مقاله تحلیلی: محاسبات طراحی آبگذرهای لوله‌ای

 آبگذرهای لوله‌های مدور به طور گسترده در پروژه‌های ساخت و ساط استفاده می‌شوند. آیا از معادلات مربوط به پارامترهای آبگذرهای لوله‌ای تحت شرایط کنترل ورودی یا کنترل خروجی اطلاع دارید؟ با این معادلات در این مقاله آشنا می‌شوید.

آبگذرهای لوله‌ای مدور به طور وسیعی در کارهای حمل و نقل مورد استفاده قرار می‌گیرد تا فاضلاب سطحی زیر جاده‌ها، راه آهن و غیره را منتقل کنند. از فلز آج دار و بتن برای بسیاری از این لوله‌ها استفاده می‌شوند. پارامترهای اصلی طراحی برای طراحی آبگذرها، قطر و شیب لوله‌ها برای یک نوع مصالح مشخص از آبگذر است.

کنترل ورودی و کنترل خروجی برای محاسبات طراحی لوله‌های آبگذر

دو رویکرد اصلی مورد استفاده برای طراحی آبگذرهای لوله‌ای، کنترل ورودی و کنترل خروجی است. در مورد کنترل ورودی، مقدار جریان عبوری از آبگذرها توسط شرایط ورودی به لوله، شامل قطر آبگذر کنترل می‌شود. در مورد کنترل خروجی، مقدار جریان عبوری از آبگذر توسط شرایط در خروجی از آبگذر و یا افت اصطکاکی در قطر داخلی آن، کنترل می‌شود. این دو رویکرد 

کنترل ورودی – معادلات طراحی و محاسبات لوله‌های آبگذر

معادله زیر که پارامترهای لوله آبگذر را تحت شرایط کنترل ورودی به هم مرتبط می کند، از نشریه اداره راه فدرال آمریکا / U.S. DOT گرفته شده است که در انتهای این مقاله نشان داده شده است.

 پارامترهای این معادله به قرار زیر است:

• HW عمق آب بالادست روی آبگذر در ورودی برحسب  ft (m برای واحد های S.I)
• D ارتفاع داخلی لوله برحسب ft  (m برای واحدهای S.I)
• Q دبی طراحی عبوری از آبگذر برحسب  cfs (m³/s برای واحدهای S.I)
• A مساحت سطح مقطع آبگذر برحسب ft²  (m² برای واحدهای S.I)
• S شیب آبگذر که بدون بعد است.
• K₁ که به واحدهای U.S برابر 1.0 است و در این فهرست نشان داده شده است و به ازای واحد های S.I برابر 1.811 است.
• K_s ثابت شیب است که برای یک ورودی غیر چهل و پنج درجه منفی 0.5 یا برای ورودی چهل و پنج درجه 0.7 است.
• Y و c ثابت هایی هستند که به نوع ورودی و نوع آبگذر بستگی دارد.

ارزیابی این که برای یک شکل آبگذر و نرخ جریان مشخص کدام یک از کنترل های ورودی یا خروجی عمل می کند را می توان از پارامتر Q/AD^0.5 به دست آورد. اگر این پارامتر در واحد های U.S. بزرگتر از 4 و در واحدهای S.I. بزرگتر از 2.2 باشد، پس کنترل ورودی کاربرد دارد و معادله فوق برای تعیین قطر موردنیاز لوله آبگذر برای یک نرخ جریان طراحی مشخص، حداکثر عمق مجاز آب بالادست، شیب آبگذر و اطلاعاتی راجع به نوع آبگذر و نوع ورودی، می تواند استفاده شود.

توجه کنید که این معادله نمی تواند برای قطر آبگذر، D، به طور صریح حل شود، بنابراین نوعی حل تکراری مورد نیاز است. صفحه گسترده Excel انتخاب خوبی برای به دست آوردن محاسبات می تواند باشد.

کنترل خروجی – معادلات و محاسبات طراحی لوله های آبگذر

فرم معادله مانینگ زیر برای جریان ثقلی در کانال های باز، پارامترهای لوله آبگذر را تحت شرایط کنترل خروجی به هم مرتبط می کند. این معادله از نشریه اداره راه فدرال آمریکا/ U.S. DOT که در انتهای مقاله نشان داده شده است به دست می آید. این معادله در صورتی قابل استفاده است که  Q/AD^0.5 بزرگتر یا مساوی 4 به واحد های U.S. یا  Q/AD^0.5 بزرگتر یا مساوی 2.2 به واحد های S.I. باشد.

 پارامترهای معادله به قرار زیر هستند:

• h_L افت ارتفاع (هد) در گلوی آبگذر، زمانی که کانال جریان پر است، برحسب ft
• K_u ثابتی است که به واحدهای U.S؛ که در این جا نشان داده شده است 29 و به واحد S.I. برابر  19.63 است.
• N ضریب زبری مانینگ برای مصالح آبگذر و بدون بعد است.
• L طول گلوی آبگذر بر حسب ft است (m به واحدهای S.I.)
• R شعاع هیدرولیکی گلوی آبگذر، زمانی که کانال جریان پر است، برحسب ft (mبرای واحدهای S.I.). توجه کنید که شعاع برابر با مساحت تقسیم بر محیط است. 
• A مساحت سطح مقطع جریان برای گلوی آبگذر است بر حسب ft (m به واحدهای S.I.).
• P محیط گلوی آبگذر بر حسب ft (m به واحدهای S.I.).
• V سرعت جریان در گلوی آبگذر بر حسب ft/sec (m/s به واحدهای S.I.). (توجه کنید که سرعت برابر با Q تقسیم بر A است.)
• Ke ضریب افت برای نوع ورودی لوله مورد استفاده است. این ضریب بدون بعد است.

توجه کنید که این معادله نیز نمی‌تواند به طور صریح برای قطر آبگذر  D حل شود بنابراین یک حل تکراری مورد نیاز است. یک صفحه گسترده Excel برای این معادله نیز به خوبی جواب می‌دهد.

خلاصه

معادلات به منظور تعیین قطر مورد نیاز آبگذر برای شرایط کنترل ورودی یا کنترل خروجی ارائه شدند. برای تعیین قطر آبگذر تحت شرایط کنترل ورودی عبارت‌اند از: نرخ جریان طراحی، حداکثر عمق مجاز آب بالادست، شیب آبگذر، نوع مصالح آبگذر و نوع ورودی. برای کنترل خروجی همان پارامترها موردنیاز است به اضافه طول آبگذر.

منبع

ترجمه شده توسط تیم مترجمین ۸۰۸

اگر دوست دارید به تیم مترجمین ۸۰۸ بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.

دریافت فایل مقاله:pipe_culvert_design_calculations.pdf