各种管道水头损失的简便计算公式

各种管道水头损失的简便计算公式

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摘要：从计算水头损失的最根本公式出发，将各种管道的计算公式加以推导，得出了计算水头损失的简便公式，使得管道工程设计人员从繁琐的计算中解脱出来，提高了工作效率。

关键词：水头损失塑料管钢管铸铁管混凝土管钢筋混凝土管

在给水工程应用中经常要用到水头损失的计算公式，一般情况下计算水头损失都是从水力摩阻系数λ等基本参数出发，一步一步的代入计算。其实各个公式之间是有一定的联系的，有的参数在计算当中可以抵消。如果公式中只剩下流速、流量、管径这些基本参数，那么就会给计算者省去不少的麻烦。在此我们充分利用了各参数之间以及水头损失与水温的关系，将公式整理简化，供大家参考。

1、PVC-U、PE的水头损失计算

根据《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》规定，塑料管道沿程水头损失hf应按下式计算：

（式1-1）

式中λ—水力摩阻系数；

L—管段长度（m）；

di—管道内径（m）；

v—平均流速（m/s）；

g—重力加速度，9.81m/s2。

因考虑到在通常的流速条件下，常用热塑性塑料给水管PVC-U、PE管一般处于水力光滑区，管壁绝对当量粗糙度对结果的影响非常小或没有影响，故水力摩阻系数λ可按下式计算：

（式1-2）

式中Re—雷诺数。

雷诺数Re应按下式计算：

（式1-3）

式中γ—水的运动粘滞度（m3/s），在不同温度时可按表1采用。

表1水在不同温度时的γ值（×10-6）

水温℃

05101520253040

γ（m3/s）1.78 1.52 1.31 1.14 1.000.890.80

0.66

从前面的计算可知，若要计算水头损失，需将表1中的数据代入，并逐步计算，最少需要3个公式，计算较为繁琐。为将公式和计算简化，以减少工作量，特推导如下：

因具体工程水温的变化较大，水力计算中通常按照基准温度计算，然后根据具体情况，决定是否进行校正。冷水管的基准温度多选择10℃。

当水温为10℃时的γ=1.31×10-6 m3/s，代入式1-3

得（式1-4）

将式1-4代入式1-2

（式1-5）

再将式1-5代入式1-1

得

（式1-6）

取L为单位长度时，hf即等同于单位长度的水头损失i，所以

（式1-7）

又因为（式1-8）

（式1-9）

（式1-10）

现可用式1-7或式1-10代替式式1-1、式1-2和式1-3，式1-7适用于流速为已知的条件下，式1-10适用于规定流量的条件下。通过简化公式，大大减少了计算量，计算起来更加方便快捷。

2、钢管、铸铁管道的水头损失

计算均匀流沿程水头损失的基本公式—达西公式

（式2-1）

式中λ—水力摩阻系数；

L—管段长度（m）；

di—管道内径（m）；

v—平均流速（m/s）；

g—重力加速度，9.81m/s2。

根据舍维列夫进行的钢管及铸铁管的实验，提出了计算过渡区及阻力平方区的阻力，

新钢管（式2-2）

注：此公式适用于以m计。

将式2-2代入式2-1得：（式2-3）

取L=1m，即沿程水头损失hf为管道单位长度的水力坡降i，可得

（式2-4）

对新铸铁管（式2-5）

同理可得：（式2-6）

注：此公式适用于以m计。

对旧钢管及旧铸铁管

当v＜1.2m/s

以m计。（式2-7）

当v≥1.2m/s

以m计。（式2-8）

同以上推导过程：

当v＜1.2m/s

（式2-9）

当v≥1.2m/s

（式2-10）

3、混凝土管、钢筋混凝土管的水头损失：

对于钢筋混凝土管，通常采用谢才公式计算水力坡度：

（式3-1）

式中R—水力半径

对于圆管（式3-2）

C—谢才系数（式3-3）

n—粗糙系数，0.013-0.014。

将式3-2、式3-3代入3-1式得：

（式3-4）

当n=0.013时，（式3-5）

由（式3-6）

（式3-7）

得：（式3-8）

同理当n=0.014时（式3-9）

4、结论

计算热塑性塑料管道PVC-U、PE管的水头损失可用式1-7或式1-10代替式1-1、式1-2和式1-3，式1-7适用于流速为已知的条件下，式1-10适用于规定流量的条件下。计算钢管和铸铁管水头损失可用式2-4、式2-6、式2-9和式2-10等简化公式。计算混凝土管和钢筋混凝土管水头损失可用式3-5、式3-8或式3-9代替式3-1、式3-2和式3-3等简化公式。通过简化公式，大大减少了计算量，计算起来更加方便快捷。

注：以上公式中的i值均为水温为10℃时的水头损失，如果水温不是10℃，i

值均应乘以修正系数K1，见表2：

表2水温修正系数表