给水排水管网水力学基础

给水排水管网水力学基础3.1给水排水管网水力学基础流态特征水的三种流态：层流

Re<2000紊流

Re>4000过渡流

2000~4000给水排水管网水流一般处在紊流流态紊流流态分为三个阻力特征区：阻力平方区水头损失与流速平方成正比过渡区水头损失和流速1.75~2次方成正比水力光滑管区水头损失和流速1.75次方成正比给水排水管网水流一般处在阻力平方区和过渡区当流速较小时，各流层质点互不混杂，这种型态的流动叫层流。当流速较大时，各流层质点形成涡体互相混掺，这种型态的流动叫做紊流。层流：液体质点作有条不紊的线状运动，水流各层或各微小流束上的质点彼此互不混掺。紊流：液体质点在沿管轴方向运动过程中互相混掺。恒定流与非恒定流给水排水管网中，水流水力因素随时间变化，属于非恒定流，水力计算复杂。在设计时一般只能按恒定流计算。按运动要素是否随时间变化表征液体运动的物理量，如流速、加速度、动水压强等恒定流非恒定流水库水库t0时刻t1时刻

均匀流与非均匀流非均匀流：水流参数随空间变化。满管流动

1）如果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。非满管流或渠流，只要长距离截面不变，可以近似为均匀流。均匀流均匀流非均匀流均匀流非均匀流均匀流非均匀流非均匀流渐变流急变流急变流急变流压力流与重力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

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测压管水头流速水头v2/2g水头损失流体克服流动阻力所消耗的机械能称为水头损失。当流体受固定边界限制做均匀流动时，流动阻力中只有沿程不变的切应力，称为沿程阻力。由沿程阻力引起的水头损失成为沿程水头损失。当流体的固定边界发生突然变化，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称为局部阻力。由局部阻力引起的水头损失成为局部水头损失。3.2管渠水头损失计算谢才公式hf——沿程水头损失，m；v——过水断面平均流速，m/s；C——谢才系数；R——过水断面水力半径，m，圆管流R=0.25D；l——管渠长度，m。3.2.1沿程水头损失计算沿程水头损失计算对于圆管满流，达西公式：D——管段直径，m；g——重力加速度，m/s2；λ——沿程阻力系数，λ=8g/C2沿程阻力系数的变化规律尼古拉兹实验或Lg（100λ）lgRe层流时,水力光滑壁面,称为紊流光滑区水力粗糙壁面,称为紊流粗糙区过渡粗糙壁面,称为率流过渡粗糙区谢才系数或沿程阻力系数的确定（1）舍维列夫公式

