Что такое гидравлический диаметр?
Гидравлический диаметр (\(D_h\)) — это эквивалентный диаметр, который применяют для анализа течения в каналах некруглого сечения: прямоугольных воздуховодах, открытых руслах, кольцевых зазорах и частично заполненных трубах. Он позволяет инженерам использовать зависимости, выведенные для круглых труб (например, число Рейнольдса и коэффициент трения Дарси), для любого сечения, сводя геометрию к одной характерной длине.
Как пользоваться калькулятором
Введите площадь живого сечения потока A (площадь, которую фактически занимает жидкость) в квадратных метрах и смоченный периметр P (длину границы сечения, контактирующей с жидкостью) в метрах. Калькулятор выдаст гидравлический диаметр в метрах. Для полностью заполненной круглой трубы результат совпадёт с её действительным диаметром.
Разбор формулы
Гидравлический диаметр определяется как
$$D_h = \frac{4 \cdot \text{Area } A}{\text{Wetted Perimeter } P}$$Множитель 4 подобран так, чтобы для полностью заполненной круглой трубы диаметром \(D\), где \(A = \pi D^2/4\) и \(P = \pi D\), формула давала \(D_h = 4(\pi D^2/4)/(\pi D) = D\). Учтите: в открытом русле смоченный периметр не включает свободную поверхность воды, поскольку на этой границе нет трения о стенку.
Пример расчёта
Рассмотрим прямоугольное русло шириной 2 м, по которому течёт вода глубиной 1 м. Площадь сечения потока: \(A = 2 \times 1 = 2\) м². Смоченный периметр складывается из дна и двух боковых стенок: \(P = 2 + 1 + 1 = 4\) м. Тогда
$$D_h = \frac{4 \times 2}{4} = 2 \text{ м}$$Частые вопросы
Гидравлический диаметр и гидравлический радиус — это одно и то же? Нет. Гидравлический радиус \(R = A/P\), поэтому \(D_h = 4R\). Они отличаются в четыре раза.
Какие единицы измерения использовать? Подойдут любые согласованные единицы: если \(A\) в м², а \(P\) в м, то \(D_h\) получится в метрах. При использовании ft² и ft результат будет в футах.
Учитывается ли свободная поверхность в смоченном периметре? Нет. При течении в открытом русле учитываются только твёрдые границы (дно и затопленные стенки), а верхняя поверхность воды, контактирующая с воздухом, — нет.
