简单管道的水力计算(精)
5.3 短管水力计算——学习材料
学习单元三、短管水力计算一、管流概述在水利土木工程和日常生活中，经常用管道来输送液体，如水利工程中的有压引水隧洞、有压泄洪隧洞、水电站的压力管道、灌溉工程中的虹吸管和倒虹吸管、抽水机的吸水管和压水管、建筑或城市给排水工程中的自来水管、通风热水管道、石油工程中的输油管、人体中的血管等，都是常见的有压管流。
有压管流一般都采用圆形管道输送。
水流运动的特点是：整个断面被液体所充满，没有自由液面，管道的整个边壁上都受动水压强作用，而且一般不等于大气压强。
因此，管流又称为有压流。
管道中的断面如果未被水冲满，则不能视为有压流，是无压流动（明渠流动）根据管道中水流的沿程水头损失、局部水头损失及流速水头所占的比重不同，管流可分为长管流动和短管流动。
长管即管道中水流的沿程水头损失较大，而局部水头损失和流速水头很小，此两项之和只占沿程水头损失5%以下，以致可以忽略不计。
一般自来水管可视为长管。
短管即管道中局部水头损失与流速水头两项之和占沿程水头损失的5%以上，水力计算时不能忽略，必须一起考虑在内。
虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管、抽水机的吸水管等，均可按短管计算。
特别需要指出的是，长管和短管并不是按管道的长度分类的，即使很长的管道，局部水头损失和流速水头不能忽略时，仍应按短管计算。
根据水流运动要素随时间是否变化，可分为有压恒定流和有压非恒定流。
当管中任一点的水流运动要素不随时间而改变时，即为有压恒定流，否则为有压非恒定流。
本课程主要研究有压恒定流的计算。
本节先介绍短管流动下图5-6表示一段短管的自由出流过程。
列1-1断面和2-2断面的能量方程，有：212222201-+=+w h gv g v H αα令0212H gv H =+α，称为作用水头。
又有∑∑+=-j f w h h h 21。
因此g v d lH 2)(220∑++=ξλα取 12=α 则g v dlH 2)1(2∑++=ξλ图5-6 短管的自由出流管中流速0211gH dl v ∑++=ξλ通过管道流量 002211gH A gH A dl Q c μξλ=++=∑式中 ∑++=ξλμdl c 11称为管道系统的流量系数。
雨水管道水力计算书
7.01
393.30
0.4
1103.29
10.75
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Y69
Y74
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Y204
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6.88
.简单管道短管淹没出流的水力计算
.简单管道短管淹没出流的水力计算简单管道是生产实践中最常见的一种管道，也是复杂管道的组成部分。
如水泵的吸水管、虹吸管等都是简单管道。
在各种管道的水力计算中，简单管道的水力计算是最基本的。
需要指出的是，任何类型的简单管道的计算，都是根据具体的条件，按照定常总流能量方程进行的。
因此，本节所讨论的各种管道的水力计算，都应视为对定常总流能量方程的实际应用。
本节将讨论简单管道的自由出流、淹没出流的水力计算问题;给出在长管情况下的简单管道的水力计算方法;提供对管道中动水压强的沿程分布的分析方法;也给出管道直径的计算和选定原则，以及水泵装置、虹吸管的水力计算方法。
7．1．1 两种典型出流的水力计算问题1．自由出流的水力计算凡经管道出口流入大气的水流过程，称为自由出流。
如图7-1所示。
图7-1 简单管道自由出流示意图图7-1为一简单管道和水池相连接，末端出口水流流入大气。
现取通过管道出口中心的水平面0—0为基准面，在水池中距管道入口上游较远处取截面1—1，该截面符合渐变流的条件，并在出口截面处取截面2—2，如图7-1所示。
然后对截面1—1和截面2—2建立能量方程式中:v0——水池中的流速，也称行进流速;v——管道中流速;H——管道出口截面中心到水池水面的高差。
式(7-1)还可以写成式中:H0=——包括行进流速水头在内的总水头，又称为作用水头。
式(7-2)表明，简单管道在自由出流的情况下，管道的总作用水头一部分消耗于整个管道的水头损失hw，另一部分转化为出口截面2—2处的流速水头。
其中水头损失hw为管道中的沿程水头损失和局部水头损失之和，即则式(7-2)可以写成式(7-3)为简单管道在自由出流的情况下，水流应满足的方程。
解这个方程，可得H、v等有关的物理量。
2．淹没出流的水力计算如果管道的出口是淹没在水下的，这种水流过程称为淹没出流。
如图7-2所示。
图7-2 简单管道淹没出流示意图显然，在淹没出流的情况下，下游水位的高低变化将影响管道的输水能力。
简单管道的水力计算精
hf
k
Q2 K2
l 0.1522 2.464 2
2500 9.5m
H1 2 1 H 2 h f 45 61 25 9.5 18.5m
第六章 孔口、管嘴出流与有压管流
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
3. 管道管线布置已定，当要求输送一定的流量时，确定所需 的断面尺寸（圆形管即确定直径）。这时可能出现下列两 种情况：
这种类型的题一般在输流工程中用到的较多，按长管计算：
H
hf
Q2 l, K K2
AC
R,C
1
R
1 6
或者用查表法。
n
供水工程中当 v 1.2时m s
H
hf
k
Q2 K2
l
当 v 1.2时m s
