非满流管渠水力计算的六种方法思路
管道设计原理 第3章
引入曼宁粗糙系数n，适用于明渠、非满管流或较粗糙 的管道计算。
1 1/ 6 C R n
代入谢才公式和达西-韦伯公式： n 2v 2 10.29n 2 q 2 hf 4/3 l 或 hf l 5.333 R D 1 2 / 3 1/ 2 v R I n 式中：n——曼宁公式粗糙系数; I ——水力坡度，hf / l。
3.2.1 沿程水头损失计算
对于圆管满流，达西-韦伯（Darcy Weisbach）公式：
l v hf D 2g
式中：D——管段直径，m； g ——重力加速度，m/s2； λ——沿程阻力系数， λ=克-怀特（Colebrook-White）公式 适用于各种流态，是适用性和计算精度最高的 公式之一。
e 4.462 C 17.7 lg ( 0.875 ) 14.8 R Re 1 e 4.462 或 2 lg ( 0.875 ) 3.7D Re
式中：e ——管壁当量粗糙度，m。
谢才系数或沿程阻力系数的确定
常用管材内壁当量粗糙度e (mm)
管壁材料 玻璃拉成的材料 钢、PVC或AC 光滑 0 0.015 平均 0.003 0.03
式中： q——流量，m3/s； Cw——海曾-威廉粗糙系数。
谢才系数或沿程阻力系数的确定
海曾-威廉系数Cw值
管道材料 塑料管 石棉水泥管 混凝土管、焊接钢管、木管 水泥衬里管 陶土管 Cw 150 120~140 120 120 110 管道材料 新铸铁管、涂沥青或水泥的铸铁管 使用5年的铸铁管、焊接钢管 使用10年的铸铁管、焊接钢管 使用20年的铸铁管 使用30年的铸铁管
3.1.3 水流的水头与水头损失
水头是指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)
给水排水管道系统水力计算汇总
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。
对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。
06排水管渠水力计算
流量
6/16/2017
排水管渠水力计算
21
2.4.1 设计充满度（h/D） 2.4.2 设计流速(v) 2.4.3 最小管径 2.4.4 最小设计坡度和不设计管段的最小 设计坡度 2.4.5 管道的埋设深度和覆土厚度
6/16/2017 排水管渠水力计算 22
2.4.1 设计充满度（h/D）和超高
6/16/2017
排水管渠水力计算
40
管道埋深允许的最大值。 当管道的坡度大于地面坡度时，管道的埋深就愈来 愈大，尤其在地形平坦的地区更为突出。埋深愈大， 则造价愈高，施工期也愈长。 应根据技术经济指标及施工方法确定，一般：
在干燥土壤中，最大埋深不超过7-8m； 在多水、流砂、石灰岩地层中，一般不超过5m。
W上 d X w
6/16/2017
排水管渠水力计算
13
梯形明渠的底宽为 6.0m，边坡为1：1.5， 摩擦系数为n=0.056， 渠道中水深为1.2m， 坡度为0.025。计算 该渠道的流量。
采用管径为0.6m的 混凝土作为污水管， 坡度为2.5 ‰，水深 是0.25m，平均流速 和流量是多少？
6/16/2017
充满度：设计流量下，污水在管渠内的有效水深h 与管径D的比值。
h/D =1时，满流—雨水、合流管道 h/D <1时，非满流—污水管道 《室外排水设计规范》规定，重力流污水管道，非满流计算时最 大设计充满度：
6/16/2017
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
排水管渠水力计算
23
为什么要做最大设计充满度的规定？
（1）预留一定的过水能力，防止水量变化的 冲击，为未预见水量的增长留有余地；
排水管渠水力计算
14
污水管道水力计算的设计数据
Excel软件在非满流圆管水力计算中的应用
Excel软件在非满流圆管水力计算中的应用摘要：本文通过对非满流圆管的计算公式及常用的计算步骤进行分析，利用Excel软件对非满流圆管的水流条件进行自动计算，有效地简化了计算过程，提高了非满流圆管水力计算的效率。
