长距离输水管道水力计算公式的选用..pdf
长距离输水管道水力计算公式的选用1 常用的水力计算公式：供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有:达西（DARCY）公式：l v2hfd 2g（1）谢才（chezy）公式：v C Ri（2）海澄威廉（HAZEN-WILIAMS）公式：10.67Q1.852l（3）hf1.8524.87Chd式中 hf-沿程损失，m沿程阻力系数l管段长度，md-管道计算内径，mg-重力加速度，m/s2C-谢才系数i-水力坡降；R水力半径，mQ管道流量 m/s2v-流速 m/sCn-海澄威廉系数其中大西公式，谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。2 规范中水力计算公式的规定3 查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异，见表1：表 1 各规范推荐采用的水力计算公式序号推荐公式1达西公式2谢才公式3达西公式4谢才公式参数（参数计算公式）（舍维列夫公式）适用管道旧钢管，旧铸铁管规范名称室外给水设计规范 GBJ14-87,已废止。C（漫宁公式，巴浦洛夫斯基公式）混凝土管和钢筋混凝土管C（漫宁公式，巴浦洛夫斯基公式塑料管混凝土管渠及采用砂浆内衬的金属管输配水管道及配水管网水力平差室外给水设计规范（GB50013-20065海澄威廉公式Ch6达西公式(修正的布拉修斯公式）硬聚氯乙烯给水管埋地硬聚氯乙稀给水埋地管道工程技术规程（CECS17:2000)埋地聚乙稀给水埋地管道工程技术规程（CJJ101-2004)建筑给水排水设计规范（GB50015-2003工业金属管道设计规范（GB50316-20007达西公式(柯列勃罗克公式）PE 管8海澄威廉公式Ch各种管材9达西公式夜相流的各种管道4 公式的适用范围：31 达西公式达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数 值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK）公式均是针对工业管道条件计算 值的著名经验公式。舍维列夫公式的导出条件是水温 10，运动粘度 1.3*10-6m2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用教广.柯列勃洛可公式1 2lg(2.51)(为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是3.7dRe根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区 值计算公式,该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合,适用范围为 4000Re108.大量的试验结果表明柯列勃洛克公式与实际商用圆管的阻力试验结果吻合良好,不仅包含了光滑管区和完全粗糙管区,而且覆盖了整个过渡粗糙区,该公式在国外得到及为广泛的应用.0.316是 1912 年布拉修斯总结光滑管的试验资料提出的,适用Re0.25条件为 4000Re105,一般用于紊流光滑管区的计算.3.2 谢才公式该式于 1775 年由 CHEZY 提出,实际是达西公式的一个变形,式中谢才系数 C 一般11由经验公式C Rey计算得出,其中y 时称为曼宁公式,y 值采用n6布拉修斯公式y 2.5 n 0.130.75 R(n 0.1)(n 为粗糙系数)公式计算时称为巴浦洛夫斯基,这两个公式应用范围均较广.就谢才公式本身而言,它适用于有压或无压均匀流动的各阻力区,但由于计算谢才系数 C 的经验公式只包括反映管壁粗糙状况的粗糙系数 n 和水力半径 R,而没有包括流速及运动年度,也就是与雷诺数 Re 无关,因此该式一般仅适用于粗糙区.曼宁公式的适用条件为 n0.02,R105,也就是说已经超出了布拉修斯公式得适用范围,而且误差大小与雷诺数成正比.对 PVC-U 管,采用布拉修斯公式与柯列勃洛克公式对比计算,当管内径为500mm,流速1.5 m/s时,采用布拉修斯公式得出得水力坡降比柯列波列克得结果低 11%以上.采用埋地硬聚氯乙稀给水管道工程技术规程推荐得修正公式与柯式对比计算,修正公式计算结果,小口径管偏安全,中等口径与柯式符合较好,大口径管得负误差达 5%以上.因此笔者认为,大口径塑料管或采用塑料内衬管不宜采用布拉修斯公式计算,而更宜于采用如柯列波洛克公式等适用条件更宽得其它经验公式,或应通过试验等对其进行修正.与上述情况类似,采用谢才公式计算时,如果管道内径大于 2m 时则不采用曼宁公式计算谢才系数.如果采用巴甫洛夫斯基公式,其适用管径可以达到 12m,对一般输水工程管道已完全足够了.海澄-威廉公式的数据基础是WILLIAMS和HAZEN在大量工业管道现场或试验测量或得的.该公式因为简单易用,被广泛运用在管网水力计算中,国内外不少管道水力计算软件均采用该公式编制.由此可见,对于口径大于 2m 得管道应尽量避免采用海澄-威廉公式计算以策安全.6.值得提出得是,上述所有水力计算公式中采用得管径均为计算内径,各种管道均应采用管道净内空直径计算,对于采用水泥砂浆内衬得金属管道应考虑内衬层厚度得影响.大口径管道计算应尽量避免采用海澄-威廉公式,建议采用柯列勃洛克公式计算,大量试验结果证明该公式计算结果与实际工业管道符合性好,水力条件适用范围广,虽然运用该式需要进行多次迭代计算才能得到 值,较为麻烦,不过运用计算机简单编程既能方便地得到较为准确地结果,手工计算时也可以通过查表或者查询蓦迪图辅助计算.
