污水厂管道、明渠、堰流水力计算问题

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1、污水厂管道、明渠、堰流水力计算问题天津大学环境科学与工程学院邢国平1.管道的水力计算1.1恒定均匀流沿程水头损失λ称为沿程阻力系数，它的数值与雷诺数和相对粗糙度有关。也就是说，沿程水流阻力和沿程水头损失都与流体的型态有关。达西公式尼古拉兹实验通过实验的方法，可以找出阻力系数与雷诺数Re及相对粗糙度的关系，尼古拉慈验证了上述实验。采用人工的方法，在圆管的内壁涂胶，然后洒上一层沙子。沙子预先经过筛分，具有同一粒径，这样就可以使管壁得到一个人工的粗糙度。根据就可以计算出，某一粗糙度在不同的流速下(雷诺数也不同)，它的沿程阻力系数。尼古拉兹实验结果图（1）当Re<

2、2000时，为层流区。沿程阻力系数λ与雷诺数Re的关系为直线I，仅与雷诺数有关，而与相对光滑度无关。其表达式为（2）当20004000时，流体型态已进入紊流。这时，λ值取决于粘性底层的厚度δ0与绝对粗糙度Δ的关系。分为三种情况：在层流时，流体系平行流动，无漩涡产生，故沿程阻力系数与管壁的粗糙度无关。但在紊流时，管壁粗糙度就有显著影响。粗糙度愈大，影响也愈大。a.当Re较小时，粘性底层的厚度δ0较大，可以淹没Δ，称为紊流光滑管区。其沿

3、程阻力系数λ＝f(Re)，而与Δ无关。Δ/δ0<0.3适用范围:4000

4、系数为一常数。沿程水头损失仅与流速的平方成正比，因此，紊流粗糙管区又称为阻力平方区。这时，沿程阻力系数λ＝f(r0/Δ)。Δ/δ0>6适用范围:适用范围:对于旧的钢管和铸铁管常选用舍维列夫公式，当v1.2m/s时，当时，1.2计算沿程水头损失的经验公式——谢才公式公式的提出：在总结了明渠均匀流实测数据的基础上，谢才于1769年归纳出计算均匀流的经验公式。是计算明渠和管道均匀流平均流速或沿程水头损失的主要公式。式中C为谢才系数；R为水力半径；J为水力坡度。在实际工程中，我们所遇到的水流基本是阻力平方区的紊流，谢才系数的经验公式就是根据阻力平方区的大量实测数据求得

5、的，所以只能适用于阻力平方区的紊流水力计算。两个比较常用的谢才系数表达式：许多学者对谢才系数的求值进行了大量的研究,得到许多经验公式。其中最为简便而应用最广泛的是曼宁公式：（1）曼宁公式式中n为粗糙系数。曼宁公式适用于管道和较小的河渠，现在为世界各国的工程界所采用。n<0.020R<0.5m（2）巴普洛夫斯基公式其中巴普洛夫斯基公式的适用条件：粗糙系数n值：壁面种类nHDPE高密度聚乙烯管0.009玻璃钢管0.010铸铁管及钢管0.011水泥抹面（含1/3细砂）0.011极好的混凝土面0.012钢筋混凝土管0.013较粗糙的混凝土0.0171.3局部水头损失流体

6、在流经异径管、三通、阀门、弯道等部件时，在这些局部阻碍处均匀流受到破坏，引起流速分布急剧变化，由此产生了局部水头损失。在式中局部水头损失系数ξ值可实验测定，v为发生局部水头损失以后或以前断面的平均流速。例题：已知旧铸铁管的长度为1000m，直径为300mm，通过的流量为100L/s，计算沿程水头损失。（n＝0.0125）解：根据曼宁公式根据谢才公式，得出总的沿程水头损失为0.0099×1000＝9.9m沿程水头损失为：采用舍维列夫粗糙管区公式计算。校核管中流速：沿程阻力系数为：例题：已知铸铁管的长度为1000m，直径为800mm，通过的流量为800L/s，计算沿

7、程水头损失。（n＝0.011）解：根据曼宁公式根据谢才公式，得出总的沿程水头损失为0.00262×1000＝2.62m例题：已知铸铁管的长度为1000m，直径为800mm，通过的流量为800L/s，计算沿程水头损失。（n＝0.011）解：根据巴普洛夫斯基公式根据谢才公式，得出总的沿程水头损失为0.00234×1000＝2.34m1.4管道水力计算的类型第一种类型：已知管道的布置、直径及作用水头，确定管道可以通过的流量；第二种类型：已知管道的布置和通过的流量，确定管径并计算水头损失。2.渠道的水力计算2.1明渠均匀流的特点（1）过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变；

8、（2）过水断面的流速分布