A taxa de fluxo gravitacional é calculada usando a Equação de Manning, que se aplica à taxa de fluxo uniforme em um sistema de canal aberto que não é afetado pela pressão. Alguns exemplos de sistemas de canais abertos incluem córregos, rios e canais abertos criados pelo homem, como tubos. A taxa de fluxo depende da área do canal e da velocidade do fluxo. Se houver uma mudança na inclinação ou se houver uma curva no canal, a profundidade da água mudará, o que afetará a velocidade do fluxo.
Anote a equação para calcular o fluxo volumétrico taxa Q devido à gravidade: Q \u003d A x V, em que A é a área da seção transversal do fluxo perpendicular à direção do fluxo e V é a velocidade média da seção transversal do fluxo.
Usando uma calculadora, determine a área de seção transversal A do sistema de canal aberto com o qual você está trabalhando. Por exemplo, se você está tentando encontrar a área da seção transversal de um tubo circular, a equação seria A \u003d (? ÷ 4) x D², onde D é o diâmetro interno do tubo. Se o diâmetro do tubo for D \u003d 0,5 pés, a área da seção transversal A \u003d 0,785 x (0,5 pés) ² \u003d 0,196 pés².
Anote a fórmula da velocidade média V do seção transversal: V \u003d (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2, onde n é o coeficiente de rugosidade de Manning ou constante empírica, Rh é o raio hidráulico, S é a inclinação inferior do canal e k é uma constante de conversão, que depende do tipo de sistema de unidades que você está usando. Se você estiver usando unidades habituais nos EUA, k \u003d 1,486 e para unidades SI 1,0. Para resolver esta equação, você precisará calcular o raio hidráulico e a inclinação do canal aberto.
Calcule o raio hidráulico Rh do canal aberto usando a seguinte fórmula Rh \u003d A ÷ P, onde A é a área de seção transversal do fluxo e P é o perímetro úmido. Se você está calculando o Rh para um tubo circular, A será igual? x (raio do tubo) ² e P será igual a 2 x? raio x do tubo. Por exemplo, se o seu tubo tiver uma área A de 0,196 ft². x 0,25 pés \u003d 1,57 pés, que o raio hidráulico é igual a Rh \u003d A ÷ P \u003d 0,196 ft² ÷ 1,57 pés \u003d 0,125 pés.
Calcule a inclinação inferior S do canal usando S \u003d hf /L, ou usando a fórmula algébrica slope \u003d rise dividida pela corrida, imaginando o tubo como sendo uma linha em uma grade xy. A elevação é determinada pela mudança na distância vertical y e a corrida pode ser determinada como a mudança na distância horizontal x. Por exemplo, você encontrou a mudança em y \u003d 6 pés e a mudança em x \u003d 2 pés, então a inclinação S \u003d? Y ÷? X \u003d 6 pés ÷ 2 pés \u003d 3.
Determine o valor de Manning coeficiente de rugosidade n da área em que você está trabalhando, tendo em mente que esse valor depende da área e pode variar em todo o sistema. A seleção do valor pode afetar bastante o resultado computacional; portanto, é frequentemente escolhido em uma tabela de constantes definidas, mas pode ser calculado novamente a partir de medições de campo. Por exemplo, você encontrou o coeficiente de Manning de um tubo de metal totalmente revestido como 0,024 s /(m ^ 1/3) da Tabela de Rugosidade Hidráulica.
Calcule o valor da velocidade média V do fluxo por inserindo os valores que você determinou para n, S e Rh em V \u003d (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2. Por exemplo, se encontrarmos S \u003d 3, Rh \u003d 0,125 ft, n \u003d 0,024 ek \u003d 1,486, então V será igual a (1,486 ÷ 0,024s /(ft ^ 1/3)) x (0,125 ft ^ 2 /3) x (3 ^ 1/2) \u003d 26,81 pés /s.
Cálculo da vazão volumétrica Q devido à gravidade: Q \u003d A x V. Se A \u003d 0,196 pés² e V \u003d 26,81 pés /s , então a vazão gravitacional Q \u003d A x V \u003d 0,196 ft² x 26,81 ft /s \u003d 5,26 ft³ /s de vazão volumétrica da água que passa pelo trecho do canal.
