第三章第3章给水排水管网水力学基础
(整理)第三章给水排水管道系统水力计算基础
第三章给水排水管道系统水力计算基础
本章内容：
1、水头损失计算
2、无压圆管的水力计算
3、水力等效简化
本章难点：无压圆管的水力计算
第一节基本概念
一、管道内水流特征
进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。
对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑
紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。
二、有压流与无压流
水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流
给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。
从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多
三、恒定流与非恒定流
给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。
四、均匀流与非均匀流
液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。
对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
第3章-给水排水管网水力学基础讲解
l
l
x
ql
沿程水头损失：
h f
l 0
k (qt
l d
l
m
x
ql
)n
dx
k
(qt
ql ) n1
q n1 t
(n 1)dFra Baidu bibliotekm ql
l
为简化计算，将沿线流量简化为在管道起端和未端的两个集中流量，假设
未端的流量为αql（ α称为流量折算系数），其余流量转移到起端，则 管道流量为q=qt+ αql ，根据水力等效原则，有：
沿程水头损失计算公式的指数形式为：
或
或 hf sf qn
式中，k、n、m─指数公式的参数。见表3.6； α―比阻，即单位管长的摩阻系数， α =k/Dm； sf―摩阻系数，sf= α l=kl/Dm。
沿程水头损失指数公式的参数
表3.6
3.3 非满流管渠水力计算
在排水管网中，污水管道一般采用非满管流设计，雨水管网一般采用 满管流设计，如图3.1所示。在两者的运行过程中，大多数时间内，均 处于非满管流状态。
第3章 给水排水管网水力学基础
3.1 给水排水管网水流特征
3.1.1 管网中的流态分析
在水力学中，水在圆管中的流动有层流、紊流及过渡流三种流态，可以根据雷诺数 Re进行判别，其表达式如下：
给水排水管网水力学基础
3．2．3 局部水头损失计算
v hm = ξ 2g
式中 hm——局部水头损失，m； ξ——局部阻力系数。
2
给水排水管网中局部水头损失一般不超 过沿程水头损失的5%，常忽略局部水头损失的影 响，不会造成大的计算误差。
3．2．4水头损失公式的指数形式
有利于管网理论分析，便于计算机程序设计。 1．沿程水头损失公式的指数形式为：
λ＝
13 . 16 gD 0 . 13 C 1 . 852 q 0 . 148 w
式中 q －流量， m 3 / s C w －海曾－威廉粗糙系数
hf＝
10.67q1.852
1.852 4.87 Cw D
l
3．柯尔勃洛克－怀特公式
适用：各种紊流，是适应性和计算精度最高的公式
C ⎞ ⎛ e C＝－17.71lg⎜ + ⎟ ⎝ 14.8R 3.53 Re ⎠ 2.51 ⎞ ⎛ e 或 = −2 lg⎜ + ⎟ λ ⎝ 3.7 D Re λ ⎠ 1
C=
6
R
nM
n v l hf = R
2 2 M 1.333
10.29n q hf = l D
2 M 5.333
2
水头损失公式的指数形式
kq hf = m l D
n
h f = aq l
n
hf = s f q
第三章 给水排水管道系统水力计算基解读
0.00214g 0.3 D 0.3 0.001824g 0.867 1 0.3 v D
v 1.2m/s
v 1.2m/s
10
将上述公式带入达西公式
l v2 h f λ (m) D 2g
8g λ 2 沿程阻力系数 C
2 0.00107v l 1.3 D hf 0.3 2 0.000912v 0.867 1 l v D1.3
曼宁公式
明渠和较粗糙的管道
谢才公式
19
第 3章
给水排水管网水力学基础
3.2管渠水头损失计算
3.2.1沿程水头损失计算
给水排水管道计算时水流流态均按照湍流考虑 给水排水管道用得最多的是圆管
