12.1 Скорость потока и ее связь со скоростью

Легко рассчитать объемный расход трубы (также известная как скорость разряда) с учетом его размеров и либо разницы давлений между его концами, либо скорости жидкости или газа, протекающих через него. Калькулятор расхода также может рассчитать массовый расход жидкости, зная ее плотность. Ввод и вывод поддерживают метрические и имперские единицы измерения.

Использование калькулятора расхода

Эта медитация калькулятор расхода трубы рассчитывает объемный расход (скорость разряда) газ или жидкость (жидкость), проходящие через круглую или прямоугольную трубу известных размеров. Если вещество является жидкостью и известна его объемная плотность, калькулятор также выводит массовый расход (для расчета для газов требуется дополнительная информация, и в настоящее время он не поддерживается).

In перепад давления В режиме калькулятор требует ввода давления перед трубой (или трубкой Вентури, соплом или отверстием), а также на ее конце, а также ее поперечного сечения, например, давления и диаметра для круглой трубы. Поддерживаемые единицы ввода включают паскали (Па), бары, атмосферы, фунты на квадратный дюйм (psi) и другие для давления и кг/м·с, Н·с/м2, Па·с и сП (сантипуаз) для динамической вязкости. .

In скорость потока В этом режиме необходимо знать скорость потока газа или жидкости (допускаются футы в секунду, метры в секунду, км/ч и т. д.), чтобы рассчитать скорость потока.

Выходные данные выводятся либо в имперских, либо в метрических единицах, в зависимости от вашего выбора. Некоторые из выходных единиц включают: м 3 /ч, м 3 /мин, м 3 /с, л/ч, л/мин, л/с, фут 3 /ч, фут 3 /мин, фут 3 /с, ярд. 3 /ч, ярд 3 /мин, ярд 3 /с, галлон в час, галлон в минуту. Выходные единицы для массового расхода включают: кг/ч, кг/мин, кг/с, тонны/ч, фунт/ч, фунт/мин, фунт/с, тонн/ч. Выходные показатели автоматически настраиваются для вашего удобства.

Формула расхода

Существует два основных подхода к расчету расхода Q, который эквивалентен разнице в объеме, деленной на разницу во времени (Δv / Δt). Первый — если мы знаем перепад давления (падение давления) между двумя точками, для которых мы хотим оценить расход. Второй – если мы знаем скорость жидкости. Оба описаны ниже.

Формула расхода через разность давлений

Расчет скорости потока с использованием давления выполняется с помощью уравнения Хагена-Пуазейля, которое описывает падение давления из-за вязкости жидкости [3] . Для расчета расхода по давлению используется следующая формула:

В уравнении Пуазейля (p₁ – п₂) = Δp – перепад давления между концами трубы (перепад давления), μ – динамическая вязкость жидкости, L и R – длина и радиус рассматриваемого сегмента трубы, и π есть константа Pi ≈ 3.14159 с точностью до пятой значащей цифры.

Читайте также:

Домашняя страница Паоло Вецца

Есть два основных требования для использования приведенной выше формулы:

Рассматриваемый поток должен быть ламинарным. Это можно установить по числу Рейнольдса. Как правило, сечение трубы не должно быть слишком широким или слишком коротким, иначе возникнут турбулентные потоки.
Жидкость должна быть несжимаемой. или примерно так. Хорошим примером несжимаемой жидкости является вода, как и любая гидравлическая жидкость. Минеральные масла, однако, в некоторой степени поддаются сжатию, поэтому остерегайтесь использовать формулу для таких случаев.

Примером применения является наличие манометров, измеряющих давление жидкости или газа в начале и в конце участка трубопровода, для которого необходимо рассчитать расход. График иллюстрирует общий случай, когда это применимо.

Следует отметить, что формула Пуазейля для расчета расхода трубы через давление не так хорошо работает для газов, где для точного расчета требуется дополнительная информация.

Формула расхода через скорость жидкости

Объемный расход потока жидкости или газа равен произведению скорости потока на площадь его поперечного сечения. Следовательно, формула для расхода (Q), также известный как «скорость нагнетания», выраженная через площадь проходного сечения (A) и его скорость (v) является так называемым уравнение разряда:

Полученное значение Q представляет собой объемный расход. В случае круглой трубы площадь поперечного сечения равна внутреннему диаметру, деленному на 2, умноженному на π, а в случае прямоугольной трубы площадь равна внутренней ширине, умноженной на внутреннюю высоту. Уравнение можно преобразовать простым способом, чтобы учесть площадь поперечного сечения или скорость.

