长距离输水管道水力计算公式的初探

长距离输水管道水力计算公式的初探

在输水工程施工过程中，水流从管道经过时造成的水力损失是一个需要重点解决的问题，使用公式的合理性直接影响到设计方案的合理性及经济性，同时对水锤防护和泵型选择具有重要意义，基于此本文对长距离输水管道水力计算公式的选用进行探讨。

标签：长距离输水管道水力计算公式

1长距离输水管道水力计算的公式

长距离输水管道一般根据均匀流进行水力计算，当前主要使用的公式有：

（1）谢才公式：V=C■

（2）达西公式：hf=λ■■

（3）海澄威廉公式：hf=■

在公式中，沿程损失为hf，单位为m，管道长度为l，单位为m，沿程阻力系数为λ，管道计算内径为d，单位为m，重力加速度为g，单位为m/s2，谢才系数为C，水力坡降为i，水力半径为R，管道流量为Q，m3/s，流速为v，m/s。海澄威廉系数为Ch。在以上三个公式中，对于明渠水力和管道使用谢才公式和达西公式比较适用，由于海澄威廉公式对参数造成比较少，在计算管网系统时使用的比较多。

2选择的管道材料对计算公式造成的影响

由于管道材质不同和工艺不同，管道表面的粗糙程度差异性较大。长距离输水过程中，管道越粗糙，管道输送时产生的能耗就越大。工程设计过程对于直径相同但是粗糙程度不同的管道，相同流速下管道中的水处于的紊流状态是不同的，当水流状态超过了使用的水力计算公式的适用范围，就会提高计算误差，而这一误差的出现会导致无法预计的后果出现。大多数的管材使用达西公式进行计算，只有混凝土管道建议使用谢才公式。新版《室外给水设计规范》中，将舍维列夫公式的有关条文取消，只是笼统的对达西公式进行使用，没有明确指出计算λ值时需要使用的经验公式，考虑到舍维列夫公式是在就铸铁管和旧钢管的基础上建立起来的，当前使用的铸铁材料或钢质管道通常会对管道的内壁进行防腐处理，经过处理后的钢管内壁比较光滑，摩擦力很小，如果仍然使用维列夫公式进行计算就会出现比较大的误差，所以对这些管道进行计算时，使用舍维列夫公式并不合适。实践证明，使用谢才公式和柯列勃洛克公式进行计算更加合理。

海澄-威廉公式可以计算各种材质管道的水力，在确定海澄-威廉系数时，要根据管材的质量确定Ch的取值，对于涂装有防腐涂层或水泥砂浆的管道来说，

海澄-威廉系数要根据具体测算数据和工程经验进行选取。

因此，管材差异值主要是体现在管道内表面粗糙程度上，水力计算结果受公式中粗糙相关系数影响很大。此外由于同种类型的管道在加工过程中，使用加工工艺并不相同，表面的粗糙程度有较大差异性，所以设计过程中注意管材粗糙度系数的选取。

3管道直径对长距离输水管道水力计算公式的影响

对于给出具体管道直径、流量的管道系统来说，通过对比相关费用，可以选择出最佳管道直径。此外管道直径对沿程水头的损失影响也较大，如果不考虑这个问题，会导致系统出现不必要的安全隐患。根据雷诺数计算公式Re=■可以看出，管道直径d、水流速度ν和雷诺数成正比，和运动粘度呈反比。为了保证计算的准确性，根基设计管道的不同要核对计算公式是否适合，确保计算计算结果的准确。由于多数的工程都是按照1.3×10-6m2/s，水温10℃的条件进行考虑的，所以雷诺数会受到管道口径和流动速度的影响。例如对于塑料管道来说，设计正常流速范围时，管道直径在100mm以上时，即使管道还处于紊流光滑区，但是雷诺数在105以上，超出了布拉修斯公式的可用范围，并且雷诺数和误差成正比。对于PVC-U管来说，当使用柯列波洛克公式和布拉修斯公式进行对比计算时，在流动速度为1.5m/s，管道直径为500mm时，使用柯烈勃洛克公式得到的水力坡降比结果要比使用布拉修斯公式计算得到水力坡降比高出11%。所以不建议使用布拉修斯公式对塑料内衬管或塑料管进行计算，最好使用柯列勃洛克公式进行计算。以此类推，在使用谢才公式进行计算的时候，当管道的内直径超过2m时不要使用曼宁公式对谢才系数进行计算，如果使用巴普洛夫斯基公式，可以适用于12m以下的管径，已经完全达到了普通输水管道的计算要求。海澄威廉公式的数据是经过大量的试验测量得到的，这个公式使用起来非常的简单，在管网水力计算中应用广泛，很多国内外计算水力的软件都是使用这个公式进行编制的。

4水流速度对长距离输水管道水力计算公式的影响

根据达西公式可以看出，hf和水的流动速度是成正比的，流动速度越高，hf 也越高，于此相反，流动速度越小，hf也会随之变小。现以新铸铁管为例进行说明，在使用达西公式进行计算时，新铸铁管水力粗糙系数可以使用查舍维列夫公式进行计算，得到新铸铁管水力粗糙系数：λ=■（1+■）0.284L

当取值为1000m时，得到的计算结果如下图所示。

5结语

由于长距离输水管道的运送距离比较长，为了对设计进行优化要尽可能降低沿程水力计算的误差，将水力误差控制在合理的范围中，根据管道口径、管道材料的不同，分析管道的水流情况，防止超出水力公式计算范围的情况出现，对于口径比较大的管道，最好使用柯列勃洛克公式进行计算，尽量不要使用海澄威廉公式，经过试验证明使用柯列勃洛克公式计算准确对高，可以适应各种类型的水

力条件。为了保证计算结果准确性可以使用电脑进行辅助运算，手工计算可以通过查看莫迪图或查表进行辅助计算。

参考文献

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