H
hf
k
Q2 K2
l
式中k 查表可得
式中 k 1
第六章 孔口、管嘴出流与有压管流
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
2. 管道的输流能力，管长已知，要求选定所需的管径及相应的水头。 这是工程中常见的实际问题。通常是从技术和经济两方面综合考虑，
确定满足技术要求的经济流速。 ①管道的技术要求。流量一定的条件下，所选管径的大小影响着管中的 流速，所选管径应使流速控制在既不会产生过大的压力，降低管道的使 用寿命，又不能过小，使泥沙沉积，阻塞管路。一般情况下，水电站引 水管中流速不应大于（5～6）m/s ，给水管中的流速不应大于（2.5～3） m/s，不应小于0.25m/s 。
例6.2 由水塔向工厂供水，如图所示，采用铸铁管，管长2500m，
管径400mm。水塔处地形标高为 ，工厂1 需61水m 量
，工
厂地Q 形 0标.15高2 m3 s ，管路末端需要的2 自 4由5m水头 ，试设计水塔高
伟星PE给水管道水力计算(精)
伟星PE给水管道水力计算系统设计同其它种类的管道一样，PE管道系统在设计时应综合考虑埋理条件、流体性质、工作条件、温度范围、安装技术和工种费用等多种设计因素，但是其中最重要的设计为强度设计和水力计算两个部分。
强度计算聚乙烯管道的工作压力可由下式计算PN二2σs e／(D—e二2σs／(SDR—1其中σs=MRS／Fd这里：PN二管材公称压力σs=设计应力，MPaD=平均外径，mme=最小壁厚，mmSDR=标准尺寸化MRS=最小要求强度(20℃，50年，MPaFd=设计系数20℃时，MRS设计应力σs和设计系数之间的对应关系如下表：作为供水用PE管道系统，设计系数F d一般选择1.25，对于PE80级别的PE管材，对应的设计应力Q s为6.3MPa。
例如-SDR17的PE100管道，由上述计算可知，该管道的公称压力为PN10.此外，聚乙烯管道的耐压强度与温度有关，当管道的工作温度偏离20℃时，最大工作压力(MOP应按下列公式计算：MOP=PN*Ft Ft为温度折减系数水力计算压力损失计算管道的压力可按照达西—威斯巴赫公式进行计算：hf=入(L j／d ）(V 2／2g式中：hf=摩擦损失：L=管道长度：d j =管道计算内径 g=重力加速度；V=平均流速； 入二摩阻系数紊流状态下，摩阻系数入可由阿里特苏里公式计算：入＝0.11(K ／d j +68／Re0.25式中：K=管内壁绝对粗糙度(mm ，对于PE 管；K=0.01mm Re=雷诺数；d j =管道计算内径(mm管件局部阻力水头损失按下式计算：h=KV 2／2g式中：h=局部水头损失：m v=水流速度，m/s g=重力加速度，m/s 2 K=各种管件的摩阻系数常见管件摩阻系数K 值如下:通常在设计过程中，为了简化设计，局部水头损失宜按下列管网沿途水头损失的百分数采用：生活给水管网25—30％；生产给水管网，生活、消防共用给水管网，生活、生产、消防共用给水管网均为20％。
管网水力计算(精)
例题：某城市供水区总用水量93.75L/s.节点４接某工 厂，工业用水量为6.94L/s 。节点0-8都是两边供水。 求比流量
水塔
3 2
水泵
600 0 300 1 450 4
650
8
5
6
7
1.管线总长度：ΣL＝2425m，其中水塔到
205
节点0的管段两侧无用户不计入。
2.比流量：
(93.75－6.94)÷2425＝0.0358L/s
4.5.2 管网图形及简化
1.管网设计图中的元素 (1)节点：有集中流量进出、管道合并或分叉以 及边界条件发生变化的地点 (2)管段：两个相邻节点之间的管道管线：顺序 相连的若干管段 (3)环：起点与终点重合的管线 ①基环：不包含其它环的环 ②大环：包含两个或两个以上基环的环
③虚环：多水源的管网，为了计算方便，有时将两 个或多个水压已定的水源节点（泵站、水塔等） 用虚线和虚节点0连接起来，也形成环，因实际上 并不存在，所以叫做虚环。
管段编号
1-2 2-3 3-4 1-5 3-5 4-6 5-6 6-7
合计
管段计算总长度 （m）
800 0.5×600=300
0.5×600=300 0.5×600=300
800 800 600 500
4400
比流量 (L/s.m) 0.03182
沿线流量 (L/s)
25.45 9.55 9.55 9.55 25.45 25.45 19.09 15.91
（1）消防时：假设在泵房供水区、水塔供水区各又 一着火点，每个消防用水额定（20L/S）
泵房节点流量为 237.5+20=257.5 水塔节点流量为54.2+20=74.2
简单管道的水力计算(精)
第六章
虹吸管示意图
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.5 简单管道水力计算特例
虹吸管长度一般不大，故应按短管计算，以例说明。 1. 虹吸管流量的计算 根据淹没出流的公式计算 Q S A 2 gH 2. 虹吸管安装高度的计算
S
1 l d
以下游断面为基准面，列出上游断面和顶部断面的能量方程
压力管的管径是由经济流速来确定，
重要的工程要对几种可能的方案进 行技术经济比选。
水泵的装机容量就是确定动力装
置的功率。其计算公式为
gQH t Pp 1000 p
第六章
水泵水力计算示意图
孔口、管嘴出流与有压管流
欢 迎 提 问
如果您有任何问题， 请毫不犹豫地提出 !
In case of you have any question, DO NOT hesitate to ask me !
