Bagaimana menentukan aliran air melalui tiub

Video.: Aliran fluida ideal, Debit, dan Asas Kontinuitas

Kandungan

Arahan
Bagaimana
Apa yang anda perlukan

Aliran melalui tiub berlaku oleh graviti atau tekanan. Ia boleh menjadi laminar (licin) atau bergolak (kasar). Kaedah yang digunakan untuk menentukan aliran atau kadar aliran bergantung kepada sifat cecair dan ciri saluran saluran. Kadar aliran yang paling mudah untuk pengiraan ialah air yang mengalir secara seragam melalui paip separuh penuh di lereng tetap, dengan diameter tetap di bawah tekanan tambahan di luar atmosfera. Aliran seragam mempunyai kedalaman yang tetap. Tiub aliran dengan cara ini dianggap sebagai saluran terbuka dan persamaan Chezy-Manning boleh digunakan untuk mengira kadar aliran. Semua ukuran perlu ditukar kepada meter.

Arahan

Aliran tiub plastik (imej paip kolam oleh chrisharvey dari Fotolia.com)

Ukur kedalaman aliran (d) dalam tiub. Ini adalah jarak dari permukaan air ke bahagian bawah tiub bulat, pada titik terendahnya. Pastikan pengisar atau pita berserenjang dengan lekapan tiub. Ukur diameter dalam (D) tiub dengan menahan akhir pita pengukur pada titik paling bawah dan melanjutkan ke bahagian bertentangan dengan keratan rentas bulat. Sebagai contoh menggunakan persamaan berikut, kita boleh menggunakan dua meter untuk kedalaman aliran (d) dan 1.5 meter diameter dalaman (D). Radius adalah separuh diameter, jadi jejari tiub adalah 0.7 m.
Tentukan cerun tiub dengan mengukur penurunan dalam jarak ke atas. Penurunan ketinggian adalah jarak yang mengalir di atas paksi menegak tegak ke permukaan rata. Alat pengukur kecondongan juga boleh digunakan, jika tidak, tahap pembinaan 1.8 meter dan pita pengukur berfungsi dengan baik. Letakkan hujung tahap di bahagian atas tiub dan selaraskan tahap teratas tiub. Menambah atau mengurangkan hujung terapung tahap sehingga penunjuk membaca tahap. Ukur jarak antara bahagian bawah akhir terapung tahap ke bahagian atas tiub yang memasangkan pita yang diukur serentak ke pesawat. Langkah ini dipanggil "kenaikan." Kerana paras 1,8 meter digunakan, "larian" adalah 1.8 meter. Cerun dikira dengan membahagikan "run" dengan "naik". Sebagai contoh, jika kenaikan adalah 0.15 meter, cerun boleh dikira: S = "naik" / "lari" = 0.15 m / 1.8 m = 0.015 = 1.5%. Cerun adalah 0.015. Dari segi peratusan, cerun tiub adalah 1.5%.
Lakarkan bahagian silang tiub, termasuk aliran air, dan label ukurannya. Kirakan perimeter basah, P, tiub. Ini adalah jarak di sepanjang perimeter dalaman saluran paip yang berada di bawah air. Jarak ini membentuk arka, dan boleh diselesaikan dengan mengalikan radius tiub dengan sudut yang dikenakan. Satu lagi cara memikirkan sudut berkelakuan adalah sudut jurang arka. Persamaan untuk jarak ini kelihatan seperti ini: P =? r, di mana? = sudut sudut busur dalam radian dan r = jejari tiub.
Tandakan pusat tiub dalam lakaran anda dan lukis dua garis sinar dari pusat tiub supaya permukaan air memenuhi dindingnya. Sudut, dalam radian, ditandakan di antara dua garis sinar ini boleh digunakan untuk mengira perimeter dibasahi. Ini adalah sudut tengah, yang boleh dikira menggunakan persamaan berikut. Persamaan ini berbeza jika tiub lebih daripada separuh penuh. Jadi? = 2 busur ((r - d) / r), dengan d = kedalaman aliran dan r = jejari tiub. Dalam contohnya,? = 2 lengkok (0.7 m - 0.6 m) / 0.7 m) = 0.14 radian. Ingat bahawa arka kosin adalah sama dengan kosine songsang, atau kos ^ -1.
Selesaikan persamaan bagi perimeter basah (P), dengan menggunakan sudut sinar tengah dan tiub. Lihat persamaan ini diselesaikan di bawah sebagai contoh: P =? R = 0.14 radian * 0.7 meter = 0.1 meter.
Tandakan kawasan aliran (A) dalam lakaran anda. Ini adalah seluruh kawasan yang diduduki oleh air. Bentuk geometri kawasan itu dipanggil sektor dan rumus untuk mencari kawasan ini ialah A = (r ^ 2 (-? Sin)?) / 2, di mana r = radius tiub, = sudut tengah. Lihat persamaan ini diselesaikan di bawah untuk contoh: A = (r ^ 2 (? - dosa?)) / 2 = (0.7 ^ 0.6m * (0.14 - sin (0.14) 2.2 meter persegi.
Kirakan jejari hidraulik (R) atau nisbah di antara kawasan aliran dan perimeter basah menggunakan persamaan R = A / P, di mana A = kawasan aliran dan P = perimeter basah. Lihat persamaan yang diselesaikan di bawah untuk contohnya: R = A / P = 2.2 meter persegi / 2m = 0.3 meter.
Tentukan koefisien kekasaran Manning untuk bahan paip. Bahan lebih kuat, lebih banyak geseran di dalam air, dan oleh itu semakin rendah aliran. Pekali ini mengambil kira perhitungan aliran. Koefisien kekasaran Manning boleh didapati di kebanyakan manual rujukan kejuruteraan awam. Sesetengah nilai biasa adalah 0.013 untuk konkrit, 0.009 untuk PVC dan 0.024 untuk keluli bergelombang. Sebagai contoh, nilai 0.013 menunjukkan paip konkrit.
Gunakan persamaan Chezy-Manning untuk menyelesaikan aliran tersebut. Persamaan ini adalah gabungan persamaan Chezy dan Persamaan Manning. Ia digunakan secara kerap dalam kejuruteraan awam untuk mengira kadar aliran melalui tiub. Nilai kadar aliran (Q) berada dalam meter padu sesaat. Q = (1.49 / n) (A) (R ^ (2/3)) (? S), di mana Q = kadar aliran, n = Pekali kekasaran manning, a = kawasan aliran, R = jejari hidraulik dan S = cerun tiub. Lihat persamaan ini diselesaikan di bawah untuk contohnya: Q = (1.49 / n) (A) (R ^ (2/3)) (? S) = (1.49 / 0.013) * (2.2 meter persegi) 0.3 ^ (2/3) meter (.05) = 60 meter padu sesaat.
Semak matematik menggunakan kalkulator. Kadar aliran (Q) berada dalam meter padu sesaat. Contohnya, ini bermakna 60 meter padu air yang keluar dari paip setiap saat.

Bagaimana

Halaju boleh dikira dari kadar aliran dan kawasan menggunakan persamaan V = Q / A. Untuk jarak jauh, perubahan ketinggian hendaklah diukur menggunakan tahap juru ukur dan rod. Persamaan Chezy-Manning sedikit berbeza untuk pengukuran metrik: (s) = Q (1.00 / n) (A) (R (2/3)) [m ^ 3 / s].