适用于旧铸铁管和旧钢管满管紊流，水温10度，常用于给水管道水力计算。谢才系数或沿程阻力系数的确定（2）海曾-威廉公式

适用于较光滑的圆管满流管紊流计算，主要用于给水管道水力计算。

q——流量，m3/s；

Cw——海曾-威廉粗糙系数。谢才系评数或沿并程阻力颂系数的楼确定（3）柯尔愈勃洛克-怀特公倚式适用她于各疯种紊妹流，瞎是适那用性径和计奥算精鸡度最宗高的莲公式凭之一。e——管壁当吴量粗糙智度，m。谢才系悉数或沿两程阻力摊系数的射确定（4）巴麻甫洛辛夫斯绑基公躺式适用于抛明渠流差和非满晶流排水筛管道计垂算。谢才筛系数赵或沿绪程阻授力系冈数的织确定（5）曼宁任公式巴甫耍洛夫皮斯基饿公式野中y=竞1/似6时的字特例肃，适缎用于樱明渠制或较碍粗糙样的管唤道计制算。nM——曼宁公主式粗糙缎系数。沿程眯水头舅损失渔计算失公式上的比院较与洪选用柯尔勃烛洛克-怀特公窑式具有较借高的精凤度;巴甫洛赴夫斯基监公式具有较赏宽的适扑用范围驳，1.0猜≤e趟≤5.授0mm喝;曼宁公吓式适用于腐较粗糙薄的管道,帮0.晚5≤疲e缠≤4讨.0工mm糖;海曾-威廉公炎式适用于表较光滑洁的管道,e喇≤吐0.脾25郑mm掘;舍维列钟夫公式适用于1.0放≤e剧≤1.粒5mm售.局部水扩头损失百计算局部阻力设施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水头损亦失公式我的指数岛形式沿程芬水头狭损失堡计算差公式值的指失数形盲式：参数海曾威廉公式曼宁公式舍维列夫公式K10.67/Cw1.85210.29nM20.001798n1.8522.01.911m4.875.3335.123局部水水头痒损失朴公式授的指保数形姨式：沿程服水头除损失袍与局抚部水皮头损裹失之嘱和：式中Sg——管道阻晨力系数翼；3.柴3非满叙流管训渠水严力计毅算排水灾管网塞和长滥距离战输水厉工程蛛常采抛用非轮满管棒流。非满管姥流水力岔计算的愉目的：确定佩管段梅流量摘、流耀速、撇断面箭尺寸柱、充饺满度弊和坡斑度之第间的赢关系页。3.估3.稻1非满流狠管渠水藏力计算他公式充满度h/寇D——指设邮计流芦量下傲，管驶道内劳的有玩效水宅深与棒管径魄的比确值。过水视断面A=A（D，h/D）水力半超径R=瞒R(饱D,覆h/载D)采用弯谢才血公式呀计算腾水头烫损失需，将誉曼宁荣公式刘代人稠并转据换：由流量酱和流速柔关系得附：hD5个水力这参数q、D、h、I、v,已知其级中3个才庸能求强出另塌一个弃，水淡力计钻算很东复杂客。――非满勾流管后渠水厌力计景算基稻本公狸式污水管乓道按不耕满流设器计的原抢因（1）流辟量时稼刻变慎化，爷很难肌确定尾计算技，而并且雨信水、硬地下竞水可刷能通携过检匆查井殃盖或垃管道于接口搂渗入态污水云管道买。因造此，洽要保印留一蔑部分青管道职断面屡，为撒未预舍见的星水量参留有补余地厚，避垂免污覆水移雾出，置妨碍闪环境扁卫生养，同资时使毕渗入扁的地土下水堵顺利衣流泻脏。（2）污薪水管狗道内誓沉积弦的污惜泥可擦能分胞解出蹲一些粒有害坟气体寨。此郊外，乏污水鲜中如才含有尺汽油某、苯基、石处油等全易燃渗液体斗时，能可能像形成锄爆炸农性气车体。拒故需洽要留阶出适茎当的策空间万，以童利于苍管道筛的通终风，窜排除扇有害扭气体田。（3）管取道部智分满屯流时路，管借道内酷水流慎速度繁在一枪定条叠件下烛比满冲流大陡一些额。流苹速大愁，有得利于朋冲刷森淤泥棒。非满攻流水哥力计伸算简窜化方部法（1）水力开计算图警表（2）借助满伸流水力莲计算公开式并通乔过一溉定的辜比例闹变换严进行户计算充满殖度流量坡度流速（1）水特力计印算图铜表精度谁低，症通用阀性差逗。水力膏计算歼图适售用于脑混凝院土及芳钢筋麦混凝团土管帅道，亲其粗够糙系娇数n＝0.伍01件4。每张霞图适用骨于一个虏指定的乎管径。枕图上的辉纵座标悬表示坡戏度I，即久是设雷计管款道的与管底赢坡度虽，横酷座标袜表示吃流量Q，图陵中的拍曲线丧分别半表示铁流量贱、坡浇度、扒流速家和充蚕满度占间的保关系棉。当野选定印管材递与管石径后汇，在猾流量Q、坡寺度I、流速v、充洪满度h/D四个阿因素衣中，覆只要明已知傻其中娱任意束两个解，就趋可由女图查袭出另绢外两涉个。排水管那渠粗糙洗系数表管渠类别粗糙系数n管渠类别粗糙系数n石棉水泥管、钢管0.012浆砌砖渠道0.015木槽0.012～0.014浆砌块石渠道0.017陶土管、铸铁管0.013干砌块石渠道0.020～0.025混凝土管、钢筋混凝土管水泥砂浆抹面渠道0.013～0.014土明渠包括（带草皮）0.025～0.030(2)比例喊变换番法假设初有一散条满嗽流管欣渠与锅待计尽算的袖非满王流管启渠具档有相龙同的供管径D和水轨力坡出度I，其过蒜水断面奔面积为A0，水恰力半魄径为R0，通沸过流打量为qo，流漆速为vo，可挂以证自明：A/购A0、R/录R0、q/皆qo、v/忍vo只和符充满基度有于关。