关键词：Excel，非满流圆管，水力计算Abstract: this article through to the full flow pipe calculation formula of calculation steps and the commonly used are analyzed, and the use of Excel software to the full flow pipe flow condition for automatic calculation, effectively simplifies the calculation process, increases the the full flow pipe hydraulic calculation efficiency.Keywords: Excel, the full flow pipe, hydraulic calculation作者：秦彧南宁五象新区建设投资有限责任公司研究方向：给水排水一、概述非满流圆管水力计算是给排水水力计算中的要点和难点，在实际的水力计算过程中，一般依据水力计算的已知条件，通过查《水力计算表》进行不断地调整，以获取最接近于实际值的近似值，计算过程较为繁琐且容易出错。
Office是大家熟知并经常使用的办公软件，而Excel作为Office软件套装的其中一个子软件，是一个功能十分强大而且十分易于使用的动态数据分析工具，可以利用公式和函数完成自动的数学计算，有效地处理数组和控制计算。
本文通过对非满流圆管的计算公式及常用的计算步骤进行分析，利用Excel软件对非满流圆管的水流条件进行自动计算，有效地简化了计算过程，提高了非满流圆管水力计算的效率。
(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。
对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。
第3章-给水排水管网水力学基础讲解
图3.1 圆形管道非满管流和满管流示意图 （a）非满管流；（b）满管流
图3.2 圆形管道充满度示 意图
3.3.1 非满流管道水力计算公式 管渠流量公式：
q
Av
A
R
2 3
I
1 2
式中
A―过水断面面积（m2）；
n
I―水力坡度，对于均匀流，为管渠底坡。
N mn
d ( din ) m i 1
当并联管道直径相同时，等效直径：
n
d (N)m di
kqNn l
d
m N
干管配水情况
3.4.2 沿线均匀出流的简化
给水管网中的配水管沿线向用户供水，如图3.6所示。假设沿线出流是 均匀的，则管道内任意断面x上的流量可以表示为：
qx
qt
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：
Re
VD
式中，V－管内平均流速（m/s）；D－管径(m)；ν－水的运动粘性系数，当水温为 10oC时，ν＝1.308 x 10-6m2/s，当水温为30oC时，ν＝0.804 x 10-6m2/s，当水温为 50oC时，ν＝0.556 x 10-6m2/s。 当Re小于2000时为层流，当Re大于4000时为紊流，当Re介于2000到4000之间时， 水流状态不稳定，属于过渡流态。
钢筋混凝土管满流非满流的管道水力计算表
项目
换算结果
单位
计算公式或者依据
计算值
取值
=⋅
1
v = ⋅ 2/3 ⋅ ⅈ1/2
=
= − sⅈn ⋅ cos ⋅ 2
流量
Q
（m3/s）
流速
v
（m/s）
水力半径
R
（m）
水流断面
A
（m2）
湿周
ρ
1.8
钢筋混凝土圆管-非满流-水力计算（已知管径、流速、流量求充满度、坡度）
项目
单位
流量
Q
（m3/s）
流速
v
（m/s）
水力半径
R
（m）
水流断面
A
（m2）
计算公式或者依据
计算值
=⋅
1
v = ⋅ 2/3 ⋅ ⅈ1/2
=
= − sⅈn ⋅ cos ⋅ 2
= − + sⅈn ⋅ cos ⋅
2
0.06
=2⋅⋅
湿周
ρ
弧度
θ
等于角度×0.01745
粗糙度
n
钢筋混凝土圆管取0.014
坡度
i
充满度
h/D
管径
D
（m）
=2⋅ π− ⋅
0.66
0.93
0.014
0.0002
0.8
（m）
0.3
满度求坡度、流速）
换算结果
4500 m3/h
