管道流量、流速压损计算

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
24
第3 章
给水排水管网水力学基础
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
25
第3 章
给水排水管网水力学基础
16
2
2Baidu Nhomakorabea
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
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
R C＝ n nB 粗糙系数， P49表3 3
6
17
将上述公式带入谢才公式
hf
v2 l 2 C R
(m)
v2 h f il 2 l (m ) C R
v C Ri
1 C R6 n
1
l v2 h f λ (m) D 2g
λ
8g 沿程阻力系数 C2
20
3．2．3 局部水头损失计算
v hm 2g
式中 hm——局部水头损失，m；
2
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。
8
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
管渠的沿程水头损失常用谢才公式计算
v2 h f il 2 l (m ) C R
v C Ri
对于圆管满流，沿程水头损失可用达西公式计算
l v2 h f λ (m) D 2g λ 8g 沿程阻力系数 C2
12
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
10.67q h f ＝ 1.852 4.87 l Cw D
13
1.852
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
3.柯尔勃洛克-怀特公式
适用：各种湍流（压力管道）
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
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第3 章
给水排水管网水力学基础
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
4.462 e C＝－ 17.71 lg 0.875 14.8 R Re 1 4.462 e 或 ＝－2 lg 0.875 3.7 D Re e - -管壁当量粗糙度(m)，P 49表3 2
14
第3 章
给水排水管网水力学基础
3.2管渠水头损失计算
v Bv0
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， 22 为0.8m/s
第3 章
给水排水管网水力学基础
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：
v C Ri
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第3 章
给水排水管网水力学基础
3.3无压圆管的水力计算
v2 h f il 2 l (m ) C R
v C Ri
16 C R n
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
Q AQ0
hf
l 或 h f 1.333 R
nv
2 2
10.29n q D
5.333
2
2
l
18
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
公式名称 舍为列夫公式 海曾-威廉公式 柯尔勃洛克-怀特公式 巴普洛夫斯基公式 适用条件 旧金属管，湍流，满圆管流， 不适用管壁光滑或粗糙 管比较光滑，湍流，圆管满流 各种湍流（满与不满，光滑与 不光滑） 明流渠和非满流管道，特别是 较粗糙的管道 推导公式 达西公式 达西公式 谢才公式 谢才公式
28
v 1.2m/s
0.3
l
v
1.2m/s
11
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
2.海曾－威廉公式
适用：较光滑圆管满流（压力管道）
13.16 gD 0.13 ＝ 1.852 0.148 Cw q 式中 q－流量，m3 / s Cw－海曾－威廉粗糙系数P 48表3 1
2 1
1 C R6 n
1
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
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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
Re=ρ vd/μ
2 湍流粗糙去（阻力平方 区） h v（管径 D较大或管壁较粗糙） 2 2.湍流湍流过渡区 h v1.2～（管径 D较小或管壁较光滑） 湍流光滑区 1.75 h v
3
第3 章
3.1基本概念
给水排水管网水力学基础
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）
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
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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
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）
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
4
第3 章
3.1基本概念
给水排水管网水力学基础
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
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第3 章
3.1基本概念
给水排水管网水力学基础
3.2.1沿程水头损失计算
4.巴甫洛夫斯基公式
适用：明渠流、非满流管道
Ry C＝ nB 式中 y 2.5 nB 0.13 0.75 R ( nB 0.10) nB 粗糙系数， P49表3 3
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将上述公式带入谢才公式
v h f 2 l (m) C R
2
nB v h f 2 y 1 l R
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 0.000912v 2 0.867 1 v D1.3
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
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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
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
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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：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）
dζ dζ 2 ld C λ 8g
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第3 章
课后习题
给水排水管网水力学基础
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？
l v2 h f λ (m) D 2g
8g λ 2 沿程阻力系数 C
v2 h f il 2 l (m ) C R
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
第3 章
3.1基本概念
给水排水管网水力学基础
3.1.1管道内水流特征
Re 2000 层流： 1.流态过渡流 : 2000 Re 4000 湍流： Re 4000 （给排水管网一般按湍 流考虑）
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） 局部水头损失 沿程水头损失
v2 l C2R

v 2g
2
d
=
l v2 8g λ （λ 2 ） D 2g C
曼宁公式
明渠和较粗糙的管道
谢才公式
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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