Мэннингийн хоолойн урсгалын тооцоолуур

Мэннингийн гадаргын зөөлрөлт (n) нь хоолойн дотор талын гадаргын зөөлрөлтийг илэрхийлдэг. Илүү өндөр утга нь илүү зөөлөн гадаргатай, энэ нь үрэлтийг нэмэгдүүлж, урсгалын хурд болон хүчин чадлыг бууруулдаг. Жишээлбэл, гөлгөр бетоны хоолойнууд нь ихэвчлэн 0.012-0.015 Мэннингийн коэффициенттэй байдаг бол, гогцоо металл шиг илүү зөөлөн материалууд 0.022-0.030 хүртэл утгуудтай байж болно. Зөв n утгыг сонгох нь нарийн тооцоолол хийхэд чухал бөгөөд хоолойн материал, нас, нөхцөл байдлаас шалтгаалах ёстой. Энэ утгыг буруу тооцоолох нь гидравлик дизайнд ноцтой алдаанд хүргэж, хоолойн хэмжээ ихэсгэх эсвэл багасгах шалтгаан болж болно.

Харьцангуй урсгалын гүн (y/d₀) нь урсгалын гүн (y) хоолойн диаметр (d₀)-ийн харьцаа юм. Энэ нь хоолой хэр их дүүрсэн байгааг илэрхийлж, урсгалын талбай, гидравлик радиус, хурд зэрэг параметрүүдэд шууд нөлөөлдөг. Жишээлбэл, харьцангуй гүн 1 (хоолой дүүрэн) үед урсгал нь хоолойн дүүрэн хүчин чадлаар удирддаг. Гэсэн хэдий ч, хэсэгчилсэн гүнд, урсгал нь нээлттэй суваг урсгал гэж ангилагдаж, урсгалын гүн болон хурдны хоорондын харилцаа шугаман бус болдог. Энэ харьцааг ойлгох нь инженерүүдэд тодорхой урсгалын нөхцөлд хоолойн дизайныг оновчтой болгоход тусалдаг, жишээлбэл, эрчим хүчний алдагдлыг бууруулах эсвэл өөрөө цэвэрлэх хурдыг хадгалах.

Мэннингийн тэгшитгэл нь нэгэн жигд урсгалыг таамагладаг, энэ нь урсгалын гүн, хурд, огтлолын талбай хоолойн уртын дагуу тогтмол байдаг. Энэ таамаглал нь тооцооллыг хялбарчилдаг боловч эдгээр нөхцөлүүдийг ойролцоогоор хангаж буй тохиолдолд тэгшитгэлийн хэрэглээг хязгаарладаг. Үнэндээ, хоолойн налуу, диаметр, эсвэл саад тотгорын гэнэтийн өөрчлөлтүүд нь нэгэн жигд бус урсгалын нөхцөл үүсгэж, Мэннингийн тэгшитгэлийг илүү нарийн бус болгодог. Ийм тохиолдолд, эрчим хүчний тэгшитгэл эсвэл тоон шингэний динамик (CFD) зэрэг илүү дэвшилтэт аргуудыг хэрэглэж, урсгалын нөхцөлүүдийг өөрчлөх хэрэгтэй.

Даралтын налуу (S₀), мөн гидравлик налуу гэж нэрлэгддэг, энэ нь хоолойн нэгж уртад үрэлтийн болон бусад эсэргүүцлээс шалтгаалан энергийн алдагдлыг илэрхийлдэг. Налуу нь илүү хурдан байх тусам их энергийн алдагдалтай, энэ нь ихэвчлэн хурдан урсгалын хурдтай байдаг. Харин налуу нь илүү намхан байх тусам энергийн алдагдал буурч, урсгалын хурдыг хязгаарлах боломжтой. Инженерүүд налууг хоолойн диаметр болон гадаргын зөөлрөлттэй тэнцвэржүүлж, хүссэн урсгалын хүчин чадлыг хангахын тулд эрчим хүчний зардлыг бууруулах хэрэгтэй. Урт хоолойнуудын хувьд, налуугийн жижиг өөрчлөлтүүд насосны шаардлага болон үйл ажиллагааны үр ашгийг их хэмжээгээр нөлөөлж болно.