1.86 m/s
3.30 ‰
满度求坡度、流量）
给水排水管道系统水力计算
e （ mm ）
平均 0.003 0.03 0.06 0.15 0.3 0.6 3 15 150
（ 4 ）巴甫洛夫斯基公式 巴甫洛夫斯基公式适用于明渠流和非满流管道的计算，公式为：
C
R
y
nb 0.10
3-3 。
（ 3-11 ）
式中： y
2.5 nb
0.13 0.75 R
nb
nb — 巴甫洛夫斯基公式粗糙系数，见表
2
A 和水力半径 R 的值 （表中 d 以 m 计） 充满度 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 过水断面积 A （ m 2） 0.4426 d 0.4920 d 0.5404 d 0.5872 d 0.6319 d 0.6736 d 0.7115 d 0.7445 d 0.7707 d 0.7845 d
图 3-1 无压圆管均匀流的过水 断面
3-1 所示。设其 ， 称为充满度，
h d
sin
2
4
所对应的圆心角 素之间的关系为：
称为充满角。由几何关系可得各水力要
过水断面面积：
A
湿周：
d
2
8
sin
（ 3-16 ）
d 2
水力半径：
（ 3-17 ）
R
所以
d 4
1
sin
（ 3-18 ）
2
v
2
1 d n 4 sin
将（ 3-11 ）式代入（ 3-2 ）式得：
hf
nb v R
2
2
2y 1
l
（ 3-12 ）
常用管渠材料粗糙系数
nb 值
管渠材料
3.3非满流管渠水力计算
3.3非满流管渠水力计算一、水力计算的目的在于确定管渠的流量、流速、断面尺寸、充满度和坡度之间的水力关系。
二、水力要素 1．用充满度示D h D Dh 21222cos -=--=θ 则 )21(cos 21D h -=-θ 4sin 2θ=D h)1(22)2()2(2sin 22D h D h D D h D -=--=θ 1.用充满度D h表示)1()21(2)21(cos 4)sin (82122Dh D h D h D D h D D A ----=+=-θθ)21(cos 2)1()21(41DhDh D h D h D DR ---=-θ2．用充盈角θ表示过水断面面积)sin (8)2sin(42142222θθθπππθ-=-•+•=D D D A 湿周2Dx •=θ水力半径)sin 1(4θθ-==D x A R三、水力计算公式2132)/,(1I D h D R n v m=2132)/,()/,(1I D h D R D h D A n q m=这就是非满流管渠水力计算的基本公式，该两式中有q 、D 、h 、I 和v 共五个变量，任意已知其中三个，就可以求出另两个。
由于上式的形式很复杂，所以非满流管渠水力计算比满流管渠水力计算要复杂得多，特别是在已知流量、流速等参数求其充满度时，需要解非线性方程，除非使用计算机计算，手工计算是非常困难的。
为此，必须找到手工计算的简化手段。
四、水力特性<1> 当D 、I 、n 一定时，Q 何时最大？令0)(323521=•=R A n I d d d dq θθ，当D 、I 、n 一定时，则有0)sin (3235=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-θθθθd d 整理后得0sin 32cos 351=+-θθθ 解得0308=θ（95.04308sin 4sin 022===θD h ） <2> 当D 、I 、n 一定时，v 何时最大？32212132)sin 1(41⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==θθd n I I R n v 令0=θd dv 得/030257=θ（81.0430257sin 4sin/022===θD h ）四、计算方法 1、解析计算法232138356.20)sin (⎥⎦⎤⎢⎣⎡•-=nq I D θθθ2383532)sin (6.20⎥⎦⎤⎢⎣⎡-•=D nq I θθθ 2比例变换法首先假设有一条满流管渠与待计算的非满流管渠具有相同的管径D 和水力坡度，并记其过水断面面积为A 。
给水排水管道系统水力计算
