كيفية تحديد تدفق المياه من خلال أنبوب

المحتوى

الاتجاهات
نصائح
ما تحتاجه

يحدث التدفق عبر الأنبوب بواسطة الجاذبية أو الضغط. يمكن أن يكون رقائقي (أملس) أو مضطرب (تقريبي). تعتمد الطريقة المستخدمة لتحديد التدفق أو معدل التدفق على خصائص السائل وخصائص قناة القناة. إن أبسط معدل للحساب هو تدفق المياه بشكل موحد من خلال أنبوب نصف مملوء عند منحدر ثابت ، مع قطر ثابت تحت أي ضغط إضافي خارج الغلاف الجوي. التدفق الموحد له عمق ثابت. يعتبر أنبوب التدفق بهذه الطريقة قناة مفتوحة ويمكن استخدام معادلة Chezy-Manning لحساب معدل التدفق. يجب تحويل جميع القياسات إلى متر.

الاتجاهات

تدفق أنبوب بلاستيكي (صورة أنبوب البركة بواسطة chrisharvey من Fotolia.com)

قياس عمق التدفق (د) في الأنبوب. هذه هي المسافة من سطح الماء إلى أسفل أنبوب دائري ، عند أدنى نقطة له. الحفاظ على المسطرة أو الشريط عمودي على انحدار الأنبوب. قم بقياس القطر الداخلي (D) للأنبوب عن طريق الحفاظ على نهاية شريط القياس عند أدنى نقطة له وتمتد إلى الجانب الآخر من المقطع العرضي الدائري. كمثال باستخدام المعادلات التالية ، يمكننا استخدام مترين لعمق التدفق (د) و 1.5 متر من القطر الداخلي (D). نصف القطر هو نصف القطر ، وبالتالي فإن نصف قطر الأنبوب هو 0.7 متر.
تحديد ميل الأنبوب عن طريق قياس انخفاض في الارتفاع على مسافة. سقوط الارتفاع هو المسافة التي يسير بها التدفق على المحور الرأسي بشكل عمودي على سطح مستو. يمكن أيضًا استخدام أداة قياس الميل ، وإلا فإن مستوى البناء يبلغ 1.8 متر وشريط القياس يعمل جيدًا. ضع نهاية المستوى في الجزء العلوي من الأنبوب واتجه إلى المستوى العلوي من الأنبوب. قم بزيادة أو تقليل الطرف العائم للمستوى حتى يقرأ المؤشر المستوى. قم بقياس المسافة بين أسفل الطرف العائم للمستوى إلى أعلى الأنبوب مع الحفاظ على الشريط المقاس عموديًا على المستوى. يسمى هذا الإجراء "الصعود". لأنه تم استخدام مستوى 1.8 متر ، فإن "المدى" هو 1.8 متر. يتم احتساب الميل عن طريق قسمة "التشغيل" على "الصعود". على سبيل المثال ، إذا كانت الزيادة 0.15 متر ، يمكن حساب الميل: S = "ارتفاع" / "تشغيل" = 0.15 م / 1.8 م = 0.015 = 1.5٪. المنحدر هو 0.015. من حيث النسبة المئوية ، فإن ميل الأنبوب هو 1.5 ٪.
ارسم المقطع العرضي للأنبوب ، بما في ذلك تدفق المياه ، وقم بتسمية قياساته. حساب محيط المبللة ، P ، للأنبوب. هذه هي المسافة على طول المحيط الداخلي لخط الأنابيب الموجود تحت الماء. تشكل هذه المسافة قوسًا ، ويمكن حلها بضرب نصف قطر الأنبوب بالزاوية التي يحملها. طريقة أخرى للتفكير في الزاوية التي تصرفت هي زاوية الفجوات القوسية. المعادلة لهذه المسافة تبدو مثل هذا: P =؟ ص ، أين؟ = الزاوية المائلة للقوس بالراديان و r = نصف قطر الأنبوب.
