L’écoulement à travers un tuyau se produit par gravité ou par pression. L’écoulement peut être laminaire (lisse) ou turbulent (rugueux). La méthode utilisée pour déterminer le débit, ou débit, dépend des propriétés du liquide et des caractéristiques du canal. Le débit le plus simple à calculer est le débit d’eau s’écoulant uniformément à travers un tuyau moins qu’à moitié plein à une pente fixe avec un diamètre fixe sans pression supplémentaire en dehors de la pression atmosphérique. L’écoulement uniforme a une profondeur constante. Un tuyau s’écoulant de cette manière est considéré comme un canal ouvert et l’équation Chezy-Manning peut être utilisée pour calculer le débit. Toutes les mesures doivent être converties en pieds.
Mesurer la profondeur de l’écoulement (d) dans la conduite. Il s’agit de la distance entre la surface de l’eau et le fond d’un tuyau circulaire à son point le plus bas. Garder la règle ou le ruban perpendiculairement à la pente du tuyau. Mesurer le diamètre intérieur (D) du tuyau en maintenant l’extrémité du ruban à mesurer au point le plus bas du tuyau et en l’étendant jusqu’au côté opposé de la section circulaire. Par exemple, en utilisant les équations suivantes, nous pouvons utiliser deux pieds pour la profondeur d’écoulement (d) et cinq pieds pour le diamètre intérieur (D). Le rayon est la moitié du diamètre, donc le rayon du tuyau est de 2,5 pieds.
Déterminez la pente de la conduite en mesurant la dénivellation sur une distance. La dénivellation est la distance parcourue par l’écoulement dans un axe vertical perpendiculaire à une surface plane. Un outil de mesure de pente pourrait également être utilisé, sinon un niveau de construction de six pieds et un ruban à mesurer fonctionne bien. Posez l’extrémité du niveau sur le dessus du tuyau et alignez le niveau avec le tuyau. Augmenter ou abaisser l’extrémité flottante du niveau jusqu’à ce que l’indicateur indique le niveau. Mesurez la distance entre le bas de l’extrémité flottante du niveau et le haut du tuyau en maintenant le ruban à mesurer perpendiculairement au niveau. Cette mesure s’appelle la « montée ». Parce qu’un niveau de six pieds a été utilisé, la « course » est de six pieds. La pente est calculée en divisant le « run » en « rise ». Par exemple, si l’élévation est de 0,5 pied, la pente peut être calculée :
La pente est de 0,05. Sous forme de pourcentage, la pente de la conduite est de 5 %.
Dessinez la section transversale du tuyau, y compris le débit d’eau, et identifiez vos mesures. Calculez le périmètre mouillé, P, du tuyau. Il s’agit de la distance le long du périmètre intérieur de la canalisation qui est sous l’eau. Cette distance forme un arc, et peut être résolue en multipliant le rayon du tuyau par l’angle qu’il « sous-tends ». Une autre façon de penser à l’angle qu’il « sous-tends » est l’angle que l’arc s’étend. L’équation pour cette distance ressemble à ceci : P = ….r où …. = l’angle que l’arc sous-tend dans les radians, et r = le rayon du tuyau.
Marquez le centre du tuyau sur votre croquis et tracez deux lignes radiales à partir du centre du tuyau jusqu’à l’endroit où la surface de l’eau rencontre la paroi du tuyau. L’angle, pris en radians, entre ces deux lignes de rayons peut être utilisé pour calculer le périmètre mouillé. C’est l’angle central. L’angle central peut être calculé à l’aide de l’équation suivante. Cette équation est différente si le tuyau est plus qu’à moitié plein.
…. = 2 arccos ((r – d) / r ) Où d = profondeur d’écoulement, et r = rayon du tuyau.
Dans l’exemple, …. = 2 arccos ((2,5 pieds – 2 pieds) / 2,5 pieds) = 2,74 radians. Rappelez-vous que arc-cosinus est le même que l’inverse du cosinus, ou cos^-1.
Résoudre l’équation pour le périmètre mouillé (P) en utilisant l’angle central et le rayon du tuyau. Voir l’équation résolue ci-dessous pour l’exemple :
P = ….r = 2,74 radians * 2,5 pieds = 6,85 pieds
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