to the own divergence among the roller length data suggested by the authors. Overall, the study was relevant, because it allowed the evaluation of the external structure of hydraulic jumps by means of different methodological approaches