Gravitationsflödeshastigheten beräknas med Manning's Equation, som gäller den enhetliga flödeshastigheten i ett öppet kanalsystem som inte påverkas av tryck. Några exempel på öppna kanalsystem inkluderar bäckar, floder och konstgjorda öppna kanaler som rör. Flödeshastighet är beroende av kanalens område och flödeshastigheten. Om det sker en förändring i sluttningen eller om det finns en krökning i kanalen kommer vattendjupet att förändras, vilket kommer att påverka flödeshastigheten.
Skriv ner ekvationen för beräkning av volymflödet hastighet Q beroende på tyngdkraft: Q \u003d A x V, där A är tvärsnittsområdet för flödet vinkelrätt mot flödesriktningen och V är tvärsnittets medelhastighet för flödet.
Med hjälp av en räknare, bestäm tvärsnittsområdet A för det öppna kanalsystemet du arbetar med. Om du till exempel försöker hitta tvärsnittsarean för ett cirkulärt rör, skulle ekvationen vara A \u003d (? ÷ 4) x D², där D är rörets innerdiameter. Om rörets diameter är D \u003d .5 fot, är tvärsnittsarean A \u003d .785 x (0,5 ft) ² \u003d 0.196 ft².
Skriv ner formeln för medelhastigheten V för tvärsnitt: V \u003d (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 den nedre lutningen av kanalen och k är en konverteringskonstant, som är beroende av typen av enhetssystem du använder. Om du använder amerikanska vanliga enheter är k \u003d 1.486 och för SI-enheter 1.0. För att lösa denna ekvation måste du beräkna den hydrauliska radien och lutningen för den öppna kanalen.
Beräkna den hydrauliska radien Rh för den öppna kanalen med följande formel Rh \u003d A ÷ P, där A är flödets tvärsnittsarea och P är den fuktade omkretsen. Om du beräknar Rh för ett cirkulärt rör, kommer A att vara lika? x (rörets radie) 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. x. 25 ft \u003d 1,57 ft, än den hydrauliska radien är lika med Rh \u003d A ÷ P \u003d 0.196 ft² ÷ 1,57 ft \u003d .125 ft.
Beräkna kanalens bottenlutning S med S \u003d hf /L, eller genom att använda den algebraiska formeln lutning \u003d stigning dividerat med körning, genom att avbilda röret som en linje på ett xy-rutnät. Uppgången bestäms av förändringen i det vertikala avståndet y och körningen kan bestämmas som förändringen i det horisontella avståndet x. Till exempel hittade du förändringen i y \u003d 6 fot och förändringen i x \u003d 2 fot, så lutning S \u003d? Y ÷? X \u003d 6 ft ÷ 2 ft \u003d 3.
Bestäm värdet för Manning's grovhetskoefficient n för det område du arbetar i. Tänk på att detta värde är areaberoende och kan variera i hela ditt system. Valet av värde kan i hög grad påverka beräkningsresultatet, så det väljs ofta från en tabell med inställda konstanter, men kan räknas tillbaka från fältmätningar. Till exempel hittade du Manningskoefficienten för ett helt belagt metallrör till 0,024 s /(m ^ 1/3) från tabellen Hydraulisk råhet.
Beräkna värdet på flödesmedlets hastighet V genom ansluta de värden du bestämde för n, S och Rh till V \u003d (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2. Om vi till exempel hittade S \u003d 3, Rh \u003d 0,125 ft, n \u003d 0,024 och k \u003d 1,486, kommer V att vara lika (1,486 ÷ 0,024s /(ft ^ 1/3)) x (0,125 ft ^ 2 /3) x (3 ^ 1/2) \u003d 26,81 ft /s.
Beräkning av volymetrisk flödeshastighet Q på grund av tyngdkraft: Q \u003d A x V. Om A \u003d 0.196 ft² och V \u003d 26.81 ft /s , sedan gravitationsflödeshastigheten Q \u003d A x V \u003d 0,166 ft² x 26,81 ft /s \u003d 5,26 ft³ /s volymetrisk vattenflödeshastighet som passerar genom kanalsträckan.
