Zwaartekrachtstroom wordt berekend met behulp van Manning's Equation, die van toepassing is op de uniforme stroomsnelheid in een open kanaalsysteem dat niet wordt beïnvloed door druk. Een paar voorbeelden van open kanaalsystemen zijn beken, rivieren en kunstmatige open kanalen zoals buizen. De stroomsnelheid is afhankelijk van het gebied van het kanaal en de snelheid van de stroom. Als er een verandering in helling is of als er een bocht in het kanaal is, verandert de diepte van het water, wat de stroomsnelheid zal beïnvloeden.

Noteer de vergelijking voor het berekenen van het volumestroomdebiet Q vanwege naar zwaartekracht: Q = A x V, waarbij A het doorsnedeoppervlak is van de stroming loodrecht op de stromingsrichting en V de dwarsdoorsnede van de gemiddelde snelheid van de stroming.

Gebruik een rekenmachine om het kruis te bepalen -sectioneel gebied A van het open kanaalsysteem waarmee u werkt. Als u bijvoorbeeld het dwarsdoorsnede-oppervlak van een cirkelvormige pijp zoekt, is de vergelijking A = (? ÷ 4) x D², waarbij D de binnendiameter van de buis is. Als de diameter van de buis D = .5 voet is, dan is het dwarsdoorsnedeoppervlak A = .785 x (0.5 ft) ² = 0.196 ft².

Noteer de formule voor de gemiddelde snelheid V van de doorsnede: V = (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2, waarbij n de Manning ruwheidscoëfficiënt of empirische constante is, Rh de hydraulische straal is, S de onderste helling van kanaal is en k is een conversieconstante, die afhankelijk is van het type eenheidssysteem dat u gebruikt. Als u Amerikaanse gebruikelijke eenheden gebruikt, k = 1,486 en voor SI-eenheden 1,0. Om deze vergelijking op te lossen, moet je de hydraulische straal en de helling van het open kanaal berekenen.

Bereken de hydraulische straal Rh van het open kanaal met behulp van de volgende formule Rh = A ÷ P, waarbij A is het dwarsdoorsnedegebied van de stroming en P is de bevochtigde omtrek. Als u de Rh voor een circulaire pijp berekent, is A dan gelijk? x (straal van de pijp) ² en P is gelijk aan 2 x? x straal van de pijp. Bijvoorbeeld, als uw pijp een oppervlakte A van 0.196 ft² heeft. en een omtrek van P = 2 x? x .25 ft = 1,57 ft, dan is de hydraulische straal gelijk aan Rh = A ÷ P = 0.196 ft² ÷ 1.57 ft = .125 ft.

Bereken de onderste helling S van het kanaal met S = hf /L, of door gebruik te maken van de algebraïsche formulehelling = stijging gedeeld door run, door de pijp af te beelden als een lijn op een xy-raster. De stijging wordt bepaald door de verandering in de verticale afstand y en de run kan worden bepaald als de verandering in de horizontale afstand x. U vond bijvoorbeeld de verandering in y = 6 voet en de verandering in x = 2 voet, dus helling S =? Y ÷? X = 6 ft ÷ 2 ft = 3.

Bepaal de waarde van Manning's ruwheidscoëfficiënt n voor het gebied waarin u werkt, rekening houdend met het feit dat deze waarde gebiedsafhankelijk is en kan variëren in uw systeem. De selectie van de waarde kan het rekenresultaat sterk beïnvloeden, dus wordt het vaak gekozen uit een tabel met ingestelde constanten, maar kan dit worden berekend uit veldmetingen. U vindt bijvoorbeeld de Manning-coëfficiënt van een volledig gecoate metalen buis 0,024 s /(m ^ 1/3) uit de hydraulische ruwheidstabel.

Bereken de waarde van de gemiddelde snelheid V van de stroom met het inpluggen van de waarden die u hebt bepaald voor n, S en Rh in V = (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2. Als we bijvoorbeeld S = 3, Rh = .125 ft, n = 0.024 en k = 1.486 vinden, dan is V gelijk aan (1.486 ÷ 0.024s /(ft ^ 1/3)) x (.125 ft ^ 2 /3) x (3 ^ 1/2) = 26,81 ft /s.

Berekening van het volumestroomdebiet Q door zwaartekracht: Q = A x V. Als A = 0,196 ft² en V = 26,81 ft /s , dan is de zwaartekrachtstroom Q = A x V = 0.196 ft² x 26.81 ft /s = 5.26 ft³ /s volumetrisch waterdebiet door het stuk kanaal.