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。
对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。
水力计算公式选用
水力计算公式选用水力计算是指通过水力学原理和公式来计算液体在管道、河道等流动过程中的各种参数和特性。
水力计算公式是水力学研究的基础，能够用来预测流体的流速、压力、流量等参数，对水利工程的设计和运行具有重要意义。
下面介绍几种常用的水力计算公式及其选用情况。
1.流量计算公式流量是指单位时间通过其中一截面的液体体积，常用的流量计算公式有：流量计算公式为：Q=A×v，其中Q为流量，A为流动截面的横截面积，v为流速。
该公式适用于对流量有明确要求的场合，如管道流量、水库泄洪流量等。
2.流速计算公式流速是指单位时间内通过其中一截面的液体速度，常用的流速计算公式有：流速计算公式为：v=Q/A，其中v为流速，Q为流量，A为流动截面的横截面积。
该公式适用于需要计算流速的情况，如河流流速、管道流速等。
3.压力计算公式压力是指液体对单位面积所产生的压力，常用的压力计算公式有：压力计算公式为：P=γh，其中P为压力，γ为液体的密度，h为液体的压力高度。
该公式适用于计算液体的静态压力，如水塔的压力、泵站的压力等。
4.速度计算公式速度是指液体在流动过程中的速度，常用的速度计算公式有：速度计算公式为：v=√(2gh)，其中v为速度，g为重力加速度，h为液体的压力高度。
该公式适用于计算液体的速度，如水流速度、潜流速度等。
5.阻力计算公式阻力是指液体在流动过程中由于各种因素的作用而产生的阻碍力，常用的阻力计算公式有：阻力计算公式为：f=KLRV^2/2g，其中f为阻力，K 为阻力系数，L为流动的长度，R为流动的半径，V为流体的速度，g为重力加速度。
该公式适用于计算流动中的阻力，如管道流动阻力、水泵阻力等。
在选用水力计算公式时，需要根据具体情况进行考虑。
首先要了解需要计算的参数，并根据参数的性质选择相应的计算公式。
其次要考虑计算公式的适用范围和精度，以及参数的测量方法和所需数据的可获取性。
最后还要结合实际应用需求，选择合适的计算公式进行计算和分析。
非满流圆管水力半径
非满流圆管水力半径非满流圆管水力半径是流体力学中的一个重要概念，它用来描述圆管内流体流动时的特性。
在本文中，我将首先介绍非满流圆管水力半径的定义和计算方法，然后深入探讨其在流体力学中的作用和意义。
我将分享一些关于非满流圆管水力半径的个人观点和理解。
一、非满流圆管水力半径的定义和计算方法非满流圆管水力半径（Hydraulic Radius）是流体力学中用来描述流体流动特性的一个参数，它表示单位长度内水流的平均距离与单位长度的湿周之比。
根据定义，非满流圆管水力半径R可以通过以下公式计算：R = A / P其中，A表示单位长度内水流的横截面积，P表示单位长度的湿周。
可以看出，非满流圆管水力半径与流体流动的横截面积和湿周之间存在密切关系。
二、非满流圆管水力半径的作用和意义1. 流体阻力：非满流圆管水力半径是计算流体阻力的重要参数之一。
根据海森伯格-达西公式，流体在圆管内的阻力与非满流圆管水力半径的平方成正比。
非满流圆管水力半径越大，流体阻力越小，流体流动的能力越强。
2. 管道流量：非满流圆管水力半径也与管道的流量密切相关。
根据泊松特的公式，流量Q与非满流圆管水力半径的四次方成正比。
非满流圆管水力半径越大，管道的流量越大，流体的输送能力越强。
3. 流态判断：非满流圆管水力半径还可以用来判断流体在圆管内的流态。
当非满流圆管水力半径小于临界水力半径时，流体处于层流状态；当非满流圆管水力半径大于临界水力半径时，流体处于湍流状态。
这对于流体的控制和调节具有重要意义。
三、个人观点和理解在我看来，非满流圆管水力半径是衡量流体流动特性的重要参数之一，对于圆管内的流体控制和调节具有重要意义。
通过增大非满流圆管水力半径，可以减小流体阻力，提高流体的输送能力，从而提高系统的效率和稳定性。
非满流圆管水力半径还可以用来判断流态的转变，帮助我们了解流体在圆管内的运动特性。
在工程实践中，我们可以根据非满流圆管水力半径的大小选择合适的流态，从而实现流体的控制和调节。
非满流圆管水力半径
非满流圆管水力半径
