ما هو القطر الهيدروليكي؟
القطر الهيدروليكي (\(D_h\)) هو قطر مكافئ يُستخدم لتحليل جريان السوائل في القنوات غير الدائرية، مثل المجاري المستطيلة والقنوات المفتوحة والفراغات الحلقية والأنابيب الممتلئة جزئيًا. وهو يتيح للمهندسين تطبيق العلاقات الخاصة بالأنابيب الدائرية (مثل عدد رينولدز ومعامل الاحتكاك لدارسي) على أي شكل مقطعي، وذلك بتحويل الهندسة إلى مقياس طولي واحد.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل مساحة المقطع العرضي للجريان A (المساحة التي يشغلها السائل فعليًا) بوحدة المتر المربع، ثم أدخل المحيط المبلل P (طول حدود المقطع الملامسة للسائل) بوحدة المتر. تُعيد الحاسبة قيمة القطر الهيدروليكي بالمتر. وفي حالة الأنبوب الدائري الممتلئ بالكامل، تتساوى النتيجة مع القطر الفعلي للأنبوب.
شرح المعادلة
يُعرَّف القطر الهيدروليكي بالعلاقة $$D_h = \frac{4 \cdot \text{Area } A}{\text{Wetted Perimeter } P}$$ وقد اختير العامل 4 بحيث ينطبق على الأنبوب الدائري الممتلئ بالكامل الذي قطره D، حيث \(A = \pi D^2/4\) و \(P = \pi D\)، فتعطي المعادلة \(D_h = 4(\pi D^2/4)/(\pi D) = D\). ولاحظ أنه في القناة المفتوحة لا يشمل المحيط المبلل سطح الماء الحر، لأن هذه الحدود لا يوجد عندها احتكاك مع جدار.
مثال محلول
لنأخذ قناة مستطيلة بعرض 2 متر تحمل ماءً بعمق 1 متر. تكون مساحة الجريان \(A = 2 \times 1 = 2\) م². أما المحيط المبلل فهو القاع مضافًا إليه الجانبان: \(P = 2 + 1 + 1 = 4\) م. ومن ثم يكون $$D_h = \frac{4 \times 2}{4} = 2 \text{ متر}$$
الأسئلة الشائعة
هل القطر الهيدروليكي هو نفسه نصف القطر الهيدروليكي؟ لا. نصف القطر الهيدروليكي \(R = A/P\)، وبالتالي \(D_h = 4R\). فبينهما فرق بمعامل قدره أربعة.
ما الوحدات التي ينبغي استخدامها؟ تصلح أي وحدات متسقة؛ فإذا كانت A بالمتر المربع و P بالمتر، فإن \(D_h\) تخرج بالمتر. واستخدام القدم المربعة (ft²) والقدم (ft) يعطي النتيجة بالقدم.
هل يُحتسب السطح الحر ضمن المحيط المبلل؟ لا. في جريان القنوات المفتوحة تُحتسب فقط الحدود الصلبة (القاع والجدران المغمورة)، ولا يُحتسب سطح الماء العلوي المعرَّض للهواء.