Формула массового расхода

Массовый расход ṁ представляет собой поток массы m через поверхность в единицу времени t, поэтому формула для массового расхода с учетом объемного расхода имеет вид ṁ = Q * ρ где ρ (строчная греческая буква ро) — объемная плотность вещества. Это уравнение применимо к жидкостям, тогда как для газообразных веществ для выполнения расчетов требуется дополнительная информация.

Примеры расчетов

Пример 1: Круглая труба диаметром 25 мм, по ней течет вода со скоростью 10 м/с. Какой расход воды? Во-первых, мы вычисляем площадь поперечного сечения как (25/2)^2 · 3.1416 ~= 490.875 мм 2 по формуле площади круга. Мы можем преобразовать это в м 2 , разделив на 1,000,000 0.000490875 2 для более удобного результата, получив 0.000490875 м 2 . Используя приведенное выше уравнение скорости потока, мы заменяем значения для A и v и получаем Q = 10 м 0.00490875 · 3 м/с) = 3 м 3,600 /с. Чтобы преобразовать это в м 17.6715 /ч, нам нужно умножить на 3, чтобы получить расход XNUMX м XNUMX в час.

Если мы далее знаем, что плотность воды равна 1000 кг/м 3 , мы можем рассчитать массовый расход воды как 17.6715 м 3 /ч · 1000 кг/м 3 = 17671.5 кг/ч (= 17.6715 тонн в час, м 3 нейтрализует вне).

Пример 2: Прямоугольная труба имеет высоту 2 см и ширину 4 см, по ней движется газ со скоростью 15 м/с. Какой расход у этой трубы? Во-первых, мы находим площадь поперечного сечения по формуле площади прямоугольника, которая просто 2 · 4 = 8 см 2 или 0.0008 м 2 . Чтобы найти скорость потока Q, мы умножаем 0.0008 на 15, чтобы получить 0.012 кубических метра в секунду. Чтобы получить литры в секунду, нам просто нужно умножить на 1,000, чтобы получить 12 л/с. Если бы мы хотели получить литры в час, мы могли бы еще умножить на 3600, чтобы получить 43,200 XNUMX литров в час.

Наш калькулятор особенно полезен, если единицы ввода для расчета отличаются от желаемых единиц вывода, и в этом случае он выполнит эти преобразования единиц за вас.

85 12.1 Скорость потока и ее связь со скоростью

где [латекс]полужирный[/латекс]объем, а[латекс]полужирный[/латекс]прошедшее время.

Единицей СИ для расхода является[латекс]жирныйсимвол^3textbf>,[/латекс],но ряд других единиц для[латекс]полужирныйсимвол[/латекс]обычно используются. Например, сердце покоящегося взрослого человека перекачивает кровь со скоростью 5.00 литров в минуту (л/мин). Обратите внимание, что литр (L) составляет 1/1000 кубического метра или 1000 кубических сантиметров ([латекс]жирныйсимволтекстbf^3>[/латекс]или[латекс]жирныйсимвол^3>[/латекс]). В этом тексте мы будем использовать любые метрические единицы, наиболее удобные для данной ситуации.

Рисунок 1. Расход – это объем жидкости в единицу времени, протекающий мимо точки через площадь. A. Здесь заштрихованный цилиндр жидкости течет мимо точки P в единой трубе во времени t. Объем цилиндра Ad а средняя скорость v̄=d/t чтобы скорость потока была Q=Ad/t=Av̄.

Пример 1. Расчет объема по скорости кровотока: сердце перекачивает много крови за всю жизнь

Сколько кубических метров крови перекачивает сердце за 75 лет жизни, если предположить, что средняя скорость кровотока составляет 5.00 л/мин?

Стратегии

Время и скорость потока[латекс]жирныйсимвол[/латекс] даны, поэтому объем[латекс]жирныйсимвол[/латекс]можно рассчитать из определения скорости потока.

Решения

Решение[latex]boldsymbol[/latex]для объема дает

Замена известных значений дает

Обсуждение

Это количество составляет около 200,000 200 тонн крови. Для сравнения, это значение примерно в 6 раз превышает объем воды, содержащейся в 50-метровом плавательном бассейне с XNUMX дорожками.