给水排水管道计算一般按照恒定流考虑
如果管道截面在一定距离内不变且没有转弯和交汇，则管内流动按照均匀 流考虑，水头损失按照沿程水头损失公式计算（谢才公式、达西公式）；非 均匀流（即管截面发生变化、转弯、汇合)采用局部水头公式计算
3.1.4均匀流与非均匀流
均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流程 不变的流动称为均匀流
非均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流 程变化的流动称为非均匀流
6
第 3章
3.1基本概念
给水排水管网水力学基础
3.1.5水流的水头与水头损失
第三章给水排水管网水力学基础选编
2.06
45。弯头
0.4
截止阀
3~5.5 三通转弯
1.5
全开蝶阀
0.24
三流直流
0.1
3.2.4 水头损失公式的指数形式
沿程水头损失计算公式的指数形式：
参数 K n m
k, n, m 指数公式参数
s f 摩阻系数, s f
kl Dm
沿程水头损失指数公式参数
海曾威廉公式
曼宁公式
10.67/Cw1.852 1.852
重力流管渠中水面与大气相通，非满流，水流阻力依靠 水的位能克服，形成水面沿水流方向降低。
给水多压力流，排水多重力流； 长距离输水重力流，排水泵站出水管、倒虹管压力流。
水流的水头与水头损失
水头：单位重量的流体所具有的机械能，
用h或H表示，单位米水柱(mH2O)。
位置水头Z 水头分为 压力水头P/r
测压管水头
根据水力等效的原则：
k qnl dm
k q1nl d1m
k q2 nl d2m
kqN nl dNm
n
经变换：d
N
m m din
i1
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
第三章 给水排水管道系统水力计算基础 [自动保存的]
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z
p
C
1 2 3
O
1
z
p
2 3
O
恒定总流的能量方程 恒定总流
2 u12 p2 u2 ( z1 )dQ dQ ( z 2 )dQ dQ h dQ Q Q 2g Q Q 2g Q
z
p
z p
单位重量流体所具有的位置势能（简称单位势能）
单位重量流体所具有的压强势能（简称单位压能）
单位重量流体所具有的总势能（简称单位势能）
v
2
单位重量流体所具有的动能（简称单位动能）
2g
水流运动的两种流态
一、雷诺（O.Reynolds)试验
层流（Laminar flow）
液体质点作有条不紊的线状运动，水流各层或各微小 流束上的质点彼此互不混掺。 紊流（Turbulent flow) 液体质点在沿管轴方向运动过程中互相混掺，作无 序紊乱运动。 雷诺实验表明： 水流流动型态不同，沿程水头损失的规律也不相同。
p1
解决测压管 水头的积分
寻求平均 测压管水头
均匀流或渐变流过水断面上测压 管水头为常数。
( z )dQ ( z ) dQ ( z )Q Q Q
解决流 速 水头的积分 用断面平均流速 v 代替实际 流速 u，
给水排水管网水力学基础
上表中海曾-威廉系数系数主要适用于水力过渡区中 v=0.9m/s，当v不是0.9m/s时，需修正：
Cw v0 0.081 ( ) Cw0 v
（3）巴甫洛夫斯基公式
适用于明渠流、非满管流或较粗糙的管道计算。
Ry nB v 2 C h f 2 y 1 l n R 式中y 2.5 n 0.13 0.75 R ( n 0.1) n B 巴甫洛夫斯基公式粗糙系数
解：比例变化法 由充满度0.65查表 3.7得，q/q0 =0.756， q0=0.1/0.756=0.132m3/s，当管径D=0.4m
10.29n 2 q0 I 0.004 5.333 D
2
（3）已知流量q，水力坡度I、充满度y/D，求管径D 和流速v。
例3 选用钢筋混凝土管n=0.013，设计流量q=0.1m3/s， 充满度y/D=0.65，最大水力坡度=0.007，求最小设计管径 D和流速v。 解：比例变化法 由充满度0.65查表 3.7得，q/q0 =0.756， q0=0.1/0.756=0.132m3/s
第三章 给水排水管网水力学基础
3.1 给水排水管网水力学基础
一、管网中的流态分析
水的三种流态： Re VD v 层流 Re<2000 紊流 Re>4000 过渡流 2000~4000 给水排水管网水流一般处在紊流流态 紊流流态分为三个阻力特征区： 阻力平方区 水头损失与流速平方成正比 过渡区 水头损失和流速1.75~2次方成正比 水力光滑管区 水头损失和流速1.75次方成正比 给水排水管网水流一般处在阻力平方区和过渡区
