Что такое гидравлический радиус?
Гидравлический радиус (Rh) — одна из ключевых характеристик в гидравлике открытых русел и напорных трубопроводов. Он определяется как отношение площади живого сечения потока к смоченному периметру, то есть к длине той части границы канала, которая непосредственно соприкасается с жидкостью. По сути, гидравлический радиус показывает, насколько «эффективна» форма русла для пропуска потока: чем больше гидравлический радиус, тем меньше сопротивление трению на единицу площади сечения.
Как пользоваться калькулятором
Введите площадь живого сечения потока (A) и смоченный периметр (P) в согласованных единицах измерения (например, в квадратных метрах и метрах). Калькулятор разделит A на P и выдаст гидравлический радиус в единицах длины. Важно, чтобы оба значения использовали одну и ту же базовую единицу длины — только тогда результат будет корректным.
Разбор формулы
Расчётное уравнение предельно простое: $$R_h = \frac{A}{P}$$ Здесь A — площадь сечения потока, перпендикулярного направлению течения, а P — смоченный периметр, то есть только та часть границы, которая контактирует с жидкостью (свободная поверхность воды сюда не входит). Для полностью заполненной круглой трубы диаметром D получаем \(R_h = \frac{\pi D^2/4}{\pi D} = \frac{D}{4}\). Это значение напрямую подставляется в формулы Маннинга и Шези, по которым оценивают скорость течения и расход.
Пример расчёта
Рассмотрим прямоугольный канал с глубиной воды 2 м и шириной 5 м. Площадь сечения равна \(A = 2 \times 5 = 10\) м². Смоченный периметр складывается из дна и двух боковых стенок: \(P = 5 + 2 + 2 = 9\) м (свободная поверхность сверху не учитывается). Тогда $$R_h = \frac{10}{9} \approx 1{,}111 \text{ м}$$
Часто задаваемые вопросы
Учитывается ли поверхность воды в смоченном периметре? Нет. В расчёт идёт только твёрдая граница, соприкасающаяся с жидкостью; свободная поверхность исключается.
Какие единицы измерения использовать? Любые — главное, чтобы площадь и периметр использовали одну и ту же базовую единицу длины. Результат будет выражен в этой же единице длины.
Для чего нужен гидравлический радиус? Это базовая величина в формулах Маннинга и Шези для расчёта скорости течения и расхода в каналах и частично заполненных трубах.
