Przepływ w kanałach otwartych: III część

Obliczanie prędkości przepływu (Przepływy jednostajne)

Z definicji przepływ jest uznawany za jednostajny wtedy, gdy:
1. Głębokość wody, pole przekroju oraz prędkość wody w każdym przekroju kanału są stałe
2. Linia gradientu energii, linia powierzchni swobodnej i linia dna kanału są równoległe
W oparciu o te założenia, Chezy stwierdził, że:

(1) ozewod35

gdzie:
C – współczynnik oporu Chezy’ego
Rh – promień hydrauliczny przekroju kanału (patrz podrozdział 2.3.3)
Se – spadek linii dna kanału
Wartość C próbowano określić wielokrotnie. Manning, na podstawie eksperymentów własnych oraz innych badaczy, wyprowadził następującą zależność empiryczną:

(2)ozewod36

gdzie n jest dobrze znanym współczynnikiem szorstkości Manninga.

Podstawiając C z równania (1) do równania (2) otrzymujemy formułę Manninga dla przepływów jednorodnych:

ozewod37

jest określany jako wskaźnik przekroju dla wzoru Manninga. Wzór Manninga jest całkowicie empiryczny, a współczynnik n nie jest bezwymiarowy. Wzór ten zachowuje ważność tylko w jednostkach układu SI. Ponadto podane wzory mają zastosowanie tylko do kanałów z płaskim dnem. Analiza naturalnych cieków wodnych jest bardziej skomplikowana i powyższe wzory mogą być stosowane tylko w pierwszym przybliżeniu.

Według Bazina współczynnik C oblicza się ze wzoru:

ozewod6

gdzie: współczynnik „m” zależy od rodzaju ścian łożyska.
– wykończonym gładką wyprawą cementową przypisuje się liczbę c = 0,06,
– z drewna nieobrobionego, cegły, lanego betonu m = 0,16,
– murowanym z gruzu m = 0,46
– ściany mieszane (ziemia z elementami z drewna, ziemia regulowana) m = 0,85
– ściany z głazów, ziemia nieregulowana m = 1,75.

Prędkość przepływu średnią w łożysku naturalnym można też obliczyć według reguły Matakiewicza

ozewod7

gdzie:
Rh – promień hydrauliczny
I – spadek jednostkowy zwierciadła wody
m – wykładnik potęgi zależny od I i wyrażony w postaci dwumianu

ozewod8

gdzie składniki a i b zależne są rodzaju kanałów

Dla łożysk rzecznych, których dno tworzą materiały luźne o dnie ruchomym, wskaźnik m oblicza się według wzoru:

m = 0,493 + 10I

dla potoków górskich wyłożonych głazami i kanałach o szorstkim dnie:

m = 0,493 – 2I

Źródło:
– instsani.pl

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.