非满流崇管渠水馅力计算骨方法一、焦已知韵流量q、管翠径D和水力评坡度I，求止充满笔度h/主D和流速1、先由颈下式计遍算q/q0，反盟查表3.7得充满舍度h/败D;2、根蛇据充蔬满度h/D，查贪表3.7得A/A0，然甜后用墨下式跑计算君流速v。例3.才1已知某捡污水管获道设计母流量为q=娘10椅0L见/s，根执据地士形条淹件可气以采求用水导力坡近度为I=船7%，初拟超采用管采径D=4通00m陡m的钢筋辽混凝土锯管，粗胆糙系数nM=芦0.0迎14，求其拨充满度h/疼D和流般速v。解用期粗糙度何系数、乏管径和窄水力坡乒度带入磁式3.3锣2计算：反查表3.7的充满由度h/D偶=56票.9%，相应A/AO=0辣.5寇87，由馅式3.宽33计算：非满完流管逃渠水钉力计更算方攀法二、虎已知炭流量q、管续径D和流速v，求充炼满度h/D和水力院坡度I求解步海骤：1、先评由下投式计爹算A/达A0，反茅查表3.中7得充满路度h/拢D2、根据遮充满度h/膝D，查表3.行7得R/R0，然陪后用权下式棉计算剃水力爆坡度I非满劈燕流管杰渠水举力计船算方惠法三、已脸知流量q、管径D和充满饼度h/侨D，求村水力峡坡度I和流雹速v求解步卫骤：1、先况根据画充满壤度h/提D查表3.洪7求出q/挤q0，然后口用下式岭计算水市力坡度I2、根岔据充棒满度h/D查表3.7得A/急A0，然后富用下式呆求流速v。非满流裁管渠水费力计算律方法四、裙已知锦流量q、水力后坡度I和充满殃度h/D，求管岗径D和流速v1、根据趴充满度h/龙D查表3.7得q/q0，然后浙用下式恢计算管乔径D2、根据志充满度h/抚D查表3.7求出A/A0，然后娘用下式叨计算流戴速v非满流次管渠水查力计算矩方法五、少已知创管径D、充昼满度h/D和水力国坡度I，求皮流量q和流速v1、根据抢充满度h/猫D查表3.然7求出q/q0，然后扰用下式烘计算流侦量q2、根据奴充满度h/D查表3.库7求出A/A0，然凑后用廊下式稼计算肆流速v非满转流管挑渠水递力计戏算方送法六、极已知椒管径D、水窝力坡膜度I和流速v，求流割量q和充蛋满度h/D1、根毯据下衫式计盾算R/爪R0，由表3.7反查布得h/D2、根圆据充皮满度h/筒D查表3.恭7求出A/宏A0，然话后用益下式祸计算垫流量q例题见雄教材p573.垄4管道眠的水侄力等题效简低化采用水火力等效历的原理污，将局饼部管网抵简化成逗简单的熄形式。多条拣管道耻串联截或并抖联，等藏效为赴单条漫管道标；管道沿说线分散舌出流或仙入流，等良效为泼集中知出流材或如轿流；泵站遥多台顶水泵恼并联工作可戏以等效逗为单台集水泵。l1l2lNd1d2dN1、串违联管煌道的连简化l根据弃水力分等效胆的原彩则：简化然成一条来后，在窃相同的慢总输入惩流量下谨，应具母有相同百水头损担失。2、并联劳管道的甲简化将它考们等让效为错一条婆直径懂为d，长度疲为l的管道员，输送快流量q=q1+q2+…qN。根据水跳力等效累的原则：简化胀成一条膨后，在例相同的誉总输入烂流量下眼，应具弃有相同斜水头损茧失。d1q1d2q2dNqNq当管霞径相牙等时粮：任一管拔段的流巧量：沿线割流量组，转尽输流监量。3、沿研线均唇匀出铃流简杀化沿线蜻流量修和节沈点流球量比流抬量：为简酸化计销算而简将除它去大崖用户痛集中做流量汤以外艘的用滨水量荒均匀介地分猎配在催全部有效干遣管长度上，局由此嘱计算肃出的钳单位接长度职干管维承担摔的供江水量强。城镇聚中用嫁水量罚标准朴不同追的区迷域应碗分别杠计算吓比流星量。公园街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊沿线的流量：干管有疤效长度竭与比流饥量的乘生积。按管舰道长恰度计祥算的道比流货量不参能反吗映供庭水人演数和团用水废量的眼差别索，可妈采用狼按面碌积计手算比嗽流量纯的方永法。管网中拿除最末爬端的管毯段外，军其他任趋一管段迫的流量俯都由两谋部分组海成，一旋部分是胃本管段殊沿程配袭水产生锄的流量春，即沿线流小量，另战一部怕分是喝通过妖该管暂段输被送到县下游懂管段袋的流凝量，掠称为转输越流量。节点流在量：沿线流屯量只有盲概念上衰的意义斜，在水琴力计算钩时应将沿线在流量按裳适当比场例分配肠到两各见节点，成为咱节点流协量。沿环线流量杆转换成蚕节点流惩量的原卸则是管东段的水和头损失槐相同。假设沿肤线出流真均匀，矛则管道兵内任意形断面x上的掠流量炼可以颗表示健为：锋沿脏程水饭头损柴失计伞算如雕下：为简阻化计聚算，妹将沿千线流卧量ql分为两溪个集中垄流量，扇分别转抽移到管颂段的两齐个节点赖。假设转省移到末谷端的流毙量为aql，则通过理管道流府量为：水头损室失为：根据浇水力呀等效早原则盆：由此荷表明真，管梨道沿扮线出纲流的锹流量慢可以坟近似辈地一虹分为冤二，炎转移妖到两挠个端将点上吼。4、局部掠水头损惠失计算始的简化可将搏局部驴水头痕损失营等效情于一较定长岭度的窑