第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
欢 迎 提 问
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第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.5 简单管道水力计算特例
1. 虹吸管的水力计算
虹吸管是一种压力输水管道， （如图）顶部弯曲且其高程高于上游 供水水面。若在虹吸管内造成真空， 使作用在上游水面的大气压强和虹吸 管内压强之间产生压差，水流即能超 过虹吸管最高处流向低处。虹吸管顶 部的真空理论上不能大于最大真空值， 即10米高水柱。实际上当虹吸管内压 强接近该温度下的汽化压强时，液体 将产生汽化，破坏水流的连续性。故 一般不使虹吸管中的真空值大于7－8 米。
排水管道水力计算表格(自编)
钢筋混凝土管 粗糙系数 0.014
公称直径dn（mm） dn200 dn300 dn400 计算内径（mm） 200 300 400 对应流速v（m/s） 0.61 0.8 0.97 对应流量q(L/s） 9.58 28.27 60.95 备注：计算内径即为管道内径，钢筋混凝土管管道内径即为公称直径，不
硬聚氯乙烯双壁波纹管 粗糙系数 0.009
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
dn280 243 1.09 25.28 备注：计算内径即为管道内
管道水力计算
dn200 188.8 0.92 12.88 dn250 dn315 236 297.8 1.07 1.24 23.4 43.18
dn75 dn90 dn110 dn125 dn160 69.6 83 102.4 117.4 150.8 0.47 0.53 0.61 0.67 0.79 0.89 1.43 2.51 3.63 7.05 T5836.1-2006《建筑排水用硬聚氯乙烯管材》P2。
dn200 202.4 0.67 10.78
dn250 dn300 255.2 304 0.78 0.87 19.95 31.57
dn500 dn600 dn700 dn800 dn900 500 600 700 800 900 1.13 1.28 1.41 1.54 1.67 110.94 180.96 271.32 387.04 531.2 管道内径即为公称直径，不同级别壁厚要求不一样。
柔性接口铸铁管（A型TB 级） 粗糙系数 0.013
公称直径dn（mm） dn50 计算内径（mm） 50 对应流速v（m/s） 0.26 对应流量q(L/s） 0.26 备注：计算内径即为管道内径，取值参照GBT12772-1999《排水用柔性接口
管道水力计算（给排水）
第十六篇%管道水力计算第一章%钢管和铸铁管水力计算一!计算公式!&按水力坡降计算水头损失水管的水力计算#一般采用以下公式&Q H ,!+lE 22-$!$#!#!%式中%Q ...水力坡降(,...摩阻系数(+l...管子的计算内径$(%(E...平均水流速度$(*h %(-...重力加速度#为3&1!$(*h2%!应用公式$!$#!#!%时#必须先确定求取系数,值的依据!对于旧的钢管和铸铁管&当F E#3&2W !"/!(时$E...液体的运动粘滞度#(2*h %#,H "&"2!"+l"&)($!$#!#2%当F E<3&2W !"/!(时,H !+l"&)!&/W !"#1I E ()F "&)($!$#!#)%或采用E H !&)W !"#$(2*h $水温为!"?%时#则,H "&"!43+l"&)!I "&1$4()F "&)($!$#!#0%管壁如发生锈蚀或沉垢#管壁的粗糙度就增加#从而使系数,值增大#公式$!$#!#2%和公式$!$#!#)%适合于旧钢管和铸铁管这类管材的自然粗糙度!将公式$!$#!#2%和公式$!$#!#0%中求得的,值代入公式$!$#!#!%中#得出的旧钢管和铸铁管的计算公式&当F #!&2(*h 时#Q H "&""!"4F2+l!&)$!$#!#/%当F <!&2(*h 时#’4!0!’第一章%钢管和铸铁管水力计算Q H "&"""3!2F 2+l!&)!I"&1$4()F "&)$!$#!#$%钢管和铸铁管水力计算表即按公式$!$#!#/%和$!$#!#$%制成!2&按比阻计算水头损失由公式$!$#!#0%求得比阻公式如下&DH Q ;2H "&""!4)$+l/&)$!$#!#4%钢管和铸铁管的D 值#列于表!$#!#0!二!水力计算表编制表和使用说明!&钢管及铸铁管水力计算表采用管子计算内径+l 的尺寸#见表!$#!#!!在确定计算内径+l 时#直径小于)""((的钢管及铸铁管#考虑锈蚀和沉垢的影响#其内径应减去!((计算!对于直径等于)""((和)""((以上的管子#这种直径的减小没有实际意义#可不必考虑!编制钢管和铸铁管水力计算表时所用的计算内径尺寸表!$#!#!钢%管%$((%水煤气钢管中等管径钢管公称直径M 8外%径M 内%径+计算内径+l 公称直径M 8外%径M 内%径+计算内径+l 铸铁管$((%内%径+计算内径+l 1!)&/"3&""1&""!2/!0$!2$!2//"03!"!4&""!2&/"!!&/"!/"!$1!01!044/40!/2!&2/!/&4/!0&4/!4/!30!40!4)!""332"2$&4/2!&2/2"&2/2""2!3!33!31!2/!202/))&/"24&""2$&""22/20/22/220!/"!03)202&2/)/&4/)0&4/2/"24)2/)2/22""!330"01&""0!&""0"&""24/2332432412/"203/"$"&""/)&""/2&"")"")2/)"/)"/)"")""4"4/&/"$1&""$3&"")2/)/!))!))!)