Thủy lực và đường ống

Máy tính dòng chảy trong ống theo công thức Manning

Công thức Manning được dùng để chọn kích thước cống thoát nước mưa, thân cống và cống thoát nước thải chảy tự nhiên theo độ dốc. Nhập đường kính ống, độ dốc và hệ số n của Manning để có khả năng thoát đầy ống và vận tốc.

Diện tích dòng chảy (đầy)  ft²
Bán kính thủy lực (khi đầy)  ft
Khả năng dẫn đầy đủ lưu lượng  cfs
Vận tốc dòng đầy  ft/s
Khả năng dẫn đầy đủ lưu lượng  gpm

Công thức

Công thức Manning theo đơn vị Anh: Q = (1.49/n) × A × R^(2/3) × S^(1/2), với Q tính bằng cfs, A tính bằng ft², R = A/P tính bằng ft và S tính bằng ft/ft. Với ống tròn đầy, A = πD²/4 và R = D/4. Vận tốc V = Q/A.

Ví dụ minh họa

Ống bê tông 18 in (n = 0.013) đặt độ dốc 0.5%: A = 1.767 ft², R = 0.375 ft, R^(2/3) = 0.520, √0.005 = 0.0707. Q = (1.49 ÷ 0.013) × 1.767 × 0.520 × 0.0707 = 7.45 cfs. V = 7.45 ÷ 1.767 = 4.21 ft/s.

Giả định và giới hạn

  • Dòng chảy trọng lực ổn định, đều, với ống gần như đầy (không có áp lực dư).
  • Ống đầy một phần chở ít hơn (trừ quanh độ sâu 93%, nơi lưu lượng vượt nhẹ khả năng thoát đầy ống).
  • Các giá trị n điển hình: 0.012 đến 0.013 đối với bê tông và nhựa trơn, 0.024 đối với kim loại sóng.

Câu hỏi thường gặp

Tôi nên dùng hệ số Manning n bao nhiêu?

FHWA HDS-5 và HEC-22 đưa ra khoảng 0.012 đến 0.013 cho ống bê tông, 0.009 đến 0.015 cho nhựa thành trơn tùy tình trạng, và khoảng 0.022 đến 0.027 cho thép sóng 2-2/3 in × 1/2 in. Các cơ quan địa phương thường quy định giá trị thiết kế.

Vận tốc tối thiểu cho cống thoát nước thải là bao nhiêu?

Cống thoát nước thải sinh hoạt thường được thiết kế để đạt ít nhất 2 ft/s khi chảy đầy để chất rắn không lắng đọng (Ten States Standards). Cống thoát nước mưa thường nhắm tới ít nhất 2.5 đến 3 ft/s.

Tại sao 1.49 xuất hiện trong phương trình?

Nó chuyển công thức SI (hệ số 1.0) sang đơn vị Anh: 1.49 xấp xỉ bằng căn bậc ba của 3.2808 (foot trên mét), 3.2808^(1/3) = 1.486.

Nguồn