Расход и скорость являются связанными, но совершенно разными физическими величинами. Чтобы прояснить различие, подумайте о скорости течения реки. Чем больше скорость воды, тем больше расход реки. Но скорость течения также зависит от размера реки. Быстрый горный поток несет гораздо меньше воды, чем, например, река Амазонка в Бразилии. Точная взаимосвязь между скоростью потока[latex]boldsymbol[/latex]и скоростью[latex]boldsymbol>[/latex] равна

который проходит мимо точки[latex]textbf[/latex]во время[latex]boldsymbol.[/latex]Разделив обе части этого отношения на[latex]boldsymbol[/latex]получим

Отметим, что[latex]boldsymbol[/latex]и средняя скорость равна[latex]boldsymbol=d/t>.[/latex]Таким образом, уравнение принимает вид[latex]boldsymbol>.[/latex]

На рис. 2 показано течение несжимаемой жидкости по трубе с уменьшающимся радиусом. Поскольку жидкость несжимаема, через любую точку трубки за заданное время должно пройти одинаковое количество жидкости, чтобы обеспечить непрерывность потока. В этом случае, поскольку площадь поперечного сечения трубы уменьшается, скорость обязательно должна увеличиваться. Эту логику можно расширить, чтобы сказать, что скорость потока должна быть одинаковой во всех точках трубы. В частности, для точек 1 и 2

Это называется уравнением неразрывности и справедливо для любой несжимаемой жидкости. Следствия уравнения неразрывности можно наблюдать, когда вода течет из шланга в узкую форсунку: она выходит с большой скоростью — в этом назначение форсунки. И наоборот, когда река впадает в один конец водохранилища, вода значительно замедляется и, возможно, снова набирает скорость, когда выходит из другого конца водоема. Другими словами, скорость увеличивается, когда площадь поперечного сечения уменьшается, и скорость уменьшается, когда площадь поперечного сечения увеличивается.

Рисунок 2. Когда трубка сужается, тот же объем занимает большую длину. Чтобы один и тот же объем прошел точки 1 и 2 за заданное время, скорость должна быть больше в точке 2. Процесс точно обратим. Если жидкость течет в противоположном направлении, ее скорость будет уменьшаться при расширении трубы. (Обратите внимание, что относительные объемы двух цилиндров и соответствующие стрелки вектора скорости нарисованы не в масштабе.)

Поскольку жидкости практически несжимаемы, уравнение неразрывности справедливо для всех жидкостей. Однако газы сжимаемы, поэтому уравнение следует применять с осторожностью к газам, если они подвергаются сжатию или расширению.

Пример 2: Расчет скорости жидкости: скорость увеличивается, когда трубка сужается

Насадку радиусом 0.250 см присоединяют к садовому шлангу радиусом 0.900 см. Скорость потока через шланг и сопло составляет 0.500 л/с. Рассчитайте скорость воды (а) в шланге и (б) в насадке.

Стратегии

Мы можем использовать соотношение между расходом и скоростью, чтобы найти обе скорости. Мы будем использовать нижний индекс 1 для шланга и 2 для сопла.

Решение для (а)

Во-первых, мы решаем [латекс]жирныйсимвол>[/латекс]для[латекс]жирныйсимвол_1>[/латекс] и замечаем, что площадь поперечного сечения равна[латекс]жирныйсимвол^2>,[/latex]уступчивый

Подстановка известных значений и выполнение соответствующих преобразований единиц измерения дает

Решение для (б)

Мы могли бы повторить этот расчет, чтобы найти скорость в сопле[latex]boldsymbol_2>,[/latex], но мы будем использовать уравнение непрерывности, чтобы получить несколько иное представление. Используя уравнение, которое утверждает

нахождение [латекс]жирныйсимвол_2>[/латекс]и подстановка[латекс]жирныйсимвол

^2>[/latex]по площади поперечного сечения дает

Подставляя известные значения,

Обсуждение

Скорость 1.96 м/с подходит для воды, вытекающей из шланга без насадки. Форсунка создает значительно более быстрый поток, просто сужая поток в более узкую трубку.

