给水管网水力计算基础

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1、第3章给水管网水力学基础第3章给水管网水力学基础3.1给水管网水流特征3.2管渠水头损失计算3.3给水系统的水压关系（补充）3.4管道的水力等效简化3.5给水管网模型3.1给水管网水流特征3.1.1管网中的流态分析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

2、方区和过渡区3.1.2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。3.1.3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。3.1.4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

3、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。3.1.5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v2/2g3.2管渠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

4、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

5、加速度，m/s2；λ——沿程阻力系数，λ=8g/C2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。谢才系数或沿程阻力系数的确定（3）柯尔勃洛克-怀特公式适用于各种紊流，是适用性和计算精度最高的公式之一。e——管壁当量粗糙度，m。谢才系数或沿程阻力系数的确定（4）巴甫洛夫斯基公式适

6、用于明渠流和非满流排水管道计算。谢才系数或沿程阻力系数的确定（5）曼宁公式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。nM——曼宁公式粗糙系数。3.2.2沿程水头损失计算公式的比较与选用柯尔勃洛克-怀特公式具有较高的精度;巴甫洛夫斯基公式具有较宽的适用范围，1.0≤e≤5.0mm;曼宁公式适用于较粗糙的管道,0.5≤e≤4.0mm;海曾-威廉公式适用于较光滑的管道,e≤0.25mm;舍维列夫公式适用于1.0≤e≤1.5mm.3.2.3局部水头损失计算局部阻力设施ξ局部阻力设施ξ

7、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0.13.2.4水头损失公式的指数形式沿程水头损失计算公式的指数形式：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局部水头损失公式的指数形式由一泵站供净水厂3.3给水系统的水压关系无水塔时二泵站压力控制点向前置水塔和管网供水时的压力消防时水压3.4管道的水力等效简化采用水

8、力等效的原理，将局部管网简化成简单的形式。多条管道串联或并联，等效为单条管道；管道沿线分散出流或入流，等效为集中出流或如流；泵站多台水泵并联工作可以等效为单台水泵。l1l2lNd1d2dN3.4.1串联管道的简化l根据水力等效的原则：3.4.1并联管道的简化将它们等效为一条直径为d，长度为l的管道，输送流量q=q1+q2+…qN。根据水力等效的原则：d1q1d2q2dNqNq任一管段的流量：沿线流量，转输流量。3.4.2沿线均匀出流简化假设沿线出流均匀，