第三章 给水排水管道系统水力计算基解读
1 C R6 n
1
wk.baidu.com
1 v R 3i 2 n
2 1
1 Q Av A R 3 i 2 n
ld
v C Ri
v2 2g
dζ dζ 2 C λ 8g
27
第 3章
计算：
给水排水管网水力学基础
圆形污水管道直径600mm，管壁粗糙系数n=0.014，管底坡度i=0.0024。求最 大设计充满度时的流速v和流量q
位置水头：流体所处的高程，Z
水头
压力水头：p/γ （γ-流体的重度， 测压管水头
单位体积流体的重力，G/V)
单位：m
流速水头：v2 /2g
7
第 3章
3.1基本概念
给水排水管网水力学基础
3.1.5水流的水头与水头损失
水头损失：流体克服阻力所消耗的机械能
沿程阻力:受固定边界限制做均匀流动
水头损失
局部阻力:固定边界发生变化，引起流速分 布或方向发生变化，从而集中发生在较短范 围的阻力
K称为流量模数
Q Av AC Ri Ki
上述公式中谢才系数C如采用曼宁公式计算，则可写成
1 3 2 v R i n
2 1
1 3 2 Q Av A R i n
2 1
23
第 3章
给水排水管网水力学基础
第三章给水排水管道系统水力计算础
第三章给水排水管道系统水力计算基础
本章内容：
1、水头损失计算
2、无压圆管的水力计算
3、水力等效简化
本章难点：无压圆管的水力计算
第一节基本概念
一、管道内水流特征
进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。
对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑
紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。
二、有压流与无压流
水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。
从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多
三、恒定流与非恒定流
给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。
四、均匀流与非均匀流
液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。
对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
第3章-给水排水管网水力学基础
圆管满流－达西公式： 圆管满流－达西公式：
l v2 hf = λ D 2g
管段直径， ； 式中 D──管段直径，m； 管段直径 g──重力加速度，m/s2； 重力加速度， 重力加速度 λ──沿程阻力系数， 沿程阻力系数， 沿程阻力系数 （m） ）
λ=
。g 8
C2
管渠水力计算公式 舍维列夫（Ф.А.Шевелев） 舍维列夫（Ф.А.Шевелев）公式
3．2．4 水头损失公式的指数形式 ． ．
有利于管网理论分析，便于计算机程序设计。 有利于管网理论分析，便于计算机程序设计。 1．沿程水头损失公式的指数形式为： 沿程水头损失公式的指数形式为：
h f =
kq D
n m n
l l
n
式中 k、n、m——指数公式参数； a——比阻，即单位管长的摩
h f = aq
4. 巴甫洛夫斯基公式
适用：明渠流、非满流排水管道
Ry C＝ nB 式中 y = 2.5 nB − 0.13 − 0.75 R ( nB − 0.10) nB −巴甫洛夫斯基公式粗糙系数。 hf = nB2v2 R2 y +1 l
5．曼宁公式 ．
曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中y=1/6 曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中y=1/6时的特 y=1/6时的特 适用于明渠或较粗糙的管道计算。 例，适用于明渠或较粗糙的管道计算。
3给水排水管网水力学基础
第3章 给水排水管网水力学基础 (2h)
3.1 给水管网水流特征
流态分析：
<2000 层流
雷诺数ν
VD
=
Re =2000~4000 过渡流
水力光滑区e
D
80
~4000 h f ∝V 1.75 >4000 紊流 过渡区85.0)2(4160~80e
D
e D h
f ∝V 1.75~2
阻力平方区 85.0)2(4160e
D
> h f ∝V 2