【原创实用版】
目录
1.介绍非满流圆管的湿周和水力半径的计算方法
2.说明湿周的计算公式
3.阐述水力半径的计算公式
4.介绍充满度与充满角的关系
5.总结非满流圆管水力半径的计算方法
正文
非满流圆管的水力半径计算是一个重要的水力学问题。
为了解决这个问题，我们需要先了解湿周的计算方法。
湿周是指管道内水流所占据的周长，其计算公式为：湿周 = XdB/2，其中d表示管内径，B表示充满角，即水深对应的圆心角，以弧度为单位。
接下来，我们来讨论水力半径的计算公式。
水力半径是指管道内水流的半径，其计算公式为：R = (d/4)(1-sinB/B)。
在这个公式中，d 表示管内径，B 表示充满角，以弧度为单位。
充满度是另一个重要的概念，它表示管道内水的体积与管道容积的比值。
充满度与充满角的关系可以通过以下公式表示：a = [sin(B/4)]2。
综上所述，非满流圆管的水力半径可以通过湿周和水力半径的计算公式以及充满度与充满角的关系来计算。
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第三章 排水管网水力学基础3
3
2
【例3.1】已知Q、D、I，求管道h/D、v 【解】1、初设θ值，代入公式，迭代计算，直到计算θ值与代 入θ值相近；
h 1 2 1 cos 代入θ值求得h/D； 2、D sin 4 2 2
D sin R 1 代入θ值求得R； 3、 4
积、水力半径、流速、流量； A0、R0、 υ0 、Q0分别为满流时的进水面 积、水力半径、流速、流量。
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
1 2
3 1 C 5 sin 2 2 Q AC RI D I 16
R sin h fv 1 R0 D
1 3 2 2 2 R I 3 v R h sin 3 n f v 1 1 2 v0 1 R0 D 2 R0 3 I n
P89 【例】已知n=0.013、地面坡度i=0.004、雨水Q=200l/s
（雨水 h/D =1）。求D、v和I。
2
2
D sin R 1 代入θ值求得R； 3、 4
1 4、v R I n
2 3
1 2
代入R值求得v。
由此可见，通过公式靠数学演算（迭代）而计算出其 他值是非常复杂、困难的，同时工程实例也证实有些计算 没必要那么精确。为了简化计算流程，绘制出了水力计算 图表。
1 3 2 1 3 v R I R D，h / DI 2 n n
1 1 3 2 Q AR I AD，h / DR 3 D，h / DI 2 n n
给排水复习要点
给排水复习笔记1.给排水管网系统组成及作用给水系统由取水设施（从充足的水源取水），一级泵站，原水输水管道，水厂（包括水处理构筑物，清水池），二级泵站（或送水泵站），清水输水管道，管网，调节构筑物（水塔）等组成。
通常，排水系统是由城市生活污水排水系统、工业废水排水系统和雨水排水系统组成。
城市生活污水排水系统和工业废水排水系统一般可以合并为城市污水排水系统。
给水管网系统（1）输水管渠：从二级泵站到配水管网（2）配水管网（3）调压设施：泵站，减压阀；（4）水量调节设施：水塔，清水池排水管网组成（1）污废水收集设施（2）输送管渠（3）水量调节设施：可以在污水处理厂前或雨水排除口前。
（4）提升泵站（5）附属构筑物：如检查井，跌水井，水封井，雨水口等。
一、给排水管网系统功能和特点1、功能：（1）水量输送：实现一定水量的位置迁移，满足用水与排水地点要求；（2）水量调节：采用贮水措施解决供水、用水与排水的水量不均问题；（3）水压调节：采用加压或减压措施调节水的压力，满足水输送、使用和排放的能量要求。
给水管网系统承担供水的输送、分配、压力调节（压力、减压）和数量调节作用。
排水管网系统承担污废水收集、输送、高程或压力调节和数量调节任务。
3.给水及排水管网系统中常见的附属构筑物及其设置的位置和作用。
配水管网中，还需要安装消防火栓、阀门（闸阀、排气阀、泄水阀等）和检测仪表（压力、流量、水质检测等）等附属设施，以保证消防供水和满足生产调度、故障处理、维护保养等管理需要。
排水管网中设置雨水口、检查井、跌水井、溢流井、换气井等附属构筑物及流量监测设施，便于系统的运行与维护管理。
