La portata di gravità viene calcolata usando 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 a canale aperto includono flussi, fiumi e canali aperti artificiali come i tubi. La portata dipende dall'area del canale e dalla velocità del flusso. Se si verifica una variazione della pendenza o se vi è una curva nel canale, la profondità dell'acqua cambierà, il che influenzerà la velocità del flusso.
Annota l'equazione per il calcolo del flusso volumetrico velocità Q dovuta alla gravità: Q \u003d 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 un calcolatore, determinare l'area della sezione trasversale A del sistema di canali aperti con cui si sta lavorando. Ad esempio, se si sta tentando di trovare l'area della sezione trasversale di un tubo circolare, l'equazione sarebbe A \u003d (? ÷ 4) x D², dove D è il diametro interno del tubo. Se il diametro del tubo è D \u003d 0,5 piedi, l'area della sezione trasversale A \u003d .785 x (0,5 piedi) ² \u003d 0,196 piedi².
Annotare la formula per la velocità media V del sezione trasversale: V \u003d (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2, dove n è il coefficiente di rugosità di 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 stanno utilizzando le normali unità statunitensi, k \u003d 1.486 e per le 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 \u003d 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, allora A sarà uguale? x (raggio del tubo) ² e P equivalgono a 2 x? raggio x del tubo. Ad esempio, se la tubazione ha un'area A di 0,196 ft². x .25 ft \u003d 1.57 ft, il raggio idraulico è uguale a Rh \u003d A ÷ P \u003d 0.196 ft² ÷ 1.57 ft \u003d .125 ft.
Calcola la pendenza inferiore S del canale usando S \u003d hf /L, o usando la formula algebrica pendenza \u003d salita divisa per corsa, 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 la variazione della distanza orizzontale x. Ad esempio, hai trovato la variazione in y \u003d 6 piedi e la variazione in x \u003d 2 piedi, quindi pendenza S \u003d? Y ÷? X \u003d 6 ft ÷ 2 ft \u003d 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 nuovamente calcolato dalle misurazioni sul campo. Ad esempio, hai trovato il coefficiente di Manning di un tubo metallico completamente rivestito di 0,024 s /(m ^ 1/3) dalla tabella di rugosità idraulica.
Calcola il valore della velocità media V del flusso di inserendo i valori determinati per n, S e Rh in V \u003d (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2. Ad esempio, se abbiamo trovato S \u003d 3, Rh \u003d .125 ft, n \u003d 0.024 e k \u003d 1.486, allora V sarà uguale (1.486 ÷ 0.024s /(ft ^ 1/3)) x (.125 ft ^ 2 /3) x (3 ^ 1/2) \u003d 26,81 ft /s.
Calcolo della portata volumetrica Q dovuta alla gravità: Q \u003d A x V. Se A \u003d 0,196 ft² e V \u003d 26,81 ft /s , quindi la portata gravitazionale Q \u003d A x V \u003d 0,196 ft² x 26,81 ft /s \u003d 5,26 ft³ /s della portata volumetrica dell'acqua che passa attraverso il tratto del canale.
