Kriittisen virtaussyvyyden laskeminen avoimissa kanavajärjestelmissä on olennaista virtauskäyttäytymisen ymmärtämisen ja tehokkaiden hydraulisten rakenteiden suunnittelun kannalta. Prosessiin kuuluu nestemekaniikan periaatteiden ja virtausolosuhteisiin liittyvien erityisten yhtälöiden soveltaminen. Seuraavat vaiheet hahmottelevat yksinkertaisen lähestymistavan kriittisen virtaussyvyyden määrittämiseksi.

Kriittisen virtauksen ymmärtäminen

Kriittinen virtaus tapahtuu, kun virtausnopeus ja aallonnopeus ovat yhtä suuret. Tässä vaiheessa virtaus siirtyy alikriittisten ja ylikriittisten tilojen välillä. Kriittinen virtaussyvyys on syvyys, jolla tämä ehto täyttyy, ja se on keskeinen parametri hydraulisessa suunnittelussa.

Vaiheittainen laskeminen

Laskelmassa käytetään tiettyä energiayhtälöä ja virtauksen purkautumista.

  • Määritetään virtauspurkaus (Q) ja kanavan poikkileikkauksen muoto.
  • Lasketaan virtausalue (A) ja hydraulinen säde (R).
  • Kriittisen virtauksen kuntokaava: Q2 = g * A3 / T, jossa g on kiihdytys painovoiman vuoksi ja T[ on virtauksen yläleveys kriittisellä syvyysalueella.
  • Ratkaise kriittinen syvyys (dc) järjestämällä kaavan kanavan muodon mukaan.

Esimerkkilaskenta

Jos suorakulmainen kanava, jonka tunnetun purkautumisen pituus on 2 m3/s ja leveys 1 m, kriittinen syvyys voidaan laskea korvaamalla tunnetut arvot kaavoiksi. Tämä tuottaa kriittisen syvyyden noin 0,81 metriä.