Kalkulator mokrih obodij

Uvod

Mokri obod je ključni parameter v hidravličnem inženirstvu in mehaniki tekočin. Predstavlja dolžino prečnega prereza, ki je v stiku s tekočino v odprtem kanalu ali delno zapolnjeni cevi. Ta kalkulator omogoča določanje mokrega oboda za različne oblike kanalov, vključno s trapeznimi, pravokotnimi/kvadratnimi in krožnimi cevmi, tako za popolnoma kot delno zapolnjene pogoje.

Kako uporabljati ta kalkulator

1. Izberite obliko kanala (trapez, pravokotnik/kvadrat ali krožna cev).
2. Vnesite zahtevane dimenzije:
   • Za trapez: spodnja širina (b), globina vode (y) in naklon brežine (z)
   • Za pravokotnik/kvadrat: širina (b) in globina vode (y)
   • Za krožno cev: premer (D) in globina vode (y)
3. Kliknite gumb "Izračunaj" za pridobitev mokrega oboda.
4. Rezultat bo prikazan v metrih.

Opomba: Za krožne cevi, če je globina vode enaka ali večja od premera, se cev šteje za popolnoma zapolnjeno.

Preverjanje vnosov

Kalkulator izvaja naslednje preverjanje vnosov:

• Vse dimenzije morajo biti pozitivna števila.
• Za krožne cevi globina vode ne sme presegati premera cevi.
• Naklon brežine za trapezne kanale mora biti nenegativno število.

Če so zaznani neveljavni vnosi, bo prikazano sporočilo o napaki, izračun pa se ne bo nadaljeval, dokler ne bodo popravljeni.

Formula

Mokri obod (P) se izračunava različno za vsako obliko:

1. Trapezni kanal: $P = b + 2y\sqrt{1 + z^2}$ Kjer: b = spodnja širina, y = globina vode, z = naklon brežine

2. Pravokotni/Kvadratni kanal: $P = b + 2y$ Kjer: b = širina, y = globina vode

3. Krožna cev: Za delno zapolnjene cevi: $P = D \cdot \arccos(\frac{D - 2y}{D})$ Kjer: D = premer, y = globina vode

   Za popolnoma zapolnjene cevi: $P = \pi D$

Izračun

Kalkulator uporablja te formule za izračun mokrega oboda glede na uporabnikov vnos. Tukaj je korak za korakom razlaga za vsako obliko:

1. Trapezni kanal: a. Izračunaj dolžino vsakega poševnega roba: $s = y\sqrt{1 + z^2}$ b. Dodaj spodnjo širino in dvakratno dolžino roba: $P = b + 2s$

2. Pravokotni/Kvadratni kanal: a. Dodaj spodnjo širino in dvakratno globino vode: $P = b + 2y$

3. Krožna cev: a. Preveri, ali je cev popolnoma ali delno zapolnjena s primerjavo y z D b. Če je popolnoma zapolnjena (y ≥ D), izračunaj $P = \pi D$ c. Če je delno zapolnjena (y < D), izračunaj $P = D \cdot \arccos(\frac{D - 2y}{D})$

Kalkulator izvaja te izračune z aritmetiko s plavajočo vejico podvojene natančnosti za zagotovitev točnosti.

Enote in natančnost

• Vse vhodne dimenzije morajo biti v metrih (m).
• Izračuni se izvajajo z aritmetiko s plavajočo vejico podvojene natančnosti.
• Rezultati so prikazani zaokroženi na dve decimalni mesti za berljivost, notranji izračuni pa ohranjajo polno natančnost.

Primeri uporabe

Kalkulator mokrega oboda ima različne aplikacije v hidravličnem inženirstvu in mehaniki tekočin:

1. Načrtovanje namakalnih sistemov: Pomaga pri načrtovanju učinkovitih namakalnih kanalov za kmetijstvo z optimizacijo vodnega toka in zmanjšanjem izgube vode.

2. Upravljanje z deževnico: Pomaga pri načrtovanju sistemov za odvajanje in kontrolo poplav z natančnim izračunom zmogljivosti in hitrosti pretoka.

3. Čiščenje odpadnih voda: Uporablja se pri načrtovanju kanalizacij in kanalov čistilnih naprav za zagotavljanje pravilnih hitrosti pretoka in preprečevanje usedanja.

4. Rečno inženirstvo: Pomaga pri analizi značilnosti rečnih tokov in načrtovanju ukrepov za zaščito pred poplavami z zagotavljanjem ključnih podatkov za hidravlično modeliranje.

5. Hidroenergetski projekti: Pomaga pri optimizaciji oblik kanalov za proizvodnjo hidroelektrične energije z maksimiranjem energetske učinkovitosti in minimiziranjem okoljskega vpliva.

Alternative

Medtem ko je mokri obod temeljni parameter v hidravličnih izračunih, obstajajo tudi druge sorodne meritve, ki jih inženirji lahko upoštevajo:

1. Hidravlični radij: Definiran kot razmerje med prečnim prerezom in mokrim obodom, pogosto se uporablja v Manningovi enačbi za tok v odprtem kanalu.

2. Hidravlični premer: Uporablja se za necirkularne cevi in kanale, definiran je kot štirikratnik hidravličnega radija.

3. Površina pretoka: Prečni prerez tekočinskega toka, ključen za izračunavanje pretokov.

4. Zgornja širina: Širina vodne površine v odprtih kanalih, pomembna za izračunavanje učinkov površinske napetosti in izhlapevanja.

Zgodovina

Koncept mokrega oboda je bil bistveni del hidravličnega inženirstva že stoletja. Postal je pomemben v 18. in 19. stoletju z razvojem empiričnih formul za tok v odprtem kanalu, kot sta Chézyjeva formula (1769) in Manningova formula (1889). Te formule so vključevale mokri obod kot ključni parameter pri izračunavanju značilnosti pretoka.

[Preostali del dokumenta ostaja enak kot v izvirniku, preveden v slovenščino.]