Hvordan beregne Gravity Flow

Gravitasjonsstrømningshastigheten beregnes ved hjelp Manning likning, som gjelder for den jevne strømningshastighet i et åpent kanalsystem som ikke påvirkes av trykk. Noen eksempler på åpne kanalsystemer omfatter bekker, elver og menneskeskapte åpne kanaler som rør. Strømningshastigheten er avhengig av området av kanalen og hastigheten av strømningen. Dersom det er en endring i skråning eller hvis det er en bøy i kanalen, vil vanndybden endres, noe som vil påvirke hastigheten av strømningen.

Bruksanvisning

1 Skrive ned ligningen for beregning av volumetrisk strømningshastighet Q grunn av tyngdekraften: Q = A x V, hvor A er tverrsnittsarealet av strømningsvinkelrett på strømningsretningen og V er tverrsnitts midlere hastighet av strømningen.

2 Ved hjelp av en kalkulator, bestemme tverrsnittsarealet A av det åpne kanalsystemet man arbeider med. For eksempel, hvis man prøver å finne den tverrsnittsarealet av et sirkulært rør, vil ligningen være A = (π ÷ 4) x D², hvor D er den innvendige diameter av røret. Hvis diameteren på røret er D = .5 fot, deretter tverrsnittsarealet A = .785 x (0,5 fot) ² = 0,196 ft².

3 Skriv ned formelen for gjennomsnittshastigheten V av tverrsnittet: V = (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2, ble n er Manning friksjonskoeffisient eller empirisk konstant, er Rh hydraulisk radius , S er den nederste helling av kanalen, og k er en konstant omdannelse, som er avhengig av hvilken type enhetssystem som man bruker. Hvis du bruker amerikansk sedvane enheter, k = 1,486 og for SI-enheter 1.0. For å løse denne ligningen vil man må beregne den hydrauliske radius og helningen av den åpne kanal.

4 Beregn den hydrauliske radien Rh av den åpne kanal ved hjelp av følgende formel Rh = en ÷ P, hvor A er tverrsnittsarealet av strømnings og P er den fuktede omkrets. Hvis man beregner den Rh for et sirkulært rør, så A vil tilsvare rc x (radius av røret) ² og P vil være lik 2 x π x radius av røret. For eksempel, hvis din pipe har et areal A på 0,196 ft ². og en omkrets på P = 2 x rc x .25 ft = 1,57 ft, enn den hydrauliske radius er lik Rh = En ÷ P = 0,196 ft ² ÷ 1,57 ft = 0,125 ft.

5 Beregn bunnen skråningen S av kanalen med S = hf / L, eller ved å bruke algebraisk formel skråningen = stigning delt på sikt, ved picturing røret som en linje på en xy-ruten. Økningen bestemmes av endringen i den loddrette avstand y og kjøringen kan bestemmes som endringen i den horisontale avstanden x. For eksempel, du fant endringen i y = 6 fot og endring i x = 2 føtter, så skråningen S = Ay ÷ Ax = 6 ft ÷ 2 fot = 3.

6 Bestem verdien av Manning ruhet koeffisient n for det området du arbeider i, med tanke på at denne verdien er området avhengig og kan variere i hele systemet. Valget av verdien kan i stor grad påvirke den beregningsresultatet, slik at det er ofte valgt fra en tabell med konstanter set, men kan igjen beregnes fra feltmålinger. For eksempel, du fant den Manning koeffisienten til et fullt belagt metallrør til å være 0,024 s / (m ^ 1/3) fra Hydraulikk Ruhet Table.

7 Beregne verdien av gjennomsnittshastigheten V av strømmen ved å koble de verdiene du bestemt for n, S og Rh inn V = (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2. For eksempel, hvis vi funnet S = 3, Rh = 0,125 fot, n = 0,024 og k = 1,486, og V vil være lik (1,486 ÷ 0.024s / (ft ^ 1/3)) x (0,125 ft ^ 2 / 3) x (3 ^ 1/2) = 26.81 ft / s.

8 Å beregne den volumetriske strømningshastigheten Q som skyldes gravitasjonen: Q = A x V. Hvis A = 0,196 ft² og V = 26.81 ft / s, og deretter gravitasjonsstrømningshastighet Q = A x V = 0,196 ft² x 26.81 ft / s = 5,26 ft³ / s av volumetrisk vannmengde som passerer gjennom strekningen av kanalen.