紊流过渡区=过渡粗糙区 阻力平方区=紊流粗糙区
恒定流与非恒定流：水力因素(水流参数)随时间变化 均匀流与非均匀流： 水力因素(水流参数)随空间变化 压力流与重力流：
水流的水头：单位重量流体具有的机械能h / H (位置水头 位能Z)
(压力水头 压能P/γ) (流速水头 动能V 2/2g)
水头损失：流体克服流动阻力所消耗的机械能 (沿程阻力)
(局部阻力)
3.2 管渠水头损失计算
沿程水头损失(frictional head loss)：
谢才(Chezy)公式 l R
C v h f 22
= (通用，R 水力半径=断面/湿周，C 谢才系数)
达西-韦伯(Darcy-Weisbach)公式 g
v D l h f 22
λ= (适用于圆管满流，λ沿程阻力
系数， )
28C
g
=λ
C 和λ的计算 ①科尔勃洛克-怀特公式：)Re
53.38.14lg(
7.17C
R e C +-= )Re 51
.27.3lg(
21λ
λ
+-=D e 简化 )Re 462
.48.14lg(
7.17875
.0+-=R e C )Re
462
.47.3lg(
21875.0+-=D e λ
第三章第3章给水排水管网水力学基础
第3章给水排水管网水力学基础
3.1 基本概念
3.2 管渠水头损失计算
3.3 非满流管渠水力计算
3.4 管道的水力等效简化
3.1基本概念
3.1.1管道内水流特征
Re=ρvd/μ
3.1基本概念
3.1.2有压流与无压流
有压流：水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面〔压力流、管流〕
无压流：水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，其余与空气接触，具有自由液面〔重力流、明渠流〕
3.1基本概念
3.1.3恒定流与非恒定流
恒定流：水体在运动过程中，其各点的流速与压力不随时间而变化，而与空间位置有关的流动称为恒定流非恒定流：水体在运动过程中，其流速与压力不与空间位
置有关，还随时间的而变化的流动称为非恒定流3.1基本概念
3.1.4均匀流与非均匀流
均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流程不变的流动称为均匀流
非均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流程变化的流动称为非均匀流
3.1基本概念
3.1.5水流的水头与水头损失
水头：指的是单位质量的流体所具有的能量除以重力加速度，一般用h或H表示，常用单位为米〔m〕
3.1基本概念
3.1.5水流的水头与水头损失
水头损失：流体克服阻力所消耗的机械能
3.2管渠水头损失计算 3.2.1沿程水头损失计算
管渠的沿程水头损失常用谢才公式计算
对于圆管满流，沿程水头损失可用达西公式计算
沿程阻力系数
λλ228 (m) 2C
g
g v D l h f ==
R 为过水断面的里半径，及过水断面面积除以湿周，圆管满
流时R=0.25D
流体在非圆形直管内流动时，其阻力损失也可按照上述公式计算，但应将D 以当量直径de 来代替 3.2管渠水头损失计算
第3章(2学时)-给水排水管网水力学基础
式wenku.baidu.com q－流量，m 3 / s C w－海曾－威廉粗糙系数
hf＝
10.67q
1.852
C 1.852 D 4.87 w
l
3．柯尔勃洛克－怀特公式
适用：各种紊流，是适应性和计算精度最高的公式
C e C＝－17.71lg 14.8R 3.53 Re 2.51 e 或 2 lg 3.7 D Re 1
管径。图上的纵座标表示坡度 I，即是设计管道
的管底坡度，横座标表示流量 Q，图中的曲线分
别表示流量、坡度、流速和充满度间的关系。当
选定管材与管径后，在流量 Q、坡度 I、流速 v、 充满度 h/D四个因素中，只要已知其中任意两个， 就可由图查出另外两个。
2．借助于满流水力计算公式并通过一定的比 例变换进行计算。
N
li
2．并联
n n n kq1 l kq2 l kqN l kq l dm d1m d 2 m dN m m n N d ( d in ) m i 1 n
当并联管道直径相同时
d1 d 2 d N d i
n n d ( Nd im / n ) m ( N ) m d i
2 阻力平方区（粗糙管区） h v（管径D较大或管壁较粗糙） 2 2.紊流过渡区 h v1.2～（管径D较小或管壁较光滑） 水力光滑区 h v1.75
第三章给水排水管道系统水力计算基础
第三章
给水排水管道系统水力计算基础
本章内容：
1、水头损失计算
2、无压圆管的水力计算
