El índice de flujo gravitacional se calcula utilizando la ecuación de Manning, que se aplica al índice de flujo uniforme en un sistema de canales abiertos que no se ve afectado por la presión. Algunos ejemplos de sistemas de canales abiertos incluyen arroyos, ríos y canales abiertos hechos por el hombre, como tuberías. La velocidad de flujo depende del área del canal y la velocidad del flujo. Si hay un cambio en la pendiente o si hay una curva en el canal, la profundidad del agua cambiará, lo que afectará la velocidad del flujo.
Escriba la ecuación para calcular el flujo volumétrico tasa Q debido a la gravedad: Q \u003d A x V, donde A es el área transversal del flujo perpendicular a la dirección del flujo y V es la velocidad media transversal del flujo.
Usando una calculadora, determine el área de sección transversal A del sistema de canal abierto con el que está trabajando. Por ejemplo, si está tratando de encontrar el área de la sección transversal de una tubería circular, la ecuación sería A \u003d (? ÷ 4) x D², donde D es el diámetro interno de la tubería. Si el diámetro de la tubería es D \u003d .5 pies, entonces el área de la sección transversal A \u003d .785 x (0.5 pies) ² \u003d 0.196 pies².
Escriba la fórmula para la velocidad promedio V del sección transversal: V \u003d (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2, donde n es el coeficiente de rugosidad de Manning o constante empírica, Rh es el radio hidráulico, S es la pendiente inferior del canal yk es una constante de conversión, que depende del tipo de sistema de unidad que esté utilizando. Si está utilizando unidades estadounidenses habituales, k \u003d 1.486 y para unidades SI 1.0. Para resolver esta ecuación, necesitará calcular el radio hidráulico y la pendiente del canal abierto.
Calcule el radio hidráulico Rh del canal abierto utilizando la siguiente fórmula Rh \u003d A ÷ P, donde A es el área de flujo de la sección transversal y P es el perímetro mojado. Si está calculando el Rh para una tubería circular, ¿A será igual? x (radio de la tubería) ² y P será igual a 2 x? Radio x de la tubería. Por ejemplo, si su tubería tiene un área A de 0.196 pies². x .25 pies \u003d 1.57 pies, que el radio hidráulico es igual a Rh \u003d A ÷ P \u003d 0.196 pies² ÷ 1.57 pies \u003d .125 pies.
Calcule la pendiente inferior S del canal usando S \u003d hf /L, o usando la fórmula algebraica pendiente \u003d aumento dividido por corrida, al representar la tubería como una línea en una cuadrícula xy. El aumento está determinado por el cambio en la distancia vertical y y la carrera se puede determinar como el cambio en la distancia horizontal x. Por ejemplo, usted encontró el cambio en y \u003d 6 pies y el cambio en x \u003d 2 pies, entonces la pendiente S \u003d? Y ÷? X \u003d 6 pies ÷ 2 pies \u003d 3.
Determine el valor de Manning coeficiente de rugosidad n para el área en la que está trabajando, teniendo en cuenta que este valor depende del área y puede variar en todo el sistema. La selección del valor puede afectar en gran medida el resultado computacional, por lo que a menudo se elige de una tabla de constantes establecidas, pero se puede volver a calcular a partir de mediciones de campo. Por ejemplo, descubrió que el coeficiente de Manning de una tubería de metal totalmente recubierta es 0.024 s /(m ^ 1/3) de la Tabla de rugosidad hidráulica.
Calcule el valor de la velocidad promedio V del flujo por conectando los valores que determinó para n, S y Rh en V \u003d (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2. Por ejemplo, si encontramos S \u003d 3, Rh \u003d .125 pies, n \u003d 0.024 yk \u003d 1.486, entonces V será igual a (1.486 ÷ 0.024s /(ft ^ 1/3)) x (.125 pies ^ 2 /3) x (3 ^ 1/2) \u003d 26.81 pies /s.
Cálculo del caudal volumétrico Q debido a la gravedad: Q \u003d A x V. Si A \u003d 0.196 pies² y V \u003d 26.81 pies /s , entonces el caudal gravitacional Q \u003d A x V \u003d 0.196 pies² x 26.81 pies /s \u003d 5.26 pies³ /s de caudal volumétrico de agua que pasa por el tramo del canal.