Решение последней части примера показывает, что скорость обратно пропорциональна площадь радиуса трубы, что приводит к большим эффектам при изменении радиуса. Мы можем задуть свечу на довольно большом расстоянии, например, сжав губы, тогда как задувание свечи с широко открытым ртом совершенно неэффективно.

Во многих ситуациях, в том числе и в сердечно-сосудистой системе, происходит разветвление течения. Кровь перекачивается из сердца в артерии, которые подразделяются на более мелкие артерии (артериолы), которые разветвляются на очень тонкие сосуды, называемые капиллярами. В этой ситуации непрерывность потока сохраняется, но сумма скорости потока в каждой из ветвей на любом участке обслуживаемой трубы. Уравнение неразрывности в более общем виде принимает вид

где[latex]boldsymbol[/latex]и[latex]boldsymbol[/latex]количество ветвей на каждом из участков вдоль трубы.

Пример 3: расчет скорости кровотока и диаметра сосуда: разветвление в сердечно-сосудистой системе

Аорта является основным кровеносным сосудом, по которому кровь покидает сердце, чтобы циркулировать по всему телу. а) Рассчитайте среднюю скорость движения крови в аорте при скорости потока 5.0 л/мин. Аорта имеет радиус 10 мм. (б) Кровь также течет через более мелкие кровеносные сосуды, известные как капилляры. При скорости кровотока в аорте 5.0 л/мин скорость крови в капиллярах составляет около 0.33 мм/с. Учитывая, что средний диаметр капилляра составляет[latex]жирныйсимвол,[/latex]подсчитайте количество капилляров в системе кровообращения.

Стратегии

Мы можем использовать [latex]boldsymbol>[/latex] для расчета скорости потока в аорте, а затем использовать общую форму уравнения непрерывности для расчета количества капилляров, поскольку все остальные переменные известны.

Решение для (а)

Расход задается как[latex]boldsymbol>[/latex]или[latex]boldsymbol=frac

^2>>[/latex] для цилиндрического сосуда.

Подстановка известных значений (в пересчете на метры и секунды) дает

Решение для (б)

Используя[latex]boldsymbol_1=n_2A_2bar_1>,[/latex]назначив нижний индекс 1 аорте и 2 капиллярам, и вычислив [latex]boldsymbol[/latex](количество капилляров), получим[latex]boldsymbol >.[/latex] Преобразование всех величин в единицы метров и секунд и подстановка в приведенное выше уравнение дает

Обсуждение

Обратите внимание, что скорость кровотока в капиллярах значительно снижена по сравнению со скоростью в аорте из-за значительного увеличения общей площади поперечного сечения капилляров. Эта низкая скорость должна дать достаточно времени для эффективного обмена, хотя не менее важно, чтобы поток не становился стационарным, чтобы избежать возможности свертывания крови. Кажется ли разумным такое большое количество капилляров в организме? В активной мышце можно найти около 200 капилляров на[латекс]жирныйсимвол^3>,[/латекс]или около[латекс]жирныйсимвол[/латекс]на 1 кг мышц. Для 20 кг мышц это примерно[латекс]выделено жирным шрифтом[/латекс]капилляры.

Резюме раздела

Скорость потока[latex]boldsymbol[/latex] определяется как объем[latex]boldsymbol[/latex], протекающий за определенный момент времени[latex]boldsymbol,[/latex]или[latex]boldsymbol [/latex]где[latex]полужирный шрифт[/latex]объем, а[latex]жирный шрифт[/latex]это время.
Единицей объема в системе СИ является[латекс]полужирныйсимвол^3>.[/латекс]
Другой распространенной единицей измерения является литр (L), который равен[latex]boldsymboltextbf^3>.[/latex]
Расход и скорость связаны соотношением[latex]жирныйсимвол>[/latex],где[latex]жирныйсимвол[/latex]является площадью поперечного сечения потока, а[latex]жирнымсимволом>[/latex]является его средней скоростью.
Для несжимаемых жидкостей скорость потока в различных точках постоянна. То есть,

Концептуальные вопросы

1: В чем разница между расходом и скоростью жидкости? Как они связаны?

2: На многих рисунках в тексте показаны линии тока. Объясните, почему скорость жидкости наибольшая там, где линии тока расположены ближе всего друг к другу. (Подсказка: рассмотрите взаимосвязь между скоростью жидкости и площадью поперечного сечения, через которую она течет.)

