第三章 给水排水管网水力学基础

转换：
v
1
21
R3I 2
nm
由流量和流速关系得：ห้องสมุดไป่ตู้
q
1
21
AR3 I 2
n 精品课件
m
v
1
2
1
R3(D,h/D)I2
nm
q1A(D,h/D)R3 2(D,h/D)I1 2 nm
5个水力参数q、D、h、I、v, 已知其中3个才能求出另 一个，水力计算很复杂。
ξ
全开闸阀
0.19
90。弯头
0.9
50%开启闸阀
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
精品课件
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：
hf
kq n Dm
l或hf
s f qn
k , n, m 指数公式参数
s 摩阻系数 f
,sf
kl Dm
精品课件
谢才系数或沿程阻力系数的确定
（2）海曾-威廉公式 适用于较光滑的圆管满流管紊流计算，
主要用于给水管道水力13.计16算gD。0.13
C q 1.852 0.148 w
q——流量，m3/s； Cw——海曾-威廉粗糙系数。
精品课件
谢才系数或沿程阻力系数的确定
（3）柯尔勃洛克-怀特公式
适用于各种紊流，是适用性和计算精度
1.0≤e ≤5.0mm; 曼宁公式适用于较粗糙的管道, 0.5≤e
≤4.0mm; 海曾-威廉公式适用于较光滑的管道,e
≤0.25mm; 舍维列夫公式适用于1.0≤e ≤1.5mm.
精品课件
局部水头损失计算
hm
v2 2g
hm — 局部水头损失， m；
— 局部阻力系数。
局部阻力设施
ξ
局部阻力设施
排水管网和长距离输水工程常采用非满管流。
非满管流水力计算的目的： 确定管段流量、流速、断面尺寸、充满度和坡度 之间的关系。
精品课件
3.3.1 非满流管渠水力计算公式
充满度h/D——指设计流量下，管道内的有效水深 与管径的比值。
过水断面A=A（D，h/D） 水力半径R=R(D,h/D)
hD
采用谢才公式计算水头损失，将曼宁公式代人并
水头损失。
精品课件
3.2 管渠水头损失计算
3.2.1 沿程水头损失计算
谢才公式
hf
v2 C2R
l
hf——沿程水头损失，m； v——过水断面平均流速，m/s；
C——谢才系数；
R——过水断面水力半径，m，圆管流R=0.25D；
l——管渠长度，m。
精品课件
沿程水头损失计算
对于圆管满流，达西公式：
hf
l D
流态特征
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精平品课方件 区和过渡区
2）当管道在局部分叉、转弯与变截面时，流动为 非均匀流，采用局部水头损失公式计算。
非满管流或渠流，只要长距离截面不变，可以近
似为均匀流。
精品课件
压力流与重力流
压力流输水通过封闭的管道进行，水流阻力主要依 靠水的压能克服，阻力大小只与管道内壁粗糙程度 有关、管道长度和流速有关，与管道埋设深度和坡 度无关。
精品课件
水头损失公式的指数形式
局部水头损失公式的指数形式：
h m
smqn
s m 局部阻力系数
参数 K n m
海曾威廉公式 曼宁公式
10.67/Cw1.852 10.29nM2
1.852
2.0
4.87
5.333
舍维列夫公式 0.001798 1.911 5.123
精品课件
3.3 非满流管渠水力计算
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。
精品课件
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 压力水头P/r 流速水头v2/2g
v2 2g
D——管段直径，m； g ——重力加速度，m/s 2； λ——沿程阻力系数， λ=8g/C2
精品课件
谢才系数或沿程阻力系数的确定
0.0021g4
（1）舍维列D夫0.3公式
v1.2m/s
10适度用，于0常.0旧D用0铸0.13于铁8给2管(1水4和管0旧.8道v钢6水7)管0力.3满计管算v紊。1流.2，m/水s温
恒定流与非恒定流
给水排水管网中，水流水力因素随时间变化， 属于非恒定流，水力计算复杂。
在设计时一般只能按恒精定品课流件 计算。
均匀流与非均匀流
非均匀流：水流参数随空间变化。
满管流动
1）如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯， 为均匀流，管道对水流阻力沿程不变，采用沿程水 头损失公式计算；
最高的公式之一。
C
17.71lg( e 14.8R
R4.e40.68725)
或
1
2lg( e 3.7D
4.462 Re0.875)
e ——管壁当量粗糙度，m。常用管材 的e见教材P51表3.1
精品课件
谢才系数或沿程阻力系数的确定
（4）巴甫洛夫斯基公式 适用于明渠流和非满流排水管道计算。
C Ry nB
式中y2.5 nB 0.130.75 R( nB 0.1) nB 巴甫洛夫斯基公式粗糙系数
精品课件
谢才系数或沿程阻力系数的确定
（5）曼宁公式
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。
C6R nM
nM——曼宁公式粗糙系数。
精品课件
沿程水头损失计算公式的比较与选用
柯尔勃洛克-怀特公式具有较高的精度; 巴甫洛夫斯基公式具有较宽的适用范围，
第三章 给水排水管网水力学基础
精品课件
3.1 给水排水管网水力学基础
➢ 雷诺实验
颜色水
图3 雷诺实验装置示意图
精品课件
Q V t
3.1 给水排水管网水力学基础
➢ 实验现象
（a）平稳而鲜明的细色线
v小
（b）振荡摇摆的波形色线
v上
（c）色线破裂扩散
v大
精品课件
v小
层流
v 下 过渡流
v 大 紊流
3.1 给水排水管网水力学基础
测压管水头
精品课件
水头损失
流体克服流动阻力所消耗的机械能称为水头损失。
当流体受固定边界限制做均匀流动时，流动阻力中 只有沿程不变的切应力，称为沿程阻力。由沿程阻 力引起的水头损失成为沿程水头损失。
当流体的固定边界发生突然变化，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称
为局部阻力。由局部阻力引起的水头损失成为局部