大口径长距离输水管道沿程水头损失计算研究

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3、本文是新疆自治区自然科学基金面上项目“大口径长距离倒虹吸水动力学特性数值模拟”（项目编号：2012211A059）和自治区高校科研计划重点项目“长距离大型倒虹吸管水力特性研究”（项目编号：XJEDU2011I19）的部分研究成果课题主持人：牧振伟教授（新疆农业大学）大口径长距离输水管道沿程水头损失计算研究摘要随着我国城镇化步伐的加快，水资源短缺严重制约了城市生存及发展，输水工程成为解决该问题的主要措施；全球变暖、环境污染等因素使得大口径长距离管道深受设计者的亲睐。管道材料也不仅仅局限于传统管材（砼管、钢管、铸铁管），而逐步转向新型材料（玻璃钢管、预应力钢筒混凝土管（PCCP管）等）。新

4、疆北疆供水工程自2005年运行时，发现小洼槽、三个泉倒虹吸实际过流能力与设计标准不符。本文探究了造成该问题的主要原因，在此基础上拓展研究了大口径玻璃钢管、PCCP管水力计算方法，主要是沿程水头损失计算；并确定两种管材当量粗糙度取值范围及经济流速条件下不同管径对应的沿程摩擦系数（海曾—威廉系数），为大口径玻璃钢管、PCCP管工程设计提供参考依据。最终得出结论：（1）经过对小洼槽、三个泉等倒虹吸原型资料分析，梳理了输水管道水力计算方法，判别了不同流量下管道内的水流流态，发现管道水流处于紊流过渡区，并非一般认为的紊流粗糙区（阻力平方区），而两个倒虹吸水力计算均是按照紊流粗糙区公式（谢才公式）

5、计算。因此管道水流流区判断误差是造成“小洼槽过流量不够，三个泉过流量富余”的主要原因。（2）通过判别常见直径规格的大口径有压管道不同工况条件下水流流态，根据流态确定水力计算方法。发现大口径有压玻璃钢管道水流一般工况下处于紊流过渡区，不排除紊流光滑区的可能；而大口径有压PCCP管流也基本处于紊流过渡区，但也有可能达到紊流粗糙区。（3）利用齐恩公式、哈兰德公式计算小洼槽、三个泉倒虹吸水头损失值，结合实测数据比较，从而确定了大口径玻璃钢管当量粗糙度取值范围为0.005~0.01mm，大口径PCCP管当量粗糙度取值范围为0.03~0.05mm。（4）将海曾—威廉公式应用于小洼槽、三个泉倒虹吸水

6、力计算，发现海曾—威廉公式不再局限于前人的经验理论（d<2.0m，流态处于紊流过渡区的管道），而是能够很好地满足大口径有压玻璃钢管、PCCP管的沿程水头损失计算，且能得到较为准确的结果。关键词：大口径管道；沿程水头损失；流态判别；水力计算；当量粗糙度；沿程摩擦系数IExplorationonFricitionHeadLossofLong-distance&Large-diameterWaterPipelineAbstractWithChineseacceleratingurbanization,theshortageofwaterresourcesseriouslyrestrictth

7、esurvivalanddevelopmentofcity,waterconveyanceprojectbecomethemainmeasuretosolvetheproblem;Globalwarming,environmentalpollutionandotherfactorsmakelong-distanceandlarge-diameterpipelinewinthedesigner'spro-Lai.Pipingmaterialsar