3: Определите, какие вещества являются несжимаемыми, а какие нет.

Задачи и упражнения

1: Какова средняя скорость подачи бензина в[latex]boldsymbol^3textbf>[/latex]бензина к двигателю автомобиля, движущегося со скоростью 100 км/ч, если она составляет в среднем 10.0 км/л?

2: Сердце покоящегося взрослого человека перекачивает кровь со скоростью 5.00 л/мин. (a) Преобразуйте это в [latex]boldsymbol^3textbf>.[/latex] (b) Какова эта скорость в [latex]boldsymbol^3textbf>?[/latex]

Читайте также:

Как и когда собирать чеснок

3: Кровь перекачивается из сердца со скоростью 5.0 л/мин в аорту (радиусом 1.0 см). Определить скорость движения крови по аорте.

4: Кровь течет по артерии радиусом 2 мм со скоростью 40 см/с. Определить скорость кровотока и объем, проходящий через артерию за 30 с.

5: Водопад Хука на реке Вайкато — одна из самых посещаемых природных достопримечательностей Новой Зеландии (см. рис. 3). Средний расход реки составляет около 300,000 20 л/с. В ущелье река сужается до 20 м в ширину и достигает в среднем 60 м глубины. а) Какова средняя скорость течения реки в ущелье? б) Какова средняя скорость воды в реке ниже по течению от водопада, когда она расширяется до 40 м, а ее глубина увеличивается в среднем до XNUMX м?

Рисунок 3. Водопад Хука в Таупо, Новая Зеландия, демонстрирует скорость потока. (кредит: РавиГогна, Flickr)

6: Основная артерия с площадью поперечного сечения[латекс]жирныйсимвол^2>[/латекс]разветвляется на 18 меньших артерий, каждая со средней площадью поперечного сечения[латекс]жирныйсимвол^2>.[/латекс]Каким образом Во сколько раз уменьшается средняя скорость крови при переходе в эти ветви?

7: (а) Когда кровь проходит через капиллярное русло в органе, капилляры соединяются, образуя венулы (мелкие вены). Если скорость крови увеличивается в 4.00 раза, а общая площадь поперечного сечения венул равна[латекс]жирныйсимвол^2>,[/латекс]какова общая площадь поперечного сечения капилляров, питающих эти венулы? (b) Сколько капилляров задействовано, если их средний диаметр[латекс]жирныйсимвол?[/латекс]

8: Кровеносная система человека имеет примерно[латекс]жирный[/латекс]капиллярные сосуды. Каждый сосуд имеет диаметр примерно[латекс]жирныйсимвол.[/latex]Принимая сердечный выброс равным 5 л/мин, определите среднюю скорость кровотока через каждый капиллярный сосуд.

9: (a) Оцените время, необходимое для наполнения частного бассейна вместимостью 80,000 60 л из садового шланга с производительностью 3 л/мин. (b) Сколько времени потребуется, чтобы наполниться, если вы сможете отвести в нее реку среднего размера, впадающую в [latex]boldsymbol^XNUMXtextbf>,[/latex]?

10: Скорость потока крови через [латекс]жирныйсимволтекстbf< -m>>[/латекс]-капилляр радиуса равна[латекс]жирныйсимвол^3текстbf>.[/латекс](а) Какова скорость кровотока? (Эта небольшая скорость дает время для диффузии материалов в кровь и из крови.) (b) Если предположить, что вся кровь в организме проходит через капилляры, сколько их должно быть, чтобы нести общий поток [латекс]жирныйсимвол^3textbf >?[/latex](Полученное большое число является завышенным, но все же разумным.)

11: а) Какова скорость жидкости в пожарном шланге диаметром 9.00 см, по которому течет 80.0 л воды в секунду? б) Какова скорость потока в кубических метрах в секунду? (c) Были бы ваши ответы другими, если бы соленая вода заменила пресную воду в пожарном шланге?

12: Диаметр главного нагнетательного воздуховода нагнетательного газового нагревателя составляет 0.300 м. Какова средняя скорость воздуха в воздуховоде, если каждые 15 мин по нему проходит объем, равный внутреннему объему дома? Внутренний объем дома эквивалентен прямоугольному массиву шириной 13.0 м, длиной 20.0 м и высотой 2.75 м.

