给水排水管网水力学基础

1、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 管道内水流特征层流：Re 20001.流态 过渡流 : 2000 Re 4000湍流：Re 4000（给排水管网一般按湍 流考虑）Re= vd/湍流粗糙去（阻力平方 区） h v（2 管径 D较大或管壁较粗糙）2.湍流 湍流过渡区 h v 1.2（2 管径 D 较小或管壁较光滑）湍流光滑区 h v1 .753.1 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

2、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

3、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v C Ri管渠的沿程水头损失常用谢才公式计算2v hf il 2 l (m) fC 2 R对于圆管满流，沿程水头损失可用 达西公式 计算hf l v (m) f D 2g 8Cg2 沿程阻力系数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

4、3.2.1 沿程水头损失计算C 、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）式中13.16 gD1.852 w0.130.148 qq流量， m 3 / sC w 海曾威廉粗糙系数P48表 3 1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）C 17 .71 lg 14.8Re 4.462Re 0.875或14.462Re 0.8752 lg 3.7 De - -管壁当量粗糙度(m)， P49表 3 24.巴甫洛

5、夫斯基公式适用 ：明渠流、非满流管道 R y C nB式中 y 2.5 n B 粗糙系数nB 0.13 0.75 R ( nB 0.10)， P49 表 3 3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

6、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 23 局部水头损失计算式中 hm局部水头损失， m； 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/s3

7、.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.

8、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