给水排水管网水力学基础.pdf

基本概念基本概念管渠水头损失计算管渠水头损失计算非满流管渠水力计算非满流管渠水力计算管道的水力等效简化管道的水力等效简化基本概念基本概念管道内水流特征管道内水流特征Re=Re=vd/vd/基本概念基本概念有压流与无压流有压流与无压流有压流：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：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）基本概念基本概念恒定流与非恒定流恒定流与非恒定流恒定流：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：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基本概念基本概念均匀流与非均匀流均匀流与非均匀流均匀流：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：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基本概念基本概念水流的水头与水头损失水流的水头与水头损失水头：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）基本概念基本概念水流的水头与水头损失水流的水头与水头损失水头损失：水头损失：流体克服阻力所消耗的机械能管渠水头损失计算管渠水头损失计算沿程水头损失计算沿程水头损失计算管渠的沿程水头损失常用谢才公式计算管渠的沿程水头损失常用谢才公式计算对于圆管满流， 沿程水头损失可用达西公式计算R R 为过水断面的里半径，及过水断面面积除以湿周，圆管满为过水断面的里半径，及过水断面面积除以湿周，圆管满流时流时 R=R=流体在非圆形直管内流动时，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其阻力损失也可按照上述公式计算，但应将计算，但应将 D D 以当量直径以当量直径 dede 来代替来代替管渠水头损失计算管渠水头损失计算沿程水头损失计算沿程水头损失计算C C、与水流流态有关，一般采用经验公式或半经验公式计、与水流流态有关，一般采用经验公式或半经验公式计算。算。1.1.舍维列夫公式舍维列夫公式适用：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将上述公式带入达西公式2.2.海曾威廉公式海曾威廉公式适用：适用：较光滑圆管满流（压力管道）将上述公式带入达西公式将上述公式带入达西公式3.3.柯尔勃洛克柯尔勃洛克- -怀特公式怀特公式适用：适用：各种湍流（压力管道）4.4.巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式适用适用：明渠流、非满流管道将上述公式带入谢才公式将上述公式带入谢才公式5.5.曼宁公式曼宁公式适用：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将上述公式带入谢才公式管渠水头损失计算管渠水头损失计算沿程水头损失计算沿程水头损失计算管渠水头损失计算管渠水头损失计算沿程水头损失计算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3 32 23 3 局部水头损失计算局部水头损失计算式中式中 hm hm局部水头损失，局部水头损失，m m；局部阻力系数局部阻力系数P50P50表表 3-43-4。给水排水管网中局部水头损失一般不超过沿程水头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。无压圆管的水力计算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 s；当管径500mm，为 s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 K 称为流量模数称为流量模数上述公式中谢才系数上述公式中谢才系数 C C 如采用曼宁公式计算，则可写成如采用曼宁公式计算，则可写成管道的水力等效简化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。1.1.串联串联等效为一条直径为等效为一条直径为d d，长度为，长度为l=l1+l2+l=l1+l2+ln+ln的管道，管道的管道，管道中的流量相同中的流量相同管道的水力等效简化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。对象具有相同的水力特性。1.1.并联并联等效为并联管道的长度长度为，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总流量等于各管道中的流量相加相加管道的水力等效简化管道的水力等效简化局部水头损失计算的简化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（称为当量管道长度ldld）的沿程水头损失）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）（圆管满流）课后习题课后习题计算：计算：圆形污水管道直径圆形污水管道直径 600mm600mm，管壁粗糙系数管壁粗糙系数 n=n=，管底坡度管底坡度i=i=。求最大设计充满度时的流速。求最大设计充满度时的流速 v v 和流量和流量 q q已知某管道直径为已知某管道直径为 700mm700mm，长度，长度 800m800m，管壁粗糙系数，管壁粗糙系数n=n=，管道上有，管道上有 4545弯头弯头 2 2 个，直流三通个，直流三通 3 3 个，全开闸个，全开闸阀阀 2 2 个，输水流量为个，输水流量为 480L/s480L/s，计算沿程水头损失和局，计算沿程水头损失和局部水头损失部水头损失某排水管道采用铸铁管，某排水管道采用铸铁管，曼宁粗糙系数为，曼宁粗糙系数为，设计流速为设计流速为1m/s1m/s，水力坡度，水力坡度 i=i=，求其水力半径，求其水力半径 R R 和充满度及沿程和充满度及沿程阻力损失阻力损失某排水管道粗糙系数某排水管道粗糙系数 n=n=，设计流量，设计流量 195L/s195L/s，充满度为，充满度为最大设计值，计算管径为最大设计值，计算管径为 600mm600mm 时的水力坡度时的水力坡度 i i在给水排水管网中，在给水排水管网中， 沿程水头损失一般与流速的多少次沿程水头损失一般与流速的多少次方成正比，为什么？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，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？为什么？