Gravitationsflödeshastigheten beräknas med Mannings Equation, som gäller för den enhetliga flödeshastigheten i ett öppet kanalsystem som inte påverkas av tryck. Några exempel på öppna kanalsystem innefattar strömmar, floder och konstgjorda öppna kanaler, såsom rör. Flödeshastigheten är beroende av kanalens kanal och hastighet av flödet. Om det finns en förändring i lutningen eller om det finns en böjning i kanalen, kommer djupet av vatten att förändras, vilket kommer att påverka flödeshastigheten.
Skriv ner ekvationen för att beräkna volymströmmen Q på grund av till gravitationen: Q = A x V, där A är tvärsnittsarean av flödet vinkelrätt mot flödesriktningen och V är flödes tvärsnittshastighet.
Använd en räknare, bestäm korset sektion A av det öppna kanalsystemet du arbetar med. Om du till exempel försöker hitta tvärsnittet av ett cirkulärt rör, skulle ekvationen vara A = (? ÷ 4) x D², där D är rörets innerdiameter. Om rörets diameter är D = .5 fot, då är tvärsnittsarean A = .785 x (0,5 ft) ² = 0,196 ft².
Skriv ner formeln för medelhastigheten V av tvärsnitt: V = (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2, var n är Manning-grovhetskoefficienten eller empirisk konstant, Rh är den hydrauliska radien, S är kanalens nedre sluttning och k är en konverteringskonstant, som är beroende av vilken typ av enhetssystem du använder. Om du använder amerikanska sedvanliga enheter, k = 1.486 och för SI-enheter 1.0. För att lösa denna ekvation måste du beräkna den hydrauliska radie och höjden på den öppna kanalen.
Beräkna den hydrauliska radien Rh för den öppna kanalen med hjälp av följande formel Rh = A ÷ P, där A är tvärsnittsarean av flöde och P är den fuktiga omkretsen. Om du beräknar Rh för ett cirkulärt rör, kommer A att vara lika? x (rörets ruta) ² och P kommer att vara lika med 2 x? x rörets radie. Till exempel, om ditt rör har ett område A på 0,196 ft². och en omkrets av P = 2 x? x .25 ft = 1,57 ft, än den hydrauliska radien är lika med Rh = A ÷ P = 0,126 ft ² 1,57 ft = .125 ft.
Beräkna kanalens nedre sluttning S med S = hf /L, eller genom att använda den algebraiska formeln lutningen = uppgång dividerad med körning, genom att rita röret som en linje på ett xy-galler. Stigningen bestäms av förändringen i det vertikala avståndet y och körningen kan bestämmas som förändringen i det horisontella avståndet x. Exempelvis hittade du förändringen i y = 6 fot och förändringen i x = 2 fot, så lutningen S = y y? X = 6 ft ÷ 2 ft = 3.
Bestäm värdet på Manning s grovhetskoefficient n för det område du arbetar med, med tanke på att detta värde är områdeberoende och kan variera i hela ditt system. Valet av värde kan i stor utsträckning påverka beräkningsresultatet, så det är ofta valt från ett bord med inställda konstanter, men kan beräknas beräknas tillbaka från fältmätningar. Till exempel fann du Manning-koefficienten för ett helt belagt metallrör för att vara 0,024 s /(m ^ 1/3) från det hydrauliska grovtabellen.
Beräkna värdet på medelhastigheten V av flödet genom att ansluta de värden du bestämde för n, s och rh till v = (k ÷ n) x rh ^ 2/3 x s ^ 1/2. Till exempel, om vi hittade S = 3, Rh = 1255, n = 0,024 och k = 1,486, då V kommer att vara lika (1,486 ± 0,024s /(ft ^ 1/3)) x (.125 ft ^ 2 /3) x (3 ^ 1/2) = 26,81 ft /s.
Beräkning av volymen flödeshastighet Q på grund av gravitation: Q = A x V. Om A = 0,196 ft och V = 26,81 ft /s , då gravitationsflödet Q = A x V = 0,196 ft ^ x 26,81 ft /s = 5,26 ft³ /s av volymetrisk vattenflöde som passerar genom kanalens sträcka.
