给水排水管道系统第三章给水排水管网水力学基础

第三章给水排水管网水力学基础3.1给排水管网水流特征3.1.1液态特征三种流态：层流、紊流及介于两者之间的过渡流三种流态。紊流流态又分为三个阻力特征区：阻力平方区、过渡区及水力光滑区。3.1.2恒定流与非恒定流非恒定流的水力计算特别复杂时，在设计时，一般也只能按恒定流计算。3.1.3均匀流与非均匀流定义：水流参数往往随时间和空间变化叫非均匀流3.1.4压力流与重力流1．压力流：hf∝n、l、v；与H、I无关（压能克服水流阻力）2．重力流：靠水的位能克服给水管网基本上采用压力流输水方式，而排水管网多采用重力流输水方式。3.1.5水流的水头与水头损失水头损失：流体克服流动阻力所消耗的机械能。水头分为位置水头、压力水头和流速水头三种形式。3.2管渠水头损失计算3.2.1沿程水头损失计算管渠沿程水头损失通常用谢才公式；圆管满流，沿程水头损失也可以用达西公式；目前国内外使用较广泛的公式如下：1．舍维列夫公式适用：旧铸铁管和旧钢管满管紊流，水温100C0（给水管道计算）2．海曾－威廉公式适用：较光滑圆管满流紊流（给水管道）3．柯尔勃洛克－怀特公式适用：各种紊流，是适应性和计算精度最高的公式4.巴甫洛夫斯基公式适用：明渠流、非满流排水管道5．曼宁公式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。3.2.2沿程水头损失计算公式的比较与选用⑴巴甫洛夫斯基公式适用范围广，计算精度也较高，特别是对于较粗糙的管道，管道水流状态仍保持较准确的计算结果，最佳适用范围为1.0≤e≤5.0mm；⑵曼宁公式亦适用于较粗糙的管道，最佳适用范围为0.5≤e≤4.0mm；⑶海曾－威廉公式则适用于较光滑的管道，特别是当e≤0.25mm（CW≥130）时，该公式较其它公式有较高的计算精度；⑷舍维列夫公式在1.0≤e≤1.5mm之间给出了令人满意的结果，对旧金属管道较适用，但对管壁光滑或特别粗糙的管道是不适用的。3.2.3局部水头损失计算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。3.2.4水头损失公式的指数形式有利于管网理论分析，便于计算机程序设计。3.3非满流管渠水力计算3.3.1非满流管渠水力计算公式对于圆管非满流，其过水断面积A和水力半径R不但与管径D有关，且与管内水流充满度有关。3.3.2非满流管渠水力计算方法非满流管渠水力计算共有5个参数，即流量、管径、水力坡度、充满度和流速，只要任意已知其中的三个参数，另两个参数可以通过上述各水力计算公式求解。3.4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。3.4.1串联或并联管道的简化3.4.2沿线均匀出流的简化3.4.3局部水头损失计算的简化一般忽略，特殊情况下，局部水头损失必须进行计算。3.5水泵与泵站水力特性3.5.1水泵水力特性公式及其参数计算水泵是给水排水管网中的加压与提升设备，所提供的能量用扬程表示，扬程即水泵提供给单位重量水的机械能。水泵的机电性能决定了水泵流量与扬程之间的对应关系，这种关系是给水排水管网水力特性的组成部分，从水泵样本中可以查到其图形或表格表达形式，通过数学分析手段，可将水泵水力特性写成公式形式。3.5.2并联泵站水力特性公式给水排水管网中的水泵多数以并联形式工作，以便通过水泵的台数组合适应流量的变化。实现并联工作的水泵必须具有相近的工作扬程范围，特别是高效区的扬程范围应接近。