محاسبه جریان یکنواخت
محاسبه جریان یکنواخت
چند حالت در محاسبه جریان یکنواخت وجود دارد:
S , V, Q یا n مجهول باشد.
y0 یا یکی از اجزای هندسی مقطع (مثل d , m , b) مجهول باشد.
یادآوری :
عمق یکنواخت (y0) ، عمق فعال (yn)
k فاکتور مقطع برای کانال مشخص
(ثابت بودنm , b ) فقط تابعی از y است.
محاسبه جریان یکنواخت
مثال: برای مقطع ذوزنقه ای داریم:
برای کانال مشخص (ثابت بودنm , b ) فقط تابعی از y است :
اگر رابطه ی را به صورت بی بعد تبدیل کنیم :
شکل نشان می دهد که برای تنها یک مقدار برای هر مقدار وجود دارد. بنابراین برای هر مقدار Q فقط یک عمق یکنواخت اتفاق می افتد. به اینگونه کانال ها « کانال نوع 1» می گوییم.
نمودار کانال نوع 1
محاسبه جریان یکنواخت
کانال نوع 2 (closing width top)
با افزایش عمق عرض کانال کاهش می یابد.
می بینیم که برای دو عمق یکنواخت رخ می دهد. پس در طراحی همیشه برای ماکزیمم عمق مورد نیاز هیچ گاه نمی گذاریم که نسبت عمق به قطر از 8/0 تجاوز کند.در غیر این صورت جریان بین دو عمق تغییر می کند. در نقاطی از کانال، کانال کاملاً با آب پر می شود و انتقال هوا صورت نمی گیرد. حرکت بسته های هوا باعث ضربه زدن به کانال می گردد.این پدیده می تواند باعث کاهش دبی گردد.
روش های محاسبه عمق یکنواخت
کانال مستطیلی عریض Wide Rec. Channel
جدول هایی محاسبه شده است که مقدار را برای مقادیر از 01/0 تا 4 و برای m از 1/0 تا 3 می دهد.
مقطع هیدرولیکی بهینه
مقطع هیدرولیکی بهینه : (Hydraulically Efficient Channel Section)
ضریب انتقال یک مقطع در یک کانال با Aثابت (مساحت جریان)، با کاهش P ، افزایش می یابد و در نتیجه Q زیاد می شود.
بنابر این مقطعی که با ثابت Aکمترین P را داشته باشد، بیشترین دبی را از خود عبور می دهد و بهترین مقطع هیدرولیکی نامیده می شود.به عبارت دیگر با داشتن دبی ثابت برای حداقل شدن A باید P هم حداقل باشد.
بین مقاطع با شکل هندسی متفاوت، بهترین حالت نیم دایره است
مقطع مستطیلی و ذوزنقه ای
مقطع مستطیلی:
مقطع ذوزنقه ای
اگر m ثابت باشد:
اگر m متغیر باشد:
مقطع مرکب (Compound Section)
مقطع مرکب (Compound Section)
استفاده یکجا از معادله مانینگ مشکل ایجاد می کند.
در غیر این صورت می توانیم از معادله مانینگ استفاده کنیم.
مشکل ایجاد شده این است که دبی مقداری کمتر از دبی حقیقی به دست می آید.
به 2 روش دبی را از معادله مانینگ محاسبه می کنیم:
کل مقطع را یک مقطع در نظر می گیریم
مقطع را به چند زیر مقطع تبدیل می کنیم.
خط چین ها را به عنوان محیط خیس شده مقطع 1 در نظر می گیریم. هر کدام از دبی های بالا که بزرگتر باشد می پذیریم.
محدودیت ها
محدودیت هایی که باعث می شوند نتوانیم بهترین مقطع هیدرولیکی داشته باشیم:
محدودیت های فنی: تعدی از کران های بالا و پایین سرعت مجاز
محدودیت های اجرایی و اقتصادی
پایان