先看清,
描的是哪条边界。
水流碰到板面后向周围铺开,重力又把它向下坡拉。向上的水走得有限,向下的水继续前进,两侧逐渐张开。
这里讨论的是薄水膜与干燥板面之间的边缘。如果看到的是膜厚突然增加形成的「水跃」,就要另外记录,不能把两条边界混在一起。
水流竖直落下,打印板斜着放。
铺开的薄水膜与干燥板面之间,
那条边界,真的是抛物线吗?
图示为无摩擦粒子模型;面内初速是碰撞后沿板面的速度,不等于水龙头出水速度。
水流碰到板面后向周围铺开,重力又把它向下坡拉。向上的水走得有限,向下的水继续前进,两侧逐渐张开。
这里讨论的是薄水膜与干燥板面之间的边缘。如果看到的是膜厚突然增加形成的「水跃」,就要另外记录,不能把两条边界混在一起。
假设小点从落点朝各方向以相同初速 u 出发,只受沿坡重力 a = g sin α。x 轴横向,y 轴向下坡。
不同方向的轨迹合在一起,可达区域有一道共同边界。消去方向与时间,得到:
在这组假设下,边界是一条抛物线。调大图下方的面内初速,可以看到上游边界离落点更远。
固定时间 t,小点满足 x² + (y − at²/2)² = u²t²。令 q = t² > 0,整理得 (a²/4)q² − (ay + u²)q + x² + y² = 0。可达区域的包络对应这个方程出现重根,即判别式为零;解得 y = ax²/(2u²) − u²/(2a)。
真正的水会受到黏性、表面张力、板面纹理、接触角和流量影响。竖直水流落在斜板上,也未必形成各方向同速的初始流动。
有一项斜板水射流实验,记录过近似抛物线的厚边缘。它的水流是垂直于板面入射的,与这里竖直落水的条件不同。论文模型解释了上游爬升高度,没有求出完整边界,也不能据此确认这块打印板上的干湿边界。
研究:Hydraulic jumps on an incline ↗拍下那块打印板上的水痕,
取点后,和拟合曲线叠在一起看。
相机尽量垂直于板面,放一把尺作参照。斜拍会引入透视变形;镜头畸变明显时先校正。
以落点为原点,横向为 x,下坡为 y。统一单位,沿两侧分散选至少 5 个点,建议 10—20 个。
残差是实测 y 减去拟合 y。若它们连续偏向一侧,或呈现明显的弯曲趋势,就要检查模型和测量方法。即使拟合很近,也只能说明形状接近,不能单凭它确定成因。
拟合允许左右平移,假定抛物线轴线沿 y 方向。误差单位与输入一致;请结合测量精度判断,不能只凭一个误差数字下结论。
模型中的边界是抛物线。
打印板上的水痕,还需要实测来判断。