/")$"1"11&/"1"&/"43&/")/")44)/4)/4!""!!0&""!"$&""!"/&""’1!0!’第十六篇%管道水力计算钢%管%$((%水煤气钢管中等管径钢管公称直径M 8外%径M 内%径+计算内径+l 公称直径M 8外%径M内%径+计算内径+l铸铁管$((%内%径+计算内径+l!2/!0"&""!)!&""!)"&""!/"!$/&""!/$&""!//&""2&表!$#!#2"表!$#!#)$中等管径钢管水力计算表%管壁厚均采用!"((#使用中如需精确计算#应根据所选用的管子壁厚的不同#分别对表!$#!#2"表!$#!#)中的!"""Q 和F 值或对表!$#!#0中的D 值加以修正!!"""Q 值和D 值的修正系数i !采用下式计算&i !H +l+l()m/&)$!$#!#1%式中%+l...壁厚!"((时管子的计算内径$(%#+l m...选用管子的计算内径$(%!修正系数i !值#见表!$#!#2!平均水流速度F 的修正系数i 2#采用下式计算&i 2H +l+l()m2$!$#!#3%修正系数i 2值#见表!$#!#)!)&按比阻计算水头损失时#公式$!$#!#4%只适用于平均水流速度F #!&2(*h 的情况!当F <!&2(*h 时#表!$#!#0中的比阻D 值#应乘以修正系数i )!i )可按下式计算&中等管径的钢管!"""Q 值和D 值的修正系数i !表!$#!#2公称直径M 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2%!应用公式$!$#2#!%时#应先确定系数,值!对于各种材质的塑料管$硬聚氯乙烯管"聚丙烯管"聚乙烯等%#摩阻系数定为&,H "&2/X f "&22$$!$#2#2%式中%X f ...雷诺数(X f HF +l E$!$#2#)%其中%E ...液体的运动粘滞系数$(2*h %!当E H !&)W !"#$(2*h $水温为!"?%时#将公式$!$#2#2%和式$!$#2#)%中求得的,值代入公式$!$#2#!%中#进行整理后得到&Q H "&"""3!/;!&440+l0&440$!$#2#0%式中%;...计算流量$()*h %(+l...管子的计算内径$(%!塑料给水管水力计算表即按公式$!$#2#0%制成!二!水力计算表的编制和使用说明$!%为计算方便#水力计算表是按标准管的计算内径编制的!对于公称管径M 8H 1>!/((的塑料管#采用,轻工业部部标准5P 41>1".4/-中B 8H!&"F B 9$!"J -*c (2%规格的硬聚氯乙烯管的实际内径作为标准管计算内径!对于公称管径M 8H 2">)/"((的塑料’)00!’第二章%塑料给水管水力计算管#采用,轻工业部部标准5P 41>1".4/-中B 8H"&$F B 9$$J -*c (2%规格的硬聚氯乙烯管的实际内径作为标准管计算内径!$2%各种不同材质"不同规格的塑料管#由于计算内径互有差异#所以在进行水力计算时#应将查水力计算表所得的!"""Q 值和F 值#分别乘以阻力修正系数i !和流速修正系数i 2进行修正!i !H +l+l()m0&440$!$#2#/%i 2H +l+l()m 2$!$#2#$%式中%+l...标准管计算内径$(%(+l m...计算管计算内径$(%!$)%国产各种材质规格塑料管的i !"i 2数据见表!$#2#!"表!$#2#2和表!$#2#)!在表!$#2#!中#硬聚氯乙烯管和聚乙烯管规格取自,轻工业部部标准5P 41>1".4/-!在表!$#2#2中#聚丙烯管规格取自轻工业部聚丙烯管材标准起草小组!341年1月编制的,聚丙烯管材料暂行技术条件-!在表!$#2#)中#硬聚氯乙烯管和聚乙烯管规格取自,化工部部标准@P .$).$/-!其它材质"规格塑料管的i !"i 2可分别用公式$!$#2#/%和式$!$#2#$%自行计算!轻工业部部标准硬聚氯乙烯管及聚乙烯管i !!i 2值表!$#2#!材%质硬%聚%氯%乙%烯聚%乙%烯工作压力B -H"&$F B 9B -H !&"F B 9B -H "&0F B 9公称管径M 8$((%外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 21!2W !&/3!!!2W !&/3!!!"!$W 2!2!!!$W 2!2!!!/2"W 2!$!!2"W 2!$!!2"2/W !&/22!!2/W 2&/2"!&/4$!&2!"2/W 22!!&203!&"312/)2W !&/23!!)2W 2&/24!&0"4!&!/0)2W 2&/24!&0"4!&!/0)20"W 2&")$!!0"W ))0!&)!0!&!2!0"W ))0!&)!0!&!2!0"/"W 2&"0$!!/"W )&/0)!&)1"!&!00/"W 002!&/00!&2""/"$)W 2&//1!!$)W 0//!&213!&!!2$)W //)!&/)1!&!314"4/W 2&/4"!!4/W 0$4!&2)2!&"321"3"W )10!!3"W 0&/1!!&!3"!&"4/!""!!"W )&/!")!!!!"W /&/33!&2"1!&"12’000!’第十六篇%管道水力计算材%质硬%聚%氯%乙%烯聚%乙%烯工作压力B -H"&$F B 9B -H !&"F B 9B -H "&0F B 9公称管径M 8$((%外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2!!"!2/W 0!!4!!!2/W $!!)!&!1!!&"42!!2/!0"W 0&/!)!!!!0"W 4!2$!&2"0!&"1!!/"!$"W /!/"!!!$"W 1!00!&2!/!&"1/!4/!1"W /&/!$3!!!1"W 3!$2!&220!&"112""2""W $!11!!2""W !"!1"!&2)!!&"3!22/22/W 42!!!!2/"2/"W 4&/2)/!!24/21"W 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管路水力计算