4.给水管网系统的类型；排水管网系统的体制分类；一、给水管网系统类型1、按水源数目分：（1）单水源给水管网系统：适用于较小的管网系统（2）多水源给水管网系统：适用于较大的管网系统；管理复杂程度高2、按输水方式分类：（1）重力输水管网系统：无动力消耗，运行经济；（2）压力输水管网系统：需要动力消耗；3、按系统构成方式分类（1）统一给水管网系统：相同的水质、水压。
给水排水管道系统水力计算汇总
给⽔排⽔管道系统⽔⼒计算汇总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。
对于⾮满管流或明渠流，只要长距离截⾯不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程⽔头损失公式进⾏⽔⼒计算，对于短距离或特殊情况下的⾮均匀流动则运⽤⽔⼒学理论按缓流或急流计算。
非满流管渠水力计算方法
非满流管渠水力计算方法
在非满流管渠水力计算的基本公式中，有q、d、h、i和v共五个变量，已知其中任意三个，就可以求出另外两个。
由于计算公式的形式很复杂，所以非满流管渠水力计算比满流管渠水力计算要繁杂得多，特别是在已知流量、流速等参数求其充满度时，需要解非线性方程，手工计算非常困难。
为此，必须找到手工计算的简化方法。
常用简化计算方法如下：
1.利用水力计算图表进行计算
应用非满流管渠水力计算的基本公式（3-25）和（3-26），制成相应的水力计算图表，将水力计算过程简化为查图表的过程。
这是《室外排水工程设计规范》和《给水排水设计手册》推荐采用的方法，使用起来比较简单。
水力计算图适用于混凝土及钢筋混凝土管道，其粗糙系数n ＝0.014（也可制成不同粗糙系数的图表）。
每张图适用于一个指定的管径。
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。
参见附录8-1、设计手册或其他有关书籍，这里不详细介绍。
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
假设：同一条满流管道与待计算的非满流管道具有相同的管径d和水力坡度i，其过水断面面积为A0，水力半径为R0，通过流量为Q0，流速为v0.满流管渠的A0、、R0、Q0、v0与非满流时相应的A、R、Q、v存在一定的比例关系，且随充满度＝h/d的变化而变化。
为方便计算，可根据上述关系预先制作成图3-2和表3-5，供水力计算时采用，具体计算方法见无压圆管的水力计算.。
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（1）水力计算图 （2）比例换算法 1 解析计算法 ○ 应已知公式： ������ = 1 2 1 ⋅ R3 ⋅ I 2 n A 2 1 ⋅ R3 ⋅ I 2 n （3.15） 2 图表计算法 ○
应知六个水力要素： 管径 D（m） 、 粗糙系数 n（1） 、 充满度 h/D 或者 y/D （1） 、 水力坡度 i 或者 I（1） 、 流量 Q（m3/s） 、 流速 v 或者 u（m/s） 。
4
h/D O.05 O.10 O.15 O.20 O.25 O.30 O.35 O.40 O.45 O.50 O.55 O.60 O.65 O.70 0.75 O.80 O.85 O.90 O.95 1.OO
A/A0 O.019 O.052 O.094 O.142 O.196 O.252 O.312 O.374 O.436 O.500 O.564 O.626 O.688 O.748 0.804 O.858 O.906 O.948 O.981 1.000
R/R0 O.130 O.254 0.372 O.482 0.587 O.684 O.774 0.857 O.932 1.OOO 1.060 1.111 1.153 1.185 1.207 1.217 1.213 1.192 1.146 1.000
q/q0 O.005 0.021 O.049 O.088 0.137 O.196 0.263 O.337 O.417 O.500 O.586 O.672 O.756 0.837 0.912 0.977 1.030 1.066 1.075 1.000