Фрудеийн тоо (F) нь нээлттэй суваг урсгалын горимыг илэрхийлэх хэмжигдэхүүнгүй параметр юм. Энэ нь инерцийн хүчийг таталцлын хүчтэй харьцуулсан харьцаагаар тооцогддог. F < 1 нь дэд критик урсгал (баг slower, хянасан), F = 1 нь критик урсгал (хамгийн их үр ашиг), F > 1 нь дээд критик урсгал (хурдан, үймээнтэй) гэсэн утгатай. Фрудеийн тоог ойлгох нь үр ашигтай гидравлик системийг төлөвлөхөд чухал юм. Жишээлбэл, дэд критик урсгал нь ихэнх ус зайлуулах системд үймээнээс зайлсхийхийн тулд илүүд үздэг бол дээд критик урсгал нь өндөр хурдтай ус зайлуулах системд шаардлагатай байж болно.

Дугуй хоолой дүүрэн байх үед хамгийн их урсгалын хурдтай болдог гэж нийтлэг буруу ойлголт байдаг. Үнэндээ, хамгийн их урсгалын хурд ихэвчлэн хоолойн диаметрийн 93% орчим харьцангуй урсгалын гүнд тохиолддог. Энэ цэгээс цааш, хоолойн дээд гадаргаас үүсэх үрэлтийн нэмэгдэл нь урсгалын талбайн өсөлтийг давж, нийт урсгалын хурдыг бууруулдаг. Энэ үзэгдэл нь инженерүүдэд системийн дизайны үед анхаарах шаардлагатай бөгөөд хоолойн хүчин чадлыг хэтрүүлэхгүйгээр оптималь гүйцэтгэлийг хангах хэрэгтэй.

Инженерүүд хоолойн диаметр, материал (Мэннингийн гадаргын зөөлрөлтийг тодорхойлох), налуу зэрэг параметрүүдийг анхааралтай сонгосноор хоолойн дизайныг оновчтой болгох боломжтой. Жишээлбэл, хоолойн налууг нэмэгдүүлэх нь урсгалын хурд, өөрөө цэвэрлэх чадварыг сайжруулж болох боловч насосны эрчим хүчийг ихэсгэх шаардлагатай байж болно. Мөн, гөлгөр хоолойн материалыг сонгох нь үрэлтийн алдагдлыг бууруулж, адил урсгалын хурдыг хангахын тулд жижиг диаметртэй байх боломжийг олгодог бөгөөд материалын зардлыг хэмнэдэг. Мөн, харьцангуй урсгалын гүн нь үр ашигтай хүрээнд (жишээлбэл, ихэнх дизайнд 0.8-0.95) байхыг хангах нь урсгалын хүчин чадлыг ихэсгэж, тогтвортой байдлыг хадгалахад тусалдаг.

Усанд дэгдсэн хязгаар нь урсгалын усны гадаргатай холбогдсон хоолойн гадаргын урт. Энэ нь гидравлик радиус (Rₕ)-д шууд нөлөөлж, урсгалын талбайг усанд дэгдсэн хязгаарын харьцаа. Урсгалын талбайн харьцангуй бага усанд дэгдсэн хязгаар нь их гидравлик радиус үүсгэж, үрэлтийн алдагдлыг бууруулж, урсгалын үр ашгийг сайжруулдаг. Дугуй хоолойн хувьд, усанд дэгдсэн хязгаарыг хамгийн бага байлгах нь гидравлик гүйцэтгэлийг оновчтой болгоход чухал юм. Энэ ойлголт нь тодорхой хэрэглээнд зориулан хоолойн янз бүрийн хэлбэр, материалуудыг харьцуулахад онцгой чухал юм.