2.3.13. Obliczenia hydrauliczne kanałów
Europejska norma PN-EN 752-4:2001 Zewnętrzne systemy kanalizacyjne - Obliczenia hydrauliczne i oddziaływanie na środowisko, zaleca do obliczeń przepływów burzliwych
w przewodach kanalizacyjnych dwa równania: Colebrooka – White’a i Manninga.
Równanie Colebrooka – White’a ma następująca postać (PN-EN 752-4:2001):
gdzie: V – prędkość średnia strumienia w przekroju poprzecznym przewodu [m/s]
g – przyspieszenie ziemskie [m/s2]
D – średnica wewnętrzna rury [m]
JE – spadek hydrauliczny (strata energii na jednostkę długości) [-]
k – współczynnik chropowatości hydraulicznej przewodu [m]
ν – kinematyczny współczynnik lepkości cieczy [m2/s]
W polskiej literaturze i normach spadek hydrauliczny przewodu z reguły oznaczany jest jako i.
Dla przewodów o częściowym napełnieniu lub kanałach o przekroju niekołowym prędkość przepływu jest wyrażona wzorem 2.46 poprzez zastąpienie D przez 4Rh, gdzie Rh jest promieniem hydraulicznym (PN-EN 752-4:2001, 2001).
Według Manninga wzór na prędkość przepływu ma postać (Mitosek, 2001):
gdzie: n – współczynnik szorstkości [s/m1/3]
Rh – promień hydrauliczny [m]
i – spadek hydrauliczny [-]
W Polsce najczęściej do obliczania prędkości przepływu ścieków w kanałach stosowany jest wzór Manninga.
Badania doświadczalne przeprowadzone dla przewodów żeliwnych i kamionkowych w zakresie średnic 100 – 300 mm dla współczynnika chropowatości k = 1,5 mm i odpowiadającego mu współczynnika szorstkości n = 0,013 s/m1/3, oraz dla współczynnika chropowatości k = 1,0 mm i współczynnika szorstkości zależnego od średnicy D wykazały że prędkości obliczone ze wzoru Colebrooka – White’a i Manninga dla takich samych przewodów są prawie identyczne. Względne różnice wahają się od kilku dziesiątych do ok. 2,0% dla różnych napełnień, średnic i spadków (Chudzicki, 2003).
Przepływ przy całkowitym napełnieniu kanałów można wyznaczyć ze wzoru (Mitosek, 2001):
gdzie: V – prędkość przepływu przy całkowitym wypełnieniu kanału [m/s]
F – pole przekroju poprzecznego kanału [m2]
Dla kanałów wypełnionych częściowo prędkość przepływu oraz wysokość napełnienia kanału można wyznaczyć korzystając z krzywej sprawności przekroju kołowego.