قم بتمييز مركز الأنبوب في الرسم واسحب خطي شعاع من وسط الأنبوب حتى يجتمع سطح الماء مع جداره. يمكن استخدام الزاوية بالراديان المحددة بين خطي الشعاع هذين لحساب المحيط المبلل. هذه هي الزاوية المركزية ، والتي يمكن حسابها باستخدام المعادلة التالية. هذه المعادلة مختلفة إذا كان الأنبوب أكثر من نصف ممتلئ. إلى هذا الحد؟ = 2 أقواس ((r - d) / r) ، مع d = عمق التدفق و r = نصف قطر الأنبوب. في المثال ،؟ = 2 أقواس (0.7 م - 0.6 م) / 0.7 م) = 0.14 راديان. تذكر أن قوس جيب التمام هو نفس جيب التمام العكسي ، أو cos ^ -1.
حل معادلة المحيط الرطب (P) ، باستخدام زاوية الشعاع المركزي والأنبوب. انظر هذه المعادلة التي تم حلها أدناه كمثال: P =؟ R = 0.14 راديان * 0.7 متر = 0.1 متر.
حدد منطقة التدفق (أ) في رسمك. هذه هي المنطقة كلها التي تحتلها المياه. يُطلق على الشكل الهندسي للمنطقة القطاع والمعادلة الخاصة بإيجاد هذه المنطقة هي A = (r ^ 2 (-؟ Sin)؟) / 2 ، حيث r = نصف قطر الأنبوب ، = الزاوية المركزية. انظر هذه المعادلة التي تم حلها أدناه على سبيل المثال: A = (r ^ 2 (؟ - sin؟)) / 2 = (0.7 ^ 0.6m * (0.14 - sin (0.14)) / 2 = 2.2 متر مربع.
احسب نصف القطر الهيدروليكي (R) أو النسبة بين مساحة التدفق والمحيط الرطب باستخدام المعادلة R = A / P ، حيث A = مساحة التدفق و P = المحيط الرطب. انظر هذه المعادلة التي تم حلها أدناه على سبيل المثال: R = A / P = 2.2 متر مربع / 2m = 0.3 متر.
تحديد معامل خشونة مانينغ للمواد الأنابيب. كلما كانت المادة أكثر قسوة ، زاد الاحتكاك في الماء ، وبالتالي انخفض التدفق. يأخذ هذا المعامل هذا في الاعتبار لحساب التدفق. يمكن العثور على معامل ماننج للخشونة في معظم الأدلة المرجعية للهندسة المدنية. بعض القيم الشائعة هي 0.013 للخرسانة ، 0.009 للـ PVC و 0.024 للصلب المموج. على سبيل المثال ، تشير القيمة 0.013 إلى أنبوب خرساني.
استخدم معادلة Chezy-Manning لحل التدفق. هذه المعادلة هي مزيج من معادلة Chezy ومعادلة Manning. يتم استخدامه بانتظام في الهندسة المدنية لحساب معدل التدفق من خلال أنبوب. قيمة معدل التدفق (س) بالمتر المكعب في الثانية. Q = (1.49 / n) (A) (R ^ (2/3)) (؟ S) ، حيث Q = معدل التدفق ، n = معامل معامل خشونة ، a = مساحة التدفق ، R = نصف القطر الهيدروليكي و S = منحدر الأنبوب. انظر هذه المعادلة التي تم حلها أدناه على سبيل المثال: Q = (1.49 / n) (A) (R ^ (2/3)) (؟ S) = (1.49 / 0.013) * (2.2 متر مربع) * 0.3 ^ (2/3) متر (.05) = 60 متر مكعب في الثانية.
تحقق الرياضيات باستخدام آلة حاسبة. معدل التدفق (س) هو في متر مكعب في الثانية الواحدة. في المثال ، هذا يعني 60 متر مكعب من الماء يخرج من الأنبوب كل ثانية.

نصائح

يمكن حساب السرعة من معدل التدفق والمساحة باستخدام المعادلة V = Q / A. للمسافات الطويلة ، يجب قياس تغيير الارتفاع باستخدام مستوى المساح والقضيب. تختلف معادلة Chezy-Manning قليلاً عن القياسات المترية: (s) = Q (1.00 / n) (A) (R (2/3)) [m ^ 3 / s].