13: Вода движется со скоростью 2.00 м/с по шлангу с внутренним диаметром 1.60 см. а) Какова скорость потока в литрах в секунду? (b) Скорость жидкости в насадке этого шланга составляет 15.0 м/с. Какой внутренний диаметр форсунки?

14: Докажите, что скорость движения несжимаемой жидкости через сужение, например, в трубе Вентури, увеличивается в кратном размере, равном квадрату множителя, в котором уменьшается диаметр. (Обратное верно для потока из сужения в область большего диаметра.)

15: Вода течет прямо из крана диаметром 1.80 см со скоростью 0.500 м/с. (Из-за конструкции крана скорость потока не меняется.) (a) Какова скорость потока в [латекс]жирным символом^3textbf>?[/латекс](б) Каков диаметр поток на 0.200 м ниже крана? Эффектами поверхностного натяжения пренебречь.

16: Необоснованные результаты

Горный ручей имеет ширину 10.0 м и среднюю глубину 2.00 м. Во время весеннего стока поток в ручье достигает[latex]boldsymbol^3textbf>.[/latex](a) Какова средняя скорость ручья в этих условиях? б) Что неразумного в этой скорости? (c) Что является неразумным или непоследовательным в предпосылках?

Словарь трейдера

сокращенно скорость потока Q, это объем V который проходит через определенную точку в течение времени t или Q = В/т литр единица объема, равная 10 −3 м 3

5.1 Поток потока

Речной сток, или расход, — это объем воды, который перемещается над определенной точкой в течение фиксированного периода времени. Его часто выражают в кубических футах в секунду (фут 3 /сек).

Расход ручья напрямую зависит от количества воды, стекающей с водораздела в русло ручья. Он зависит от погоды, увеличивается во время ливней и уменьшается в засушливые периоды. Она также меняется в разные сезоны года, уменьшаясь в летние месяцы, когда интенсивность испарения высока, а береговая растительность активно растет и выносит воду из-под земли. Август и сентябрь обычно являются месяцами наименьшего стока для большинства ручьев и рек на большей части территории страны.

Забор воды для ирригационных целей может серьезно истощить сток воды, как и забор воды для промышленных целей. Плотины, используемые для выработки электроэнергии, особенно объекты, предназначенные для производства электроэнергии в периоды пиковой нагрузки, часто блокируют течение реки, а затем высвобождают ее при нагоне.

Поток является функцией объема и скорости воды. Это важно из-за его воздействия на качество воды, а также на живые организмы и среду обитания в ручье. Крупные реки с быстрым течением могут принимать выбросы загрязняющих веществ и подвергаться незначительному воздействию, в то время как малые потоки имеют меньшую способность разбавлять и разлагать отходы.

Скорость течения, увеличивающаяся по мере увеличения объема воды в ручье, определяет виды организмов, которые могут жить в ручье (некоторым нужны места с быстрым течением, другим нужны тихие водоемы). Это также влияет на количество ила и наносов, переносимых потоком. Наносы, попадающие в тихие ручьи с медленным течением, быстро оседают на дно ручья. Быстро движущиеся потоки дольше удерживают отложения во взвешенном состоянии в толще воды. Наконец, быстрые потоки обычно имеют более высокий уровень растворенного кислорода, чем медленные потоки, потому что они лучше аэрированы.

В этом разделе описывается один из методов оценки расхода в определенной области или зоне водотока. Он адаптирован из методов, используемых несколькими программами мониторинга добровольцев, и использует поплавок (например, апельсин, мяч для пинг-понга, сосновую шишку и т. Д.) Для измерения скорости потока. Расчет потока включает в себя решение уравнения, которое исследует взаимосвязь между несколькими переменными, включая площадь поперечного сечения потока, длину потока и скорость воды. Одним из способов измерения расхода является решение следующего уравнения:

Расход = ALC / T
Где:
A	=	Средняя площадь поперечного сечения ручья (ширина ручья, умноженная на среднюю глубину воды).
L	=	Измеряемая длина ручья (обычно 20 футов)
C	=	Коэффициент или поправочный коэффициент (0.8 для водотоков с каменистым дном или 0.9 для водотоков с илистым дном). Это позволяет вам скорректировать тот факт, что вода у поверхности течет быстрее, чем у дна ручья, из-за сопротивления гравия, булыжника и т. д. Умножение скорости поверхности на поправочный коэффициент уменьшает значение и дает более точное измерение общей скорости потока. скорость.
T	=	Время в секундах, за которое поплавок проходит длину L