（3）压强降低过程
在B处，由于有向左的V0 ，压强 p0，使B处 有向左离开的趋势。由于B右侧无液流填充， 又使其停止，压强降低，密度减小。在理 想情况下，压强降低值=升高值Δp，从B传 至A用的时间为t=l/a，称降压波，使AB段 V=0，压强p= p0 -Δp 。
（4） 压强恢复过程
当减压波传到A。被蓄能器截止，在A两侧 产生压差，使流体向右流，速度V0，达到B 处，使AB段压强回到p0，所用时间为t=l/a ， 速度 V0 。 此时若阀门仍关闭，则重复开始升压波→压 力恢复→ 减压→压强恢复过程。因此，用 4t=4l/a完成一个水击周期，速度依次V0→0， 0→ V0 ；V0 →0，0→ V0 。理想条件下，无 阻力，无能损，水击将无休止进行下去。
它与该段所增加的圆环面积ΔA上受力互相 平衡。 该段流体质量为Δta长度管内流体与 Δt 时间 以速度V0流入的流体质量之和，即：
atA V0 tA A(a V0 )t
列动量方程：
pA t A(a V0 )t (0 V0 ) A(a V0 )V0 t
p (a V0 )V0
通常 aV0 ，因此 p aV0 该式称为儒 柯夫斯基公式。
当阀门部分关闭时，过程与上述完全一致，
只是速度由 V0 降为V ' ，用类似方法可求出：
2. 水击最高压强
取靠近B端的一段液柱进行研究，在Δt时间 内，升压波向右传递的距离为Δta ，此时速 度为0，压强增加到 p0+Δp ，管道截面积从 A扩大到 A+ΔA 。如图。
p0 p
V0 , p0
A A
t a
该段所受轴向力为：
( p0 p) A p0 A pA
水管水力计算过程
6 水系统设计6.1 水系统方案选择本设计空调水系统采用一次泵定水量水系统，系统为闭式四管制。
闭式系统中介质不与大气接触，无论是水泵运行或停止期间，管内都始终充满水，可防止管道的腐蚀。
较开式系统水泵扬程小，水力平衡较易。
在系统最高点设膨胀水箱并有排气和泄水装置。
由于建筑平面内外各区均有用水点分布，由于建筑内部布管空间限制，采用同程式系统较为困难。
开始意识到同程系统易于平衡，故设计初期采用了同程式系统。
但布管发现，从水井引出的供水管需先绕到走道尽头，再绕回至另一头，接着供水至各个末端。
部分走道仅供水管就有3排，且考虑到回水管以及凝水管，共有4排空调水管，而在建筑设计中，还有生活热水管道以及生活供水管道需要布置，故对于走道空间较窄的建筑难以采用。
同时考虑到采用各层之间采用同程而每层内部采用异程式系统的大同程小异程时水系统，但布管发现，建筑水井的面积有限，由于北区和南区各只有一个水井，采用此系统将导致水井内多于4条水管，水井面积不够。
由于无法向建筑专业提资料，同时考虑建筑本身设计特点以及建筑的级别，增加水井面积的可能性不大，故不采用。
后期发现若使供水管水流速度小些，沿程阻力减小，并在每层回水干管上加平衡阀，并在各并联支管上安装流量调节装置，增大并联支管的阻力，也可使管路达到平衡，故最终决定采用异程式系统。
定水量系统保持供水量在一定范围内，使供回水温发生变化。
由于水量的损失和泄露，当水量发生波动时，通过安装在回水管与供水管之间的压差控制器进行水量的调节。
系统每一层面的水量根据风机盘管的额定水流量进行计算；而整个系统的总水量需要考虑同时使用系数，根据最大负荷选择空气源热泵，设备的额定流量需满足根据最大冷负荷得出的水量。
因而总立管的尺寸应根据空气源热泵的总水量确定，每一层面的水管尺寸根据风机盘管的额定流量确定。
无需将所有风机盘管的额定流量相加，那是无实际意义的。
6.2 水系统分区6.3 空调冷冻水系统6.3.1 冷冻水系统形式冷冻水系统型式为一次泵变流量冷冻水系统，在供回水之间加压差控制器。
输水管道水力计算公式
输水管道水力计算公式1．常用的水力计算公式：供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有:达西（DARCY ）公式：g d v l h f 22**=λ （1）谢才（chezy ）公式：i R C v **= （2）海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式：87.4852.1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中 h f -----------沿程损失，mλ----------沿程阻力系数l -----------管段长度，md-----------管道计算内径，mg-----------重力加速度，m/s 2C-----------谢才系数i------------水力坡降；R-----------水力半径，mQ-----------管道流量m/s 2v------------流速 m/sC n -----------海澄―威廉系数其中达西公式、谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。
海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。
三种水力计算公式中 ，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。
2．规范中水力计算公式的规定3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异，见表1：表1 各规范推荐采用的水力计算公式3．1达西公式达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。
公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出。
舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。
舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用较广.柯列勃洛可公式)Re 51.27.3lg(21λλ+∆*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式，该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合，适用范围为4000<Re<108。
5.4短管的水力计算
可见，同一短管在自由出流和淹没出流的情况下，其流量 可见，同一短管在自由出流和淹没出流的情况下， 计算公式的形式及的数值均相同， 计算公式的形式及的数值均相同，但作用水头的计量基准不 同； 淹没出流时作用水头是以下游水面为基准， 淹没出流时作用水头是以下游水面为基准， 自由出流时是以通过管道出口断面中心点的水平面为基准。 自由出流时是以通过管道出口断面中心点的水平面为基准。
§5.4 短管水力计算
真空输水：世界上最大 世界上最大 直径的虹吸管( 直径的虹吸管(右侧直径 1520毫米 左侧600毫米), 毫米、 600毫米 1520毫米、左侧600毫米), 虹吸高度均为八米， 虹吸高度均为八米，犹如 一条巨龙伴游一条小龙匐 卧在浙江杭州萧山区黄石 垅水库大坝上， 垅水库大坝上，尤为壮 观，已获吉尼斯世界 纪录 。
µc =
1 l λ + ∑ζ d
= 0.0275 ×
1 35 + 5 + 3 × 0.2 + 0.15 + 1 0.35
= 0.325
Q = µc A 2 gH 0 = 0.325 × 0.096 19.6 × 2.6 = 0.22m3 / s
2、计算管顶断面 2-2 的真空高度： 、 的真空高度： 取上游河面 1-1，列断面 1-1 ， 至 2-2 的水流的能量方程， 的水流的能量方程， 采用绝对压强
1 l + ∑ζ d (5 − 26)
ϕc =
1 = µc l 1+ λ + ∑ζ d
(5 − 21)
式（5.26）与式（5.21）相比较，其右侧在分母中少了代表 ）与式（ ）相比较， 出口动能的修正系数1.0，但在∑z 出口动能的修正系数 ，但在 z中却增加了代表出口损失 的局部阻力系数1.0。 的局部阻力系数 。
采暖管道水力计算(精)
K ——管壁的当量绝对粗糙度（m），室内闭式采暖热水管路K ＝0.2×103m ，室外供热管网
－
K ＝0.5×103m ；
v ——热媒在管内的流速，根据热量和供回水温差计算确定（m/s）；
，根据供回水平均温度按按本院技术措施表A. 2.1取值。 γ——热媒的运动粘滞系数（m2/s）
λ={
d j ⎡
1.4 热水采暖的垂直双管系统各层支管之间重力水头H z
H z =
2
h (ρh −ρg g （Pa ） 3
式中 h ——计算环路散热器中心之间的高差 (m；
1.5 单管跨越式系统水温降
1.5.1 单管跨越式系统的散热器和跨越管流量分配
1 单管跨越式系统散热器支路和跨越管支路的流量通过以下2式求得：
=G
t si ——第i 组散热器的出水温度（℃）； t i ——第i 组散热器与之后的管道温度（℃）； t i－1——第i 组散热器之前的管道温度（℃）。 ∑Q, G,t 0
i-1
si
ki
si i h
1.6 散热器数量N
N =N ' ⋅β1⋅β2⋅β3=
Q
β1⋅β2⋅β3 （1.6） n
C ⋅Δt s
N ’——设计工况下散热器数量（长度或片数）；
表7：适用于采用钢管的一般垂直单管系统；（包括立管及干管，计算至建筑热力入口与室外干线连接处。为提高计算速度，本表管道摩擦阻力系数λ采用阿里特苏里公式） 2.1.4 室外供热管道
表8：适用于采用钢管的室外供热管道。
2.2 双管系统
2.2.1 住宅等水平双管系统
1、 一般最远端散热器支路为该户最不利环路。
1.3.3 室外热水供热管网局部阻力按与沿程阻力的比值计算确定，见下表：
简单长管的水力计算
简单长管的水力计算由前可知，长管中的局部水头损失、流速水头两项之和与沿程水头损失的比小于５％，局部水头损失及流速水头可忽略不计，因而可使管道计算大为简化，而且对计算精度影响不大。
一般情况下，给水管路、抽水机的压水管、输油管道等均可按长管计算。
（一）简单长管水力计算的基本公式由长管的定义，长管水力计算时，局部水头损失和流速水头忽略不计，能量方程式可简化为1. 由谢才公式计算沿程水头损失 水利工程中的有压管道，水流一般属于紊流的水力粗糙区，其水头损失可直接由谢才公式计算。
，， lH l h J f ==，联立求解有l RC A Q H 222=令即得 l KQ H 22= （5-15）或 lH KQ = (5-16)式中Ｋ——流量模数。
由上式可以看出，当水力坡降J =1时，Q =K ，故K 具有与流量相同的量纲，在水力学中称为流量模数，或特性流量。
它综合反映管道断面形状、尺寸及边壁粗糙对输水能力的影响。
水力坡度J 相同时，输水能力与流量模数成正比。
对于粗糙系数n 为定值的圆管，K 值为管径的函数。
不同直径及糙率的圆管，当谢才系采用611R nC =计算时，其流量模数K 值如表（5-2）所示。
表5-2 给水管道的流量模数数值 （按611=R nC ） 单位：L/sfhH =Av Q =RJ C v =R AC K =K R AC K =对于一般给水管道，一般流速不太大，可能属于紊流的粗糙区或过渡区。
可以近似认为当米/秒时，管流属于过渡区，h f 约与流速v 的1.8次方成正比。
计算水头损失时，可在公式（5-15）中乘以修正系数k ，即l KQ k H 22= （5-17）对于钢管或铸铁管，修正系数可查表5-3表 5-3 钢管及铸铁管修正系数k 值2. 按《标准》（灌溉排水卷）公式计算管道沿程水头损失L DQ f h b mf = （5-18）式中 Q —— 流量，m 3/h ；f —— 管材摩阻系数； L —— 管长，m ；D —— 管道直径，mm ； m —— 流量指数； b —— 管径指数。
