Гидравлика и трубы
Калькулятор пропускной способности водопропускной трубы (предварительный)
Пропускная способность водопропускной трубы может ограничиваться входным оголовком (контроль на входе) или самой трубой (контроль на выходе). Этот предварительный инструмент оценивает оба варианта простыми формулами и показывает меньшее значение. Окончательный расчёт должен выполняться по номограммам FHWA HDS-5 или в программе HY-8.
Формула
Входное отверстие (затопленное отверстие): Q = Cd × A × √(2gh), g = 32.2 ft/s², h - напор над осевой линией проёма. Труба (формула Мэннинга, полное сечение): Q = (1.49/n) × A × (D/4)^(2/3) × S^(1/2), D в ft. Меньшее из двух значений определяет пропускную способность.
Пример расчёта
Гофрированная металлическая труба 24 in (n = 0.024) с уклоном 1% и напором 3 ft над её осевой линией: A = 3.14 ft². Вход: 0.6 × 3.14 × √(2 × 32.2 × 3) = 26.2 cfs. Труба: (1.49 ÷ 0.024) × 3.14 × 0.5^(2/3) × 0.1 = 12.3 cfs. Оценка пропускной способности: 12.3 cfs (определяет труба).
Допущения и ограничения
- Только для предварительной оценки: реальные трубы, работающие полным сечением при управлении выходом, могут пропускать больше, чем расход при нормальной глубине по Мэннингу, поскольку напор верхнего бьефа добавляет движущую силу. Уравнение энергии HDS-5 учитывает потери на входе, трение и выходе, а также нижний бьеф.
- Формула истечения через отверстие действительна только тогда, когда вход затоплен (верхний бьеф примерно 1.2 диаметра или больше).
- Пересечения дорог в публичной полосе отвода должны соответствовать руководству агентства по дренажу.
- Только для предварительной оценки. Любой конструктивный, фундаментный или связанный с безопасностью жизни элемент должен быть рассчитан и заверен лицензированным профессиональным инженером (PE).
Часто задаваемые вопросы
В чём разница между управлением входом и управлением выходом (inlet control и outlet control)?
При контроле на входе геометрия входа ограничивает расход, а сама труба может пропустить больше. При контроле на выходе расход ограничивают трение в трубе, её длина, уклон и уровень воды за трубой (tailwater). HDS-5 предписывает рассчитать оба варианта и использовать большую отметку верхнего бьефа.
Какой размер водопропускной трубы нужен для моего подъезда?
Многие округа требуют трубу для подъездных дорог диаметром не менее 12 до 18 in, но правильный размер зависит от площади водосбора и расчётного ливня. Оцените пиковый расход рациональным методом, затем проверьте трубу или уточните в местном дорожном управлении.
Какое программное обеспечение используют инженеры для водопропускных труб?
Бесплатная программа FHWA HY-8 реализует методы HDS-5 для управления входом и выходом, перелива через дорогу и нижнего бьефа.