débit gravitationnel est calculé à l'aide de l'équation Manning, qui applique à la vitesse d'écoulement uniforme dans un système de canal ouvert qui ne soit pas affectée par la pression. Quelques exemples de systèmes de canaux ouverts comprennent les ruisseaux, les rivières et les canaux ouverts par l'homme tels que des tuyaux. Le débit dépend de la zone du canal et de la vitesse de l'écoulement. S'il y a un changement de pente ou s'il y a un virage dans le canal, la profondeur de l'eau va changer, ce qui aura une incidence sur la vitesse de l'écoulement.
Instructions
1 Écrire l'équation pour le calcul de débit volumétrique Q due à la gravité: Q = A x V, où A est la surface de section transversale d'écoulement perpendiculaire à la direction d'écoulement et V est la vitesse moyenne de section transversale de l'écoulement.
2 L'utilisation d'une calculatrice, déterminer la superficie de la section A du système de canal ouvert, vous travaillez avec. Par exemple, si vous essayez de trouver la zone en coupe transversale d'un tube circulaire, l'équation serait A = (π ÷ 4) x D², où D est le diamètre intérieur du tuyau. Si le diamètre du tuyau est D = .5 pieds, puis la zone de section transversale A = .785 x (0,5 pi) ² = 0,196 pi².
3 Écrivez la formule pour la vitesse moyenne V de la section: V = (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2, ont été n est le coefficient de rugosité Manning ou constante empirique, Rh est le rayon hydraulique S est la pente du fond du canal et k est une constante de conversion, qui est dépendante du type de système d'unités utilisé. Si vous utilisez US unités habituelles, k = 1,486 et pour les unités SI 1.0. Pour résoudre cette équation, vous devez calculer le rayon hydraulique et la pente du canal ouvert.
4 Calculer le rayon hydraulique Rh du canal ouvert en utilisant la formule suivante: Rh = A ÷ P, où A est la surface en coupe transversale de l'écoulement et P est le périmètre mouillé. Si vous calculez le Rh pour une conduite circulaire, alors A sera égal à tc x (rayon de la conduite) ² et P sera égale à 2 x π x rayon de la conduite. Par exemple, si votre tuyau a une zone A de 0,196 pi². et un périmètre de P = 2 x tc x .25 pi = 1,57 pi, que le rayon hydraulique est égal à Rh = A ÷ P = 0,196 pi² ÷ 1,57 ft = 0,125 ft.
5 Calculer le fond pente S du canal en utilisant S = hf / L, ou en utilisant la formule algébrique pente = élévation divisée par l'exécution, en imaginant la conduite comme étant une ligne sur une grille xy. L'augmentation est déterminée par la variation de la distance verticale y et la course peut être déterminée comme la variation de la distance x horizontale. Par exemple, vous avez trouvé le changement de pieds y = 6 et le changement de x = 2 pieds, de sorte que la pente S = Dy ÷ Dx = 6 pi ÷ 2 pi = 3.
6 Déterminer la valeur du coefficient de rugosité de n de Manning pour la zone que vous travaillez, en gardant à l'esprit que cette valeur est la zone dépendant et peut varier tout au long de votre système. La sélection de la valeur peut grandement influer sur le résultat de calcul, il est donc souvent choisi à partir d'une table de constantes de réglage, mais peut être de retour calculée à partir de mesures sur le terrain. Par exemple, vous avez trouvé le coefficient de Manning d'un tuyau métallique entièrement revêtu soit 0.024 s / (m ^ 1/3) de la Roughness Table hydraulique.
7 Calculer la valeur de la vitesse moyenne V de l'écoulement en branchant les valeurs déterminées pour n, S et Rh en V = (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2. Par exemple, si nous avons trouvé S = 3, Rh = 0,125 ft, n = 0,024 et k = 1,486, alors V sera égale à (1.486 ÷ 0.024s / (ft ^ 1/3)) x (0,125 ft ^ 2 / 3) x (3 ^ 1/2) = 26.81 ft / s.
8 Calcul du débit volumétrique Q due à la gravité: Q = A x V. Si A = 0,196 pi² et V = 26.81 pi / s, alors le taux d'écoulement gravitationnel Q = A x V = 0,196 pi² x 26.81 ft / s = 5,26 pi³ / s de débit volumétrique de l'eau en passant par le tronçon de canal.