管路水力计算课件
经验公式法是根据大量的实验 数据总结出的经验公式，用于 快速计算管路阻力系数，但精 度相对较低。
管路水头损失计算
管路水头损失是指流体在管路中 流动时所损失的机械能，其计算 方法包括实测法和理论计算法。
实测法是通过实验测量管路中的 水头损失和流速，然后根据相关
公式计算水头损失。
理论计算法是根据流体力学的基 本理论，通过求解伯诺里方程等 方程组来计算水头损失，精度较
03
02
理想流体：无粘性，无旋涡，服从牛顿定律 。
04
稳定流与非稳定流
稳定流：流场中所有物理量都不随时间变 化。
05
06
非稳定流：流场中至少有一个物理量随时 间变化。
03 管路水力计算方法
CHAPTER
伯诺里方程
伯诺里方程是流体动力学的基本方程 ，用于描述流体在管路中的运动状态 和能量变化。
伯诺里方程的求解方法有多种，包括 数值解法和解析解法，其中数值解法 应用较为广泛。
一个家庭用水管，管径为100mm，长度为 10m，需要计算出在一定压力下管路所需 的流量。
复杂管路计算
总结词
适用于管路复杂、分支多、参数变化大等 情况。
公式
H=ΔP/L+∑hf，其中H为水头损失，ΔP为 管路压力损失，L为管路长度，∑hf为局部
水头损失。
详细描述
复杂管路计算需要考虑管路的分支、弯头 、阀门等因素对水力性能的影响，通过建 立数学模型进行计算。
实例
一个工业用水系统，包含多个分支管路和 阀门，需要计算出整个系统的流量和压力 分布。
多管路系统计算
总结词
适用于多个管路相互连接、相 互影响的情况。
详细描述
多管路系统计算需要考虑各管 路之间的相互影响和平衡关系 ，通过建立网络模型进行计算 。
第16讲流体的管内流动与水力计算：简单管路解析
zA 3m
zB 14m
管路系统的总长度L=30m，管路直 径 D 200mm。设管道进口的局部阻力系数 均为1 0.5 ，出口的局部阻力系数为 2 1 ， 弯管的局部阻力系数为 b 0.2，沿程阻力 系数 0.025 ，管路系统输送的流量
为 Q 0.04m3 /。s 求管路系统所需求的能头H。
v2 2g
7
(1
0.025
15 0.2
1
2
0.2)(
0.0745 0.785 0.22
)2
2
1 9.8
5.78m
【例4-14】如图所示，一简单管路系统借
助于一台泵将低压容器A中的液体送到
高压容器B中，若已知吸水池与压水池液
面压力分别为， ， ， ， pA 0.2106 pa pB 1.6106 pa
De
2ab ab
2 11.2 1 1.2
1.09
气体在管路中的流动速度
求雷诺数Re 相对粗糙度
v Q 14 11.65(m / s) A 11.2
Re
v De
11.651.09 15.7 106
8 105
1.5 1.38 10 3 De 1.09 10 3
查莫迪图得
λ=0.021
• 简单管路和复杂管路
管路水力计算的主要任务
• 已知管径D、流量Q，求管路系统中的 阻力损失hW；
• 已知流量Q、阻力损失hW，确定管径D； • 已知管径D、阻力损失hW，核算管路
系统通过流体的能力Q。
一、简单管路及其水力计算
1、短管的计算
则得水箱的水位高度H，又称为管流的作 用水头为
H SHQ2
hw hf hj
SHQ2
管道的水力计算及强度计算(精)
第三章管道的水力计算及强度计算第一节管道的流速和流量流体最基本的特征就是它受外力或重力的作用便产生流动。
如图3—1所示装置，如把管道中的阀门打开，水箱内的水受重力作用，以一定的流速通过管道流出。
如果水箱内的水位始终保持不变，那么管道中的流速也自始至终保持不变。
管道中的水流速度有多大?每小时通过管道的流量是多少?这些都是实际工作中经常遇到的问题。
图3—1水在管道内的流动为了研究流体在管道内流动的速度和流量，这里先引出过流断面的概念。
图3—2为水通过管道流动的两个断面1—1及2—2，过流断面指的是垂直于流体流动方向上流体所通过的管道断面，其断面面积用符号A来表示，它的单位为m2或cm2。
图32管流的过流断面a)满流b)不满流流量是指单位时间内，通过过流断面的流体体积。
以符号q v表示，其单位为m3／h，cm3／h或m3／s，cm3／s。
流速是指单位时间内，流体流动所通过的距离。
以符号。
表示，其单位为m／s或cm ／s。
图3—3管流中流速、流量、过流断面关系示意图流量、流速与过流断面之间的关系如下：以水在管道中流动为例，如图3—3所示，在管段上取过流断面1—1，如果在单位时间内水从断面1—1流到断面2—2，那么断面1—1和断面2—2所包围的管段的体积即为单位时间内通过过流断面1—1时水的流量q v，而断面1—1和断面2—2之间的距离就是单位时间内水流所通过的路程，即流速。
由上可知，流量、流速和过流断面之间的关系式为q v=vA (3—1)式(3—1)叫做流量公式，它说明流体在管道中流动时，流速、流量和过流断面三者之间的相互关系，即流量等于流速与过流断面面积的乘积。
如果在一段输水管道中，各过流断面的面积及所输送的水量一定，即在管道中途没有支管与其连接，既没有水流出，也没有水流入，那么管道内各过流断面的水流速度也不会变化；若管段的管径是变化的(即过流断面的面积A是变化的)，那么管段中各过流断面处的流速也随着管径的变化而变化。
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k 1
Q2 0.152 2 hf k 2 l 2500 9.5m 2 K 2.464
H 1 2 1 H 2 h f 45 61 25 9.5 18.5m
Δ
水塔
H
H1 H2
Δ Δ
1 2
例
6.2
图
第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
