La velocità di flusso gravitazionale viene calcolata utilizzando l'equazione di Manning, che si applica alla portata uniforme in un sistema a canale aperto che non è influenzato dalla pressione. Alcuni esempi di sistemi di canali aperti comprendono flussi, fiumi e canali aperti creati dall'uomo, come i tubi. La portata dipende dall'area del canale e dalla velocità del flusso. Se c'è un cambiamento di pendenza o se c'è una curva nel canale, la profondità dell'acqua cambierà, il che influenzerà la velocità del flusso.
Annota l'equazione per il calcolo della portata volumetrica Q dovuta alla gravità: Q = A x V, dove A è l'area della sezione trasversale del flusso perpendicolare alla direzione del flusso e V è la velocità media della sezione trasversale del flusso.
Utilizzando una calcolatrice, determinare la croce - l'area della sezione A del sistema di canali aperto con cui stai lavorando. Ad esempio, se stai cercando di trovare l'area della sezione trasversale di un tubo circolare, l'equazione sarebbe A = (? ÷ 4) x D², dove D è il diametro interno del tubo. Se il diametro del tubo è D = 0,5 piedi, quindi l'area della sezione trasversale A = .785 x (0,5 ft) ² = 0,196 ft².
Annotare la formula per la velocità media V del sezione trasversale: V = (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2, dove n è il coefficiente di rugosità Manning o costante empirica, Rh è il raggio idraulico, S è la pendenza inferiore del canale e k è una costante di conversione, che dipende dal tipo di sistema di unità che si sta utilizzando. Se si utilizzano unità usuali degli Stati Uniti, k = 1.486 e per unità SI 1.0. Per risolvere questa equazione, dovrai calcolare il raggio idraulico e la pendenza del canale aperto.
Calcola il raggio idraulico Rh del canale aperto usando la seguente formula Rh = A ÷ P, dove A è l'area della sezione trasversale del flusso e P è il perimetro bagnato. Se stai calcolando il Rh per un tubo circolare, A sarà uguale? x (raggio del tubo) ² e P saranno uguali a 2 x? x raggio del tubo. Ad esempio, se la tua pipa ha un'area A di 0,196 ft². e un perimetro di P = 2 x? x 0,25 ft = 1,57 ft, che il raggio idraulico è uguale a Rh = A ÷ P = 0,196 ft² ÷ 1,57 ft = 0,15 ft.
Calcola la pendenza inferiore S del canale usando S = hf /L, o usando la formula algebrica slope = rise divisa per run, immaginando il tubo come una linea su una griglia xy. L'aumento è determinato dalla variazione della distanza verticale y e la corsa può essere determinata come il cambiamento della distanza orizzontale x. Ad esempio, hai trovato il cambiamento in y = 6 piedi e il cambiamento in x = 2 piedi, quindi pendenza S =? Y ÷? X = 6 ft ÷ 2 ft = 3.
Determina il valore di Manning coefficiente di rugosità n per l'area in cui si sta lavorando, tenendo presente che questo valore dipende dall'area e può variare in tutto il sistema. La selezione del valore può influire notevolmente sul risultato computazionale, quindi viene spesso scelto da una tabella di costanti impostate, ma può essere ripristinato dalle misurazioni sul campo. Ad esempio, hai trovato il coefficiente di Manning di un tubo di metallo completamente rivestito da 0,024 s /(m ^ 1/3) dalla tabella di rugosità idraulica.
Calcola il valore della velocità media V del flusso di collegando i valori determinati per n, S e Rh in V = (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2. Ad esempio, se abbiamo trovato S = 3, Rh = .125 ft, n = 0.024 e k = 1.486, allora V sarà uguale (1.486 ÷ 0.024s /(ft ^ 1/3)) x (.125 ft ^ 2 /3) x (3 ^ 1/2) = 26,81 ft /s.
Calcolo della portata volumetrica Q a causa della gravità: Q = A x V. Se A = 0,196 ft² e V = 26,81 ft /s , quindi la portata gravitazionale Q = A x V = 0,196 ft² x 26,81 ft /s = 5,26 ft³ /s di portata volumetrica dell'acqua che passa attraverso il tratto di canale.
