第三章第3章给水排水管网水力学基础要点

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

3.1基本概念

3.1.1管道内水流特征

Re=ρvd/μ

3.1基本概念

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）

3.1基本概念

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3.1基本概念

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

3.1基本概念

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）

3.1基本概念

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

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

对于圆管满流，沿程水头损失可用达西公式计算

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 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）

将上述公式带入达西公式

2.海曾－威廉公式

适用：较光滑圆管满流（压力管道）

将上述公式带入达西公式

3.柯尔勃洛克-怀特公式

适用：各种湍流（压力管道）

4.巴甫洛夫斯基公式

适用：明渠流、非满流管道

将上述公式带入谢才公式

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

将上述公式带入谢才公式

3.2管渠水头损失计算3.2.1沿程水头损失计算

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

3．2．3 局部水头损失计算

式中hm——局部水头损失，m；

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。

3.3无压圆管的水力计算

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

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，为0.8m/s

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：

K称为流量模数

上述公式中谢才系数C如采用曼宁公式计算，则可写成

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

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

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

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）

课后习题

计算：

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

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

◆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？