（3.33）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
a
R0 = ν0 = q0 =
b
1 1 2 2 ⋅ R3 ⋅ I n 0 1 A0 2 ⋅ R3 ⋅ I2 0 n
c
d
R sin θ =1− R0 θ A θ − sin θ = A0 2π ν R 3 sin θ 3 = ( ) = (1 − ) ν0 R0 θ q A R 3 (θ − sin θ)3 = ( ) = 2 q 0 A0 R 0 2πθ3
3
（6）已知 D、I、v，求 q、h/D 已知 I、v → 依（3.15）→ R 且已知 D → 依（3.33）→ θ → 代入（3.30）→ h/D → 代入（3.31）→ A 且已知 v → q=Av 已知 I、v → 依（3.15）→ R 且已知 R0 → R/R0 → 查表 3.7 → h/D → A/A0 且 已知 A0 → A 且已知 v → q=Av
v/v0 O.257 0.401 0.517 O.615 O.70l O.776 0.843 0.902 O.954 1.000 1.039 1.072 1.099 1.120 1.133 1.140 1.137 1.124 1.095 1.000
图 3.3 非满流圆管水力特性
2
x 6 种情况进行计算： （1）已知 q、D、I，求 v、h/D 用（3.38）迭代计算 → θ → 代入（3.30） → h/D → 代入（3.34）且 已知 R0 → R → 代入（3.15） → v 已知 q 和 q0 → q/q0 → 查表 3.7 → h/D → v/v0 且 已知 v0 → v （2）已知 q、D、v，求 h/D、I 已知 q、v → A=qv → A 且 已知 D→ 用（3.31）迭代计算 → θ → （3.29）→ h/D 已知 q、D 且 已求θ → （3.39）→ I 已知 q、v → A=qv → A 且已知 A0 → A/A0 → 查表 3.7 → h/D → R/R0 且 已知 R0 → R 已知 A、q 且已求 R → （3.25）→ I （3）已知 q、D、h/D，求 I、v 已知 h/D → 代入（3.29）→ θ → 代入（3.39）→ I → θ且 已知 D → 代入（3.31）→ A → v=q/A → v 已知 h/D → 查表 3.7 → q/q0 且 已知 q → q0 且 已知 A0、R0 → 依式 d → I → A/A0 且 已知 A0 → A → v=q/A → v （4）已知 q、I、h/D，求 D、v 已知 h/D → 代入（3.29）→ θ → 代入（3.38）→ D 已求θ、D → 代入（3.31） → A → v=q/A → v 已知 h/D → 查表 3.7 → q/q0 且 已知 q → q0 → 依式 abd → D → A/A0 且 已知 A0 → A → v=q/A → v （5）已知 D、h/D、I，求 q、v 已知 h/D → 代入（3.29）→ θ 且 已知 I → （3.39）→ q or→ θ 且 已知 D → （3.31）→ A → （3.33）→ R 且 已求 A → q → θ 且 已知 D → （3.31）→ A 且 已求 q→ v=q/A → v 已知 h/D → 查表 3.7 → q/q0 且 已知 q0 → q → A/A0 且 已知 A0 → A 且 已求 q → v=q/A → v
q=
（3.25）
ℎ θ = 2 cos −1 (1 − 2 ) ������ ℎ ������ 1 = (1 − cos ) ������ 2 2 A= D2 (θ − sin θ) 8 X= D θ 2
（3.29）
（3.30）
（3.31）
（3.32）
R=
A D θ − sin θ = ⋅( ) ������ 4 θ A0 = πD2 4 D 4
2 5 2 2
（3.34）
（3.35）
（3.36）
（3.37）
1
θ=[
(θ − 20.16 ⋅ n ⋅ q
5 sin θ)3
8 ⋅ D3
2 1 3 ⋅ I2
]
（3.38）
I=[
20.16 ⋅ n ⋅ q ⋅ θ3
5 (θ − sin θ)3
2 2
8] ⋅ D3
（3.39）
表 3.7 圆形管渠非满流水力计算表