Как измерить и рассчитать расход воды

Задача 1 Подготовьтесь перед выездом на место отбора проб

Обратитесь к разделу 2.3 – Вопросы безопасности для получения подробной информации о подтверждении даты и времени отбора проб, соображениях безопасности, проверке расходных материалов, а также проверке погоды и указаний. В дополнение к стандартному пробоотборному оборудованию и одежде, при измерении и расчете расхода включите следующее оборудование:

Моток прочной веревки, четыре кола и молоток, чтобы вбить колья в землю. Нить будет натянута по ширине ручья перпендикулярно берегу в двух местах. Колья должны закрепить веревку на каждом берегу, чтобы сформировать линию разреза.
Рулетка (не менее 20 футов)
Водонепроницаемая линейка или другой инструмент для измерения глубины воды.
Скрутка стяжек (для разметки интервалов на нитке поперечной линии)
Апельсин и рыболовная сеть (чтобы вычерпать апельсин из ручья)
Секундомер (или часы с секундной стрелкой)
Калькулятор (необязательно)

Задача 2 Выбрать участок ручья

Рисунок 5.4
Схема 20-футового разреза

Участок ручья, выбранный для измерения расхода, должен быть прямым (без изгибов), глубиной не менее 6 дюймов и не должен содержать участков с медленной водой, таких как бассейн. Беспрепятственные рифлы или трассы идеальны. Выбранная длина будет равна L при решении уравнения течения. Двадцать футов — это стандартная длина, используемая многими программами. Измерьте свою длину и отметьте верхний и нижний конец, проведя поперечную линию через ручей перпендикулярно берегу, используя веревку и колышки (рис. 5.4). Струна должна быть натянута и находиться у поверхности воды. Трансекта вверх по течению – это Трансекта №1, а вниз по течению – Трансекта №2.

Задача 3 Рассчитать среднюю площадь поперечного сечения

Площадь поперечного сечения (A в формуле) представляет собой произведение ширины потока на среднюю глубину воды. Чтобы рассчитать среднюю площадь поперечного сечения исследуемого участка ручья, добровольцы должны определить площадь поперечного сечения для каждого разреза, сложить результаты вместе, а затем разделить на 2, чтобы определить среднюю площадь поперечного сечения участка ручья.

Чтобы измерить площадь поперечного сечения:

Рисунок 5.5
Поперечное сечение для измерения ширины и глубины потока

Задача 4 Измерить время в пути

Добровольцы должны измерять с помощью секундомера, сколько времени потребуется апельсину (или другому предмету), чтобы переплыть из верхнего течения в нижнее. Апельсин — хороший объект для использования, потому что он обладает достаточной плавучестью, чтобы плавать прямо под поверхностью воды. Именно в этом положении обычно достигается максимальная скорость.

Доброволец, который отпускает апельсин вверх по течению, должен расположить его так, чтобы он летел в самое быстрое течение. Часы останавливаются, когда апельсин полностью проходит под линией трансекты вниз по течению. Оказавшись под линией разреза, апельсин можно выловить из воды рыболовной сетью. Это измерение «времени в пути» должно быть проведено не менее трех раз, а результаты должны быть усреднены — чем больше испытаний вы сделаете, тем точнее будут ваши результаты. Усредненные результаты равны T в формуле. Хорошей идеей является плавание апельсина на разном расстоянии от берега, чтобы получить различные оценки скорости. Вы должны отказаться от любых испытаний на плаву, если объект застрял в потоке (булыжником, корнями, мусором и т. д.)

Задача 5 Рассчитать расход

Напомним, что расход можно рассчитать по уравнению:

Расход = ALC / T

Продолжая пример на рис. 5.6. скажем, среднее время прохождения апельсина между трансектами № 1 и № 2 составляет 15 секунд, а дно у ручья каменистое. Расчет потока будет:

Где:
A	=	5.42 фут2
L	=	20 футов
C	=	0.8 (коэффициент для каменистого ручья)
T	=	15 секунд

Расход = 15 секунд (5.42 фута 2 ) (20 футов) (0.8) / 15 секунд.
Расход = 86.72 фут3/15 сек.
Расход = 5.78 фут3/сек.