एक ट्यूब के माध्यम से पानी के प्रवाह का निर्धारण कैसे करें

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एक ट्यूब के माध्यम से प्रवाह गुरुत्वाकर्षण या दबाव से होता है। यह एक लामिना (चिकना) या अशांत (खुरदरा) हो सकता है। प्रवाह के प्रवाह या दर को निर्धारित करने के लिए उपयोग की जाने वाली विधि तरल के गुणों और नाली चैनल की विशेषताओं पर निर्भर करती है। गणना के लिए सबसे सरल प्रवाह दर एक निश्चित झुकाव पर एक आधे भरे हुए पाइप के माध्यम से समान रूप से बहता हुआ पानी है, जिसमें वायुमंडल से परे कोई अतिरिक्त दबाव नहीं है। वर्दी प्रवाह में एक निरंतर गहराई है। इस तरह से एक प्रवाह ट्यूब को एक खुला चैनल माना जाता है और प्रवाह दर की गणना करने के लिए चेज़ी-मैनिंग समीकरण का उपयोग किया जा सकता है। सभी मापों को मीटर में परिवर्तित किया जाना चाहिए।

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एक प्लास्टिक ट्यूब का प्रवाह (Fotolia.com से chrisharvey द्वारा पॉन्ड पाइप छवि)

