Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Sådan beregnes Gravity Flow

Gravitationsstrømningshastigheden beregnes ved hjælp af Manning's Equation, som gælder for den ensartede strømningshastighed i et åbent kanal system, der ikke påvirkes af tryk. Nogle eksempler på åbne kanalsystemer omfatter strømme, floder og menneskeskabte åbne kanaler som rør. Strømningshastighed er afhængig af kanalens område og hastigheden af ​​strømmen. Hvis der er en ændring i hældningen, eller hvis der er en bøjning i kanalen, vil vanddybden ændre sig, hvilket vil påvirke strømningshastigheden.

Skriv ned ligningen til beregning af volumetrisk strømningshastighed Q på grund af til tyngdekraften: Q = A x V, hvor A er tværsnitsarealet af flow vinkelret på strømningsretningen, og V er strømmenes tværsnits gennemsnitshastighed.

Bestem korset ved hjælp af en kalkulator -sektionsområde A i det åbne kanal system, du arbejder med. For eksempel, hvis du forsøger at finde tværsnitsarealet af et cirkulært rør, vil ligningen være A = (? ÷ 4) x D², hvor D er rørets indvendige diameter. Hvis rørets diameter er D = .5 fod, så er tværsnitsarealet A = .785 x (0,5 ft) ² = 0,196 ft².

Skriv formlen for gennemsnitshastigheden V af tværsnit: V = (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2, hvor n er Manning-grovkoefficienten eller empirisk konstant, Rh er den hydrauliske radius, S er kanalens bundhældning og k er en konverteringskonstant, som er afhængig af den type enhedssystem du bruger. Hvis du bruger amerikanske almindelige enheder, k = 1.486 og for SI enheder 1.0. For at løse denne ligning skal du beregne den hydrauliske radius og hældningen på den åbne kanal.

Beregn den hydrauliske radius Rh for den åbne kanal ved hjælp af følgende formel Rh = A ÷ P, hvor A er tværsnitsarealet af flow og P er den befugtede omkreds. Hvis du beregner Rh for et cirkulært rør, vil A svare? x (rørets radius) ² og P vil ligge 2 x? x radius af røret. For eksempel, hvis dit rør har et område A på 0,196 ft². og en omkreds af P = 2 x? x .25 ft = 1,57 ft, end den hydrauliske radius er lig med Rh = A ÷ P = 0,126 ft ² 1,57 ft = .125 ft.

Beregn bundens hældning S med S = hf /L, eller ved at bruge den algebraiske formelhældning = stigning divideret med løb, ved at afbilde røret som en linje på et xy-net. Stigningen bestemmes af ændringen i den lodrette afstand y, og kørslen kan bestemmes som ændringen i vandret afstand x. For eksempel fandt du ændringen i y = 6 fod og ændringen i x = 2 fod, så hældningen S =? Y ÷? X = 6 ft ÷ 2 ft = 3.

Bestem værdien af ​​Manning s ruhedskoefficient n for det område, du arbejder i, idet du husker at denne værdi er områdeafhængig og kan variere i hele dit system. Valget af værdi kan i høj grad påvirke beregningsresultatet, så det vælges ofte fra et bord med faste konstanter, men kan beregnes tilbage fra feltmålinger. For eksempel fandt du Manning-koefficienten for et fuldt overtrukket metalrør til 0,024 s /(m ^ 1/3) fra Hydraulic Roughness Table.

Beregn værdien af ​​gennemsnitshastigheden V af strømmen ved at tilslutte de værdier du har bestemt for n, s og rh til v = (k ÷ n) x rh 2/3 x s ^ 1/2. For eksempel, hvis vi fandt S = 3, Rh = 1255, n = 0,024 og k = 1,486, så vil V være (1,486 ÷ 0,024s /(ft ^ 1/3)) x (.125 ft ^ 2 /3) x (3 ^ 1/2) = 26,81 ft /s.

Beregning af den volumetriske strømningshastighed Q på grund af tyngdekraften: Q = A x V. Hvis A = 0,196 ft2 og V = 26,81 ft /s , så er gravitationsstrømmen Q = A x V = 0,166 ft2 x 26,81 ft /s = 5,26 ft³ /s af den volumetriske vandstrømning, der går gennem kanalens strækning.

Klik for at udvide hele teksten