3、水力等效简化
本章难点：无压圆管的水力计算
第一节基本概念
一、管道内水流特征
进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。
对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑
紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。
二、有压流与无压流
水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流
给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。
从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多
三、恒定流与非恒定流
给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。
四、均匀流与非均匀流
液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。
对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
第3章 水力计算基础
2．并联
n n n kq1 l kq2 l kqN l kq l dm d1m d 2 m dN m m n N d ( d in ) m i 1 n
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
当并联管道直径相同时
d1 d 2 d N d i
n n d ( Nd im / n ) m ( N ) m d i
3．4．2 沿线均匀出流的简化 干管配水情况
配水支管
Q 1 q1 q 3 Q2 q2
q5 q4
Q3
q7
配水干管
Q4
q6
图 14-1 干管配水情况
ql q x qt (l x) l
沿程水头损失
q
t
假设沿线出流是均匀 的，则管道的任一断 面上的流量
q
t
qt
q t + q l1
x
2
qt
lx k ( qt ql ) n l (qt ql ) n 1 qtn 1 l hf dx k l 0 (n 1)d m ql dm
度）。 n —— 管壁粗糙系数（见表）。
排水管渠粗糙系数表 管渠类别 石棉水泥管、 钢管 木槽 陶土管、铸铁 管 粗糙系数 n 0.012 管渠类别 浆砌砖渠道 粗糙系数 n 0.015 0.017
0.012～0.014 浆砌块石渠道 0.013
第三章 排水管网水力学基础3
D2 sin A 8
D sin R 1 4
θ(弧度)
h
D
D 湿周 2
h 1 sin 2 1 cos D 4 2 2
非满流水力计算简化方法：
（1）比例计算法——借助满流水力计算公式并通过一段的 比例变换进行计算
（2）水力计算图表
（二）比例计算法
借助满流水力计算公式并通过通过表3.7的比例变换进行计算 。 详P59~60【例3.1】、【例3.2】、【例3.3】“图表计算法”。
A/A0
R/R0
(R/R0)1/2
5 3
A/A0
0.95 0.981
R/R0
1.146
(R/R0)1/2
v/v0
1.095
Q/Q0
1.075
三、非满流管道水力计算方法
当管材确定，n为已知时，5个水力参数Q、D、h、I、v, 已知其中3个才能求出另2个，水力计算很复杂。
工程设计中水力计算通常有以下两种情况：
1、已知Q、D、I，求管道h/D、v 2、已知Q、D、h/D，求管道I、v
（一）解析法
通过水力计算基本公式：
D sin A 8
2
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第3章给水排水管网水力学基础
3.1 基本概念
3.2 管渠水头损失计算
3.3 非满流管渠水力计算
3.4 管道的水力等效简化
3.1基本概念
3.1.1管道内水流特征
Re=ρvd/μ
3.1基本概念
3.1.2有压流与无压流
有压流：水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面（压力流、管流）
无压流：水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，其余与空气接触，具有自由液面（重力流、明渠流）
3.1基本概念
3.1.3恒定流与非恒定流
恒定流：水体在运动过程中，其各点的流速与压力不随时间而变化，而与空间位置有关的流动称为恒定流非恒定流：水体在运动过程中，其流速与压力不与空间位
