第三章给水排水管道系统水力计算基

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33.1基本概念流考虑）（给排水管网一般按湍湍流：过渡流层流：流态40004000200020001ReRe:Re.7512212vhDvhDvh2...湍流光滑区较小或管壁较光滑）（管径湍流过渡区较大或管壁较粗糙）（管径区）湍流粗糙去（阻力平方湍流～3.1.1管道内水流特征第3章给水排水管网水力学基础Re=ρvd/μ43.1.2有压流与无压流3.1基本概念第3章给水排水管网水力学基础有压流：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）53.1.3恒定流与非恒定流3.1基本概念第3章给水排水管网水力学基础恒定流：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63.1.4均匀流与非均匀流3.1基本概念第3章给水排水管网水力学基础均匀流：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73.1.5水流的水头与水头损失3.1基本概念第3章给水排水管网水力学基础水头：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）水头位置水头：流体所处的高程，Z压力水头：p/γ（γ-流体的重度，单位体积流体的重力，G/V)流速水头：v2/2g单位：m测压管水头83.1.5水流的水头与水头损失3.1基本概念第3章给水排水管网水力学基础水头损失：流体克服阻力所消耗的机械能水头损失沿程阻力:受固定边界限制做均匀流动局部阻力:固定边界发生变化，引起流速分布或方向发生变化，从而集中发生在较短范围的阻力93.2.1沿程水头损失计算3.2管渠水头损失计算第3章给水排水管网水力学基础管渠的沿程水头损失常用谢才公式计算沿程阻力系数λλ228(m)2CggvDlhf(m)lRCvilh22f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RiCv103.2.1沿程水头损失计算3.2管渠水头损失计算第3章给水排水管网水力学基础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）1.2m/sv867.010.001824g1.2m/svD0.00214g3.03.00.3vD111.2m/sv867.010.000912v1.2m/svD0.00107v3.03.121.32lvDlhf沿程阻力系数λλ228(m)2CggvDlhf将上述公式带入达西公式123.2.1沿程水头损失计算3.2管渠水头损失计算第3章给水排水管网水力学基础2.海曾－威廉公式适用：较光滑圆管满流（压力管道）1348/16.133148.0852.113.0表－海曾－威廉粗糙系数－流量，式中＝PCsmqqCgDww13lDCqhwf87.4852.1852.167.10＝沿程阻力系数λλ228(m)2CggvDlhf将上述公式带入达西公式143.2.1沿程水头损失计算3.2管渠水头损失计算第3章给水排水管网水力学基础3.柯尔勃洛克-怀特公式适用：各种湍流（压力管道）2349)(--eRe462.47.3lg21Re462.48.14lg71.17875.0875.0表，管壁当量粗糙度＝－或＝－PmDeReC153.2.1沿程水头损失计算3.2管渠水头损失计算第3章给水排水管网水力学基础4.巴甫洛夫斯基公式适用：明渠流、非满流管道33表P49，)10.0(75.013.05.2粗糙系数式中＝BBBBynnRnynRC16lRvnhyBf1222将上述公式带入谢才公式(m)22lRCvhf173.2.1沿程水头损失计算3.2管渠水头损失计算第3章给水排水管网水力学基础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33表P49，6粗糙系数BnnRC＝18lDqnhlRvnhff333.522333.12229.10或将上述公式带入谢才公式(m)22lRCvhf19第3章给水排水管网水力学基础3.2管渠水头损失计算3.2.1沿程水头损失计算公式名称适用条件推导公式舍为列夫公式旧金属管，湍流，满圆管流，不适用管壁光滑或粗糙达西公式海曾-威廉公式管比较光滑，湍流，圆管满流达西公式柯尔勃洛克-怀特公式各种湍流（满与不满，光滑与不光滑）谢才公式巴普洛夫斯基公式明流渠和非满流管道，特别是较粗糙的管道谢才公式曼宁公式明渠和较粗糙的管道谢才公式20第3章给水排水管网水力学基础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沿程阻力系数λλ228(m)2CggvDlhf(m)lRCvilh22fRiCv61Rn1C213．2．3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。g2vh2m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。223.3无压圆管的水力计算第3章给水排水管网水力学基础(m)lRCvilh22f6Rn1CRiCv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/s00BvvQAQ233.4非满流管渠的水力计算第3章给水排水管网水力学基础上述公式中谢才系数C如采用曼宁公式计算，则可写成KiiRACvAQ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：RiCvK称为流量模数2132iRn1AvAQ2132iRn1v243.5管道的水力等效简化第3章给水排水管网水力学基础水力等效简化原则：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253.5管道的水力等效简化第3章给水排水管网水力学基础水力等效简化原则：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263.5管道的水力等效简化第3章给水排水管网水力学基础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）局部水头损失g2v2lRCvd22）（λλ22Cg8g2vDl沿程水头损失=2dCg8ddlζλζ27课后习题第3章给水排水管网水力学基础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？沿程阻力系数λλ228(m)2CggvDlhf(m)lRCvilh22fRiCv61Rn1C2132iRn1AvAQ2132iRn1vg2v22dCg8ddlζλζ28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第3章给水排水管网水力学基础