因为管道的长度较大，考虑按照长管计算。 解： 列出水厂断面和工厂断面的能量方程
1 H 1 2 H 2 h f
当管径 d 400mm，查表铸铁管 K 2.464 10 3 l s
求得K值后反查表就可得d
A 2 gH C
② 对于短管
Q 1 d
1
4
l d
d 2 2 gH
4Q
C 2 gH
, c 1
1 l d
采用试算法
第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
2. 管道的输流能力，管长已知，要求选定所需的管径及相应的水头。 这是工程中常见的实际问题。通常是从技术和经济两方面综合考虑， 确定满足技术要求的经济流速。 ①管道的技术要求。流量一定的条件下，所选管径的大小影响着管中 的流速，所选管径应使流速控制在既不会产生过大的压力，降低管道 的使用寿命，又不能过小，使泥沙沉积，阻塞管路。一般情况下，水 电站引水管中流速不应大于（5～6）m/s ，给水管中的流速不应大于 （2.5～3）m/s，不应小于0.25m/s 。 ②管道的经济效益。重要的管道在选取管径时一般应选择几个方案进 行比选，选出一种方案，使得管道投资和运转的总费用最小，但是工 程中，费用最小的并非各方面最优或可行，往往是选一种经济上合理 工程上可行的方案作为最终设计方案，这样选定的流速称为经济流速， 对应的直径为经济直径。具体数值可参照有关设计手册。
第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
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第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.5 简单管道水力计算特例
1. 虹吸管的水力计算
虹吸管是一种压力输水管道， （如图）顶部弯曲且其高程高于上游 供水水面。若在虹吸管内造成真空， 使作用在上游水面的大气压强和虹吸 管内压强之间产生压差，水流即能超 过虹吸管最高处流向低处。虹吸管顶 部的真空理论上不能大于最大真空值， 即10米高水柱。实际上当虹吸管内压 强接近该温度下的汽化压强时，液体 将产生汽化，破坏水流的连续性。故 一般不使虹吸管中的真空值大于7－8 米。
流量系数
Q C
c
1 l i d
c
1 4.89 4.6
0.325
d 2
4
2 gH 0.325
0.15 2
4
2 9.8 6.3 0.064 m 3 s 64 l s
第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
第六章 孔口、管嘴出流与有压管流
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
4. 对于一个管道尺寸、水头和流量已知的管道，要求确定管 道各断面的压强的大小
根据能量方程，管路中任意断面处的测压管水头为：
p v2 ( z ) i H 0 ( h f h j ) 0 i 2g
即管路中任意断面i 处的测压管水头等于总水头H0 减去该断 面以前的沿程水头损失与局部水头损失，再减去该断面的流速水 头。把各断面的测压管水头连接起来，就得到整个管路的测压管 水头线。
2. 当已知管道的尺寸和输流能力时，计算水头损失，即要 求确定通过一定流量所必须的水头。
这种类型的题一般在输流工程中用到的较多，按长管计算：
Q2 1 H h f 2 l , K AC R , C R 6 或者用查表法。 n K
1
供水工程中当 v 1.2 m s 时
Q2 H hf k 2 l K 当 v 1.2 m s 时 Q2 H hf k 2 l K
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
对于恒定流，有压管道的水力计算主要有下列几种：
1. 输水能力计算
当管道的布置、断面尺寸d 及作用水头H 已知时，要求确定管
Δ 渗水池 ζ e=0.5 排水管 Δ ζ =0.5
阀
道通过的流量。
例6.1 计算某水电厂由渗
水池排入集水井的流量，已 知排水管的糙率 n 0.0125， 管径d 150mm ，管长l 20m ， 其他数据如图所示。
第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
3. 管道管线布置已定，当要求输送一定的流量时，确定所需 的断面尺寸（圆形管即确定直径）。这时可能出现下列两 种情况：
1. 管道的输流能力Q，管长l 及管道的总水头H 均已确定。
Q2 Q 2l Q H 2 l, K ① 对于长管 H K H l
ζ =0.5
弯
集水井 ζ o=0.5
例 6.1图
第六章 孔口、管嘴出流与有压管流
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
由图可知该排水装置系淹没出流，其计算公式为 解：
1 1
Q c A 2 gH
在淹没出流情况下，作用水头为上、下游水位差 H 45 38.7 6.3m
依据
n 0.0125
第六章
式中k 查表可得
式中 k 1
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
例6.2 由水塔向工厂供水，如图所示，采用铸铁管，管长 2500m，管径400mm。水塔处地形标高为 61m，工厂需水
1பைடு நூலகம்
量 Q 0.152 m 3 s，工厂地形标高 2 45m，管路末端需要的自由水 头 H 2 25m，试设计水塔高度H。
和
1 d 1 0.15 6 d 150 mm ， C ( ) 6 ( ) 46.28 n 4 0.0125 4
8 g 8 9.8 0.0367 2 2 C 46.28
l 20 0.0367 4.89 d 0.15
i
0.5 1.1 2.0 1.0 4.6