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给水排水管网水流特征流态特征在设计时一般只能按恒定流计算。恒定流与非恒定流恒定流：水体在运动过程中，其各点的流速和压力不随时间而变化，而与空间位置有关的流动。非恒定流：水体各点的流速和压力不仅与空间位置有关，还随时间而变化的流动。满管流动

1）如管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，为均匀流，管道对水流阻力沿程不变，采用沿程水头损失公式计算；

2）当管道在局部分叉、转弯与变截面时，流动为非均匀流，采用局部水头损失公式计算。非满管流或明渠流只要长距离截面不变，可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式计算。均匀流与非均匀流非均匀流：液体质点流速的大小和方向沿流程变化，水流参数随时间和空间变化。均匀流：液体质点流速的大小和方向沿流程不变。压力流与重力流压力流：水体沿流程整个周界与固体壁面接触，无自由液面，满管流动，又称管流。压力流输水通过封闭的管道进行，水流阻力主要依靠水的压能克服，阻力大小只与管道内壁粗糙程度有关、管道长度和流速有关，与管道埋设深度和坡度无关。重力流：水体沿流程一部分与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面。非满管流动，又称明渠流。重力流管渠中水面与大气相通，非满流，水流阻力依靠水的位能克服，形成水面沿水流方向降低。给水多压力流，排水多重力流；长距离输水重力流，排水泵站出水管、倒虹管压力流。水流的水头与水头损失测压管水头水头分为水头损失：流体克服流动阻力所消耗的机械能。水头损失分为沿程水头损失局部水头损失

水头：单位重量的流体所具有的机械能，用h或H表示，单位米水柱(mH2O)。位置水头Z压力水头P/r流速水头v2/2g适用于各种紊流，是适用性和计算精度最高的公式。简化为直接计算式（1）柯尔勃洛克-怀特公式e——管壁当量粗糙度，m。适用:较光滑的圆管满流管紊流（给水管道）

代入达西公式q——流量，m3/s；Cw——海曾-威廉粗糙系数。（2）海曾-威廉公式适用于明渠流和非满流排水管道计算。代入谢才公式（3）巴甫洛夫斯基公式

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。代入谢才公式nM——曼宁公式粗糙系数。（4）曼宁公式3.2.2沿程水头损失计算公式的比较与选用

2）巴甫洛夫斯基公式适用范围广，精度高，特别适用于较粗糙的管道和较大范围流态，1.0≤e≤5.0mm；计算繁琐，需用计算机计算。3）曼宁公式特别适用于较粗糙的非满管流和明渠均匀流，0.5≤e≤4.0mm；4）海曾－威廉公式特别适用于较光滑的管道，即给水管网。

1）柯尔勃洛克-怀特公式适用范围广，精度高，计算繁琐，需用计算机计算。3.2.3局部水头损失计算局部阻力设施ξ局部阻力设施ξ全开闸阀0.1990。弯头0.950%开启闸阀2.0645。弯头0.4截止阀3~5.5三通转弯1.5全开蝶阀0.24三流直流0.1局部阻力系数ξ3.2.4水头损失公式的指数形式沿程水头损失计算公式的指数形式：

参数海曾威廉公式曼宁公式K10.67/Cw1.85210.29nM2n1.8522.0m4.875.333沿程水头损失指数公式参数局部水头损失公式的指数形式：沿程水头损失与局部水头损失之和：式中Sg——管道阻力系数；方法：首先根据已知资料，计算出流量Q，根据Q值可初步确定管径D；然后，根据Q、D值，求I、h/D、v值。在这三个未知数中，还需知道一个参数，才能求得另外两个，此时可以在三个参数中先假设一个值，比如流速为最小流速，或是坡度为最小坡度，或是充满度满足一定要求等，之后进行查表或查图，就可得出其余两个未知数；最后要进行校核，若得出的两个参数满足其规定的要求，则计算完成，若不满足要求，则需调整假设值，甚至管径D，重新进行计算。水力计算图适用于混凝土及钢筋混凝土管道，其粗糙系数n＝0.014。每张图适用于一个指定的管径。我国《室外排水设计规范》和《给水排水设计手册》推荐此法。非满流管渠水力计算简化法一水力计算图表例1已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D精度低通用性差坡度充满度流速流量例1已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D

2）根据充满度h/D，查表3.7得A/A0，然后用下式计算流速v。

充满度h/D

流速v已知求流量q管径D水力坡度I1）先由下式计算q/q0，反查表3.7的充满度h/D；例1已知某污水管道设计流量为q=100L/s，根据地形条件可以采用水力坡度为I=7%，初拟采用管径D=400mm的钢筋混凝土管，粗糙系数nM=0.014，求其充满度h/D和流速v。例2已知D=400mm,充满度h/D=0.57,i<0.007,

求i。例3已知钢筋混凝土排水管n=0.013，设计流量q=100L/s，充满度h/D=0.65，最大水力坡度为I=7%，求最小管径D。3.4管道的水力等效简化

多条管道串联或并联，等效为单条管道；管道沿线分散出流或入流，等效为集中出流或入流；泵站多台水泵并联工作可以等效为单台水泵。采用水力等效原理，将局部管网简化成简单的形式。l1l2lNd1d2