Manning Boru Axını Hesablayıcısı

Manning toxuması koefisienti (n) borunun daxili səthinin toxumasını təmsil edir. Yüksək dəyər daha kobud səthi göstərir ki, bu da sürtünməni artırır və axın sürətini və tutumunu azaldır. Məsələn, hamar beton borular adətən 0.012-0.015 Manning koefisientinə malikdir, daha kobud materiallar, məsələn, dalğalı metal isə 0.022-0.030 dəyərlərə malik ola bilər. Düzgün n dəyərini seçmək dəqiq hesablamalar üçün kritikdir və borunun materialı, yaşı və vəziyyəti əsasında olmalıdır. Bu dəyəri yanlış qiymətləndirmək hidravlik dizaynda əhəmiyyətli xətalara səbəb ola bilər, borunun alt- və ya üst ölçülməsinə səbəb ola bilər.

Nisbət axın dərinliyi (y/d₀) axın dərinliyinin (y) boru diametrinə (d₀) nisbətidir. Bu, borunun nə qədər dolu olduğunu göstərir və axın sahəsi, hidravlik radius və sürət kimi parametrlərə birbaşa təsir edir. Məsələn, nisbət dərinliyi 1 (boru tam dolu) olduqda, axın tam boru tutumu ilə idarə olunur. Ancaq qismən dərinliklərdə axın açıq kanal axını kimi təsnif edilir və axın dərinliyi ilə sürət arasındakı əlaqə qeyri-xətti olur. Bu nisbəti anlamaq mühəndislərə spesifik axın şərtləri üçün boru dizaynlarını optimallaşdırmağa kömək edir, məsələn, enerji itkilərini minimuma endirmək və ya öz-özünü təmizləmə sürətlərini saxlamaq.

Manning tənliyi uniform axın qəbul edir, yəni axın dərinliyi, sürət və kəsit sahəsi borunun uzunluğu boyunca sabit qalır. Bu qəbul etmə hesablamaları sadələşdirir, lakin tənliyin tətbiqini bu şərtlərin təxminən yerinə yetirildiyi senarilərlə məhdudlaşdırır. Həqiqətdə, boru eğimində, diametrində və ya maneələrdə ani dəyişikliklər kimi amillər qeyri-uniform axın şərtləri yarada bilər, bu da Manning tənliyinin dəqiqliyini azaldır. Belə hallarda, enerji tənliyi və ya hesablama maye dinamikası (CFD) kimi daha inkişaf etmiş metodlardan istifadə edilməlidir ki, dəyişən axın şərtlərini hesaba alsın.

Təzyiq eğimi (S₀), hidravlik gradient olaraq da bilinir, sürtünmə və digər müqavimətlər səbəbindən borunun bir vahid uzunluğunda enerji itkisinin sürətini göstərir. Daha dik bir eğim daha yüksək enerji itkilərinə səbəb olur ki, bu da adətən daha sürətli axın sürətləri ilə nəticələnir. Əksinə, daha düz bir eğim enerji itkilərini azaldır, lakin axın sürətini məhdudlaşdıra bilər. Mühəndislər, enerji xərclərini minimuma endirərkən istənilən axın tutumunu əldə etmək üçün eğimi boru diametri və toxuması ilə balanslaşdırmalıdırlar. Uzun boru xətləri üçün, eğimdəki kiçik dəyişikliklər nasos tələblərinə və əməliyyat səmərəliliyinə əhəmiyyətli təsir göstərə bilər.

Froude nömrəsi (F) açıq kanal axınında axın rejimini göstərən ölçüsüz parametrdir. Bu, inersiya qüvvələrinin cazibə qüvvələrinə nisbəti kimi hesablanır. F < 1 subkritik axını (yavaş və nəzarət altında), F = 1 kritik axını (maksimum səmərəlilik) və F > 1 superkritik axını (sürətli və turbulent) göstərir. Froude nömrəsini anlamaq səmərəli hidravlik sistemlərin dizaynı üçün vacibdir. Məsələn, subkritik axın əksər drenaj sistemləri üçün turbulensiyadan qaçmaq üçün üstünlük təşkil edir, superkritik axın isə yüksək sürətləri idarə etmək üçün spillway-lərdə lazım ola bilər.

Ümumi bir yanlış anlama, dairəvi borunun tam dolu olduqda maksimum axın sürətini əldə etdiyidir. Həqiqətdə, maksimum axın sürəti adətən boru diametrinin təxminən 93%-i dərinlikdə baş verir. Bu nöqtədən sonra, borunun üst səthindən artan sürtünmə axın sahəsindəki artımları üstələyir, ümumi axın sürətini azaldır. Bu fenomen mühəndislərin sistemləri dizayn edərkən nəzərə almalı olduqları kritik bir məsələdir ki, optimal performansı təmin etsinlər və borunun tutumunu yanlış qiymətləndirməsinlər.

Mühəndislər boru diametri, material (Manning toxuması koefisientini müəyyən etmək üçün) və eğim kimi parametrləri diqqətlə seçərək boru dizaynlarını optimallaşdıra bilərlər. Məsələn, boru eğimini artırmaq axın sürətini və öz-özünü təmizləmə qabiliyyətini artırır, lakin nasos üçün daha çox enerji tələb edə bilər. Eyni zamanda, daha hamar boru materialı seçmək sürtünmə itkilərini azaldır və eyni axın sürətini əldə etmək üçün daha kiçik diametrlərə imkan tanıyır, material xərclərinə qənaət edir. Həmçinin, nisbət axın dərinliyinin səmərəli bir aralıqda (məsələn, əksər dizaynlar üçün 0.8-0.95) olmasını təmin etmək axın tutumunu maksimuma çatdırmağa kömək edir, eyni zamanda sabitliyi qoruyur.

Suya doxunan perimetr axan su ilə təmasda olan boru səthinin uzunluğudur. Bu, axın sahəsi ilə suya doxunan perimetr arasındakı nisbəti birbaşa təsir edir. Axın sahəsinə nisbətdə daha kiçik suya doxunan perimetr daha böyük hidravlik radius yaradır, sürtünmə itkilərini azaldır və axın səmərəliliyini artırır. Dairəvi borular üçün, kifayət qədər axın sahəsini qoruyarkən suya doxunan perimetri minimuma endirmək hidravlik performansı optimallaşdırmaq üçün açar rolunu oynayır. Bu anlayış, müəyyən bir tətbiq üçün fərqli boru formalarını və ya materiallarını müqayisə edərkən xüsusilə vacibdir.