置有关，还随时间的而变化的流动称为非恒定流3.1基本概念
3.1.4均匀流与非均匀流
均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流程不变的流动称为均匀流
非均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流程变化的流动称为非均匀流
3.1基本概念
3.1.5水流的水头与水头损失
水头：指的是单位质量的流体所具有的能量除以重力加速度，一般用h或H表示，常用单位为米（m）
3.1基本概念
3.1.5水流的水头与水头损失
水头损失：流体克服阻力所消耗的机械能
3.2管渠水头损失计算 3.2.1沿程水头损失计算
管渠的沿程水头损失常用谢才公式计算
对于圆管满流，沿程水头损失可用达西公式计算
沿程阻力系数
λλ228 (m) 2C
g
g v D l h f ==
R 为过水断面的里半径，及过水断面面积除以湿周，圆管满
流时R=0.25D
流体在非圆形直管内流动时，其阻力损失也可按照上述公式计算，但应将D 以当量直径de 来代替 3.2管渠水头损失计算
(m) l R
C v
il h 22
f ==Ri
C v =
3.2.1沿程水头损失计算
C、λ与水流流态有关，一般采用经验公式或半经验公式计算。
1.舍维列夫公式
适用：旧铸铁管和旧钢管满管湍流，水温10C0（压力管道）
将上述公式带入达西公式
2.海曾－威廉公式
适用：较光滑圆管满流（压力管道）
将上述公式带入达西公式
3.柯尔勃洛克-怀特公式
适用：各种湍流（压力管道）
4.巴甫洛夫斯基公式
适用：明渠流、非满流管道
将上述公式带入谢才公式
5.曼宁公式
适用：曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中y=1/6时的特例，适用于明渠或较粗糙的管道计算
将上述公式带入谢才公式
3.2管渠水头损失计算
3.2.1沿程水头损失计算
3.2管渠水头损失计算
3.2.1沿程水头损失计算
✓给水排水管道计算时水流流态均按照湍流考虑✓给水排水管道用得最多的是圆管
✓给水排水管道计算一般按照恒定流考虑
✓如果管道截面在一定距离内不变且没有转弯和交汇，则管内流动按照均匀流考虑，水头损失按照沿程水头损失公式计算（谢才公式、达西公式）；非均匀流（即管截面发生变化、转弯、汇合)采用局部水头公式计算
3．2．3 局部水头损失计算
式中hm——局部水头损失，m；
ξ——局部阻力系数P50 表3-4。
给水排水管网中局部水头损失一般不超过沿程水头
损失的5%，常忽略局部水头损失的影响，不会造成大的计算误差。
3.3无压圆管的水力计算
计算时给出管径，可通过P52 表3-5查出相应的过水断面积和水力半径
注意：
1.污水管道按照非满流计算，雨水管道和合流制管道按照满流计算
2.排水管的最小设计流速：对于污水管当管径≤500mm，为0.7m/s；当管径＞500mm，为0.8m/s
3.4非满流管渠的水力计算
非满流管渠内的水流状态基本上都处于阻力平方区，接近于均匀流，所以在非满流管渠的水力计算中都采用均匀流公式：
K称为流量模数
上述公式中谢才系数C如采用曼宁公式计算，则可写成
3.5管道的水力等效简化
水力等效简化原则：简化后，等效的管网对象与原来的实际对象具有相同的水力特性。
1.串联
等效为一条直径为d，长度为l=l1+l2+…+ln的管道，管道中的流量相同
3.5管道的水力等效简化
水力等效简化原则：简化后，等效的管网对象与原来的实际对象具有相同的水力特性。
1.并联
等效为并联管道的长度长度为，总流量等于各管道中的流量相加
3.5管道的水力等效简化
3.5.3局部水头损失计算的简化
将局部水头损失等效于一定长度的管道（称为当量管道长度ld）的沿程水头损失
即令其局部水头损失与当量管道长度的沿程水头损失相等（圆管满流）
课后习题
计算：
➢圆形污水管道直径600mm，管壁粗糙系数n=0.014，管
底坡度i=0.0024。求最大设计充满度时的流速v和流量q
➢已知某管道直径为700mm，长度800m，管壁粗糙系数n=0.013，管道上有45°弯头2个，直流三通3个，全开闸阀2个，输水流量为480L/s，计算沿程水头损失和局部水头损失
➢某排水管道采用铸铁管，曼宁粗糙系数为0.014，设计流速为1m/s，水力坡度i=0.005，求其水力半径R和充满度及沿程阻力损失
➢某排水管道粗糙系数n=0.014，设计流量195L/s，充满度为最大设计值，计算管径为600mm时的水力坡度i
◆在给水排水管网中，沿程水头损失一般与流速的多少次
方成正比，为什么？
◆对于非满流而言，管渠的充满度越大过流能力越强吗，
为什么？