ट्यूब में प्रवाह (डी) की गहराई को मापें। यह पानी की सतह से एक निम्नतम बिंदु पर, एक परिपत्र ट्यूब के नीचे की दूरी है। शासक या टेप को ट्यूब के झुकाव के लिए लंबवत रखें। मापने के टेप के अंत को अपने निम्नतम बिंदु पर रखते हुए और परिपत्र क्रॉस-सेक्शन के विपरीत पक्ष में विस्तार करके ट्यूब के अंदर के व्यास (डी) को मापें। निम्नलिखित समीकरणों का उपयोग करते हुए एक उदाहरण के रूप में, हम प्रवाह की गहराई के लिए दो मीटर (डी) और आंतरिक व्यास (डी) के 1.5 मीटर का उपयोग कर सकते हैं। त्रिज्या आधा व्यास है, इसलिए ट्यूब का त्रिज्या 0.7 मीटर है।
दूरी पर ऊंचाई में गिरावट को मापकर ट्यूब के ढलान का निर्धारण करें। ऊँचाई गिरावट वह दूरी है जो प्रवाह एक ऊर्ध्वाधर सतह पर लंबवत धुरी पर सपाट सतह पर यात्रा करता है। झुकाव मापने के उपकरण का भी उपयोग किया जा सकता है, अन्यथा 1.8 मीटर का एक निर्माण स्तर और मापने वाला टेप अच्छी तरह से काम करता है। स्तर के अंत को ट्यूब के शीर्ष पर रखें और ट्यूब के शीर्ष स्तर पर संरेखित करें। जब तक संकेतक स्तर नहीं पढ़ता है तब तक स्तर के अस्थायी सिरे को बढ़ाएं या घटाएं। विमान के लिए मापा टेप लंबवत रखते हुए ट्यूब के शीर्ष स्तर के अस्थायी अंत के नीचे के बीच की दूरी को मापें। इस उपाय को "उदगम" कहा जाता है। क्योंकि एक 1.8 मीटर के स्तर का उपयोग किया गया था, "रन" 1.8 मीटर है। ढलान की गणना "रन" को "आरोही" से विभाजित करके की जाती है। उदाहरण के लिए, यदि वृद्धि 0.15 मीटर है, तो ढलान की गणना की जा सकती है: S = "वृद्धि" / "रन" = 0.15 मीटर / 1.8 मीटर = 0.015 = 1.5%। ढलान 0.015 है। प्रतिशत के संदर्भ में, ट्यूब का ढलान 1.5% है।
पानी के प्रवाह सहित ट्यूब के क्रॉस सेक्शन को स्केच करें, और इसके मापों को लेबल करें। गीली परिधि, पी, ट्यूब की गणना करें। यह पाइप लाइन की आंतरिक परिधि के साथ दूरी है जो पानी के नीचे है। यह दूरी एक चाप बनाती है, और इसे सहन करने वाले कोण द्वारा ट्यूब की त्रिज्या को गुणा करके हल किया जा सकता है। व्यवहार किए गए कोण के सोचने का एक और तरीका चाप अंतराल का कोण है। इस दूरी के लिए समीकरण इस तरह दिखता है: P =? आर, कहाँ = रेडियन और आर = ट्यूब के त्रिज्या में चाप का बेवल कोण।
अपने स्केच में ट्यूब के केंद्र को चिह्नित करें और ट्यूब के केंद्र से किरण की दो लाइनें खींचें ताकि पानी की सतह इसकी दीवार से मिल जाए। कोण, रेडियन में, इन दो किरण रेखाओं के बीच चिह्नित को गीला परिधि की गणना करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। यह केंद्रीय कोण है, जिसकी गणना निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है। यदि ट्यूब आधे से अधिक भरा हुआ है तो यह समीकरण अलग है। तो? = 2 आर्क्स ((आर - डी) / आर), डी के साथ = प्रवाह की गहराई और आर = ट्यूब का त्रिज्या। उदाहरण में,? = 2 आर्क्स (0.7 मीटर - 0.6 मीटर) / 0.7 मीटर) = 0.14 रेडियन। याद रखें कि कोसाइन चाप उलटा कोसाइन या cos ^ -1 के समान है।
केंद्रीय किरण और ट्यूब के कोण का उपयोग करके, गीली परिधि (पी) के लिए समीकरण को हल करें। इस समीकरण को नीचे दिए गए उदाहरण के रूप में देखें: पी =? आर = 0.14 रेडियन * 0.7 मीटर = 0.1 मीटर।
अपने स्केच में प्रवाह क्षेत्र (ए) को चिह्नित करें। यह पूरा क्षेत्र है जो पानी के कब्जे में है। क्षेत्र के ज्यामितीय आकार को सेक्टर कहा जाता है और इस क्षेत्र को खोजने का सूत्र A = (r ^ 2 (-? Sin)?) / 2 है, जहाँ r = ट्यूब की त्रिज्या, = = केंद्रीय कोण। उदाहरण के लिए नीचे दिए गए इस समीकरण को देखें: A = (r ^ 2 (? Sin?)) / 2 = (0.7 ^ 0.6m * (0.14 - sin (0.14)) / 2 = 2.2 वर्ग मीटर।
हाइड्रोलिक त्रिज्या (आर) या प्रवाह क्षेत्र और गीला परिधि के बीच अनुपात का उपयोग करके समीकरण R = A / P, जहां A = प्रवाह क्षेत्र और P = गीला परिधि की गणना करें। उदाहरण के लिए नीचे दिए गए इस समीकरण को देखें: R = A / P = 2.2 वर्ग मीटर / 2 मी = 0.3 मीटर।
पाइप सामग्री के लिए मैनिंग खुरदरापन गुणांक निर्धारित करें। सामग्री को कठोर, पानी में अधिक घर्षण, और इसलिए प्रवाह कम होता है। यह गुणांक प्रवाह की गणना के लिए इसे ध्यान में रखता है। मैनिंग खुरदरापन गुणांक अधिकांश सिविल इंजीनियरिंग संदर्भ पुस्तिकाओं में पाया जा सकता है। कुछ सामान्य मूल्य कंक्रीट के लिए 0.013, पीवीसी के लिए 0.009 और नालीदार स्टील के लिए 0.024 हैं। उदाहरण के लिए, 0.013 का मान कंक्रीट पाइप को इंगित करता है।
प्रवाह को हल करने के लिए चेज़ी-मैनिंग समीकरण का उपयोग करें। यह समीकरण चेज़ी समीकरण और मैनिंग समीकरण का संयोजन है। यह एक ट्यूब के माध्यम से प्रवाह की दर की गणना करने के लिए सिविल इंजीनियरिंग में नियमित रूप से उपयोग किया जाता है। प्रवाह दर (Q) का मान घन मीटर प्रति सेकंड है। क्यू = (1.49 / एन) (ए) (आर ^ (2/3)) (एस), जहां क्यू = प्रवाह दर, एन = मैनिंग खुरदरापन गुणांक, एक = प्रवाह क्षेत्र, आर = हाइड्रोलिक त्रिज्या और ट्यूब का एस = ढलान। उदाहरण के लिए नीचे दिए गए इस समीकरण को देखें: Q = (1.49 / n) (A) (R ^ (2/3)) (? S) = (1.49 / 0.013) * (2.2 वर्ग मीटर) * 0.3 ^ (2/3) मीटर (.05) = 60 क्यूबिक मीटर प्रति सेकंड।
कैलकुलेटर का उपयोग करके गणित की जाँच करें। प्रवाह दर (क्यू) घन मीटर प्रति सेकंड में है। उदाहरण में, इसका मतलब है कि हर सेकंड पाइप से 60 क्यूबिक मीटर पानी निकलता है।

युक्तियाँ

वेग को प्रवाह दर और क्षेत्र से समीकरण V = Q / A. का उपयोग करके गणना की जा सकती है। लंबी दूरी के लिए, एक सर्वेक्षक और रॉड के स्तर का उपयोग करके ऊंचाई में बदलाव को मापा जाना चाहिए। मीट्रिक माप के लिए चेज़ी-मैनिंग समीकरण थोड़ा अलग है: (एस) = क्यू (1.00 / एन) (ए) (आर (2/3)) [एम ^ 3 / एस]।