第三章_给水排水管网水力学基础(1)

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1、第三章给水排水管网水力学基础2012年9月13日3.1给水排水管网水流特征流态特征给水排水管网中，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。恒定流与非恒定流恒定流：水体在运动过程中，其各点的流速和压力不随时间而变化，而与空间位置有关的流动。非恒定流：水体各点的流速和压力不仅与空间位置有关，还随时间而变化的流动。满管流动1）如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。非满管流或明渠流只要长距离截面不变，可以近似

2、为均匀流，按沿程水头损失公式计算。均匀流与非均匀流非均匀流：液体质点流速的大小和方向沿流程变化，水流参数随时间和空间变化。均匀流：液体质点流速的大小和方向沿流程不变。压力流与重力流压力流：水体沿流程整个周界与固体壁面接触，无自由液面，满管流动，又称管流。压力流输水通过封闭的管道进行，水流阻力主要依靠水的压能克服，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：水体沿流程一部分与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面。非满管流动，又称明渠流。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

3、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。水流的水头与水头损失测压管水头水头分为水头损失：流体克服流动阻力所消耗的机械能。水头损失分为沿程水头损失局部水头损失水头：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流速水头v2/2g3.2管渠水头损失计算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沿程水头损失计算管渠沿程水头损失用谢才公式圆管满流，沿程水头损失也可用达西公式：C、λ与水流流态有关，一般采用经验

4、公式或半经验公式计算。常用公式如下：D——管段直径，m；g——重力加速度，m/s2；λ——沿程阻力系数，λ=8g/C2适用:旧铸铁管和旧钢管满管紊流，水温10度(给水管道)代入达西公式（1）舍维列夫公式适用:较光滑的圆管满流管紊流（给水管道）代入达西公式q——流量，m3/s；Cw——海曾-威廉粗糙系数。（2）海曾-威廉公式适用于各种紊流，是适用性和计算精度最高的公式。简化为直接计算式（3）柯尔勃洛克-怀特公式e——管壁当量粗糙度，m。适用于明渠流和非满流排水管道计算。代入谢才公式（4）巴甫洛夫斯基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。代入谢才公式n

5、M——曼宁公式粗糙系数。（5）曼宁公式3.2.2沿程水头损失计算公式的比较与选用4）舍维列夫公式在1.0≤e≤1.5mm之间给出了令人满意的结果，对旧金属管道较适用，但对管壁光滑或特别粗糙的管道是不适用的。1）巴甫洛夫斯基公式适用范围广，计算精度也高，特别是对于较粗糙的管道，管道水流状态仍保持较准确的计算结果，最佳适用范围为1.0≤e≤5.0mm；2）曼宁公式亦适用于较粗糙的管道，最佳适用范围为0.5≤e≤4.0mm；3）海曾－威廉公式则适用于较光滑的管道，特别是当e≤0.25mm（CW≥130）时，该公式较其它公式有较高的计算精度；3.2.3局部水头损失计算局部阻力设施ξ局部阻力

6、设施ξ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0.1局部阻力系数ξ3.2.4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沿程水头损失指数公式参数局部水头损失公式的指数形式：沿程水头损失与局部水头损失之和：式中Sg——管道阻力系数；3.3非满流管渠水力计算排水管网和长距离输水工程常采用非满管流。水力计算目的：确定3.3.1非满流管渠水力计算

7、公式hD充满度h/D:设计流量下，管道内有效水深与管径之比过水断面A=A（D，h/D）水力半径R=R(D,h/D)3.3.1非满流管渠水力计算公式采用谢才公式计算水头损失，将曼宁公式代人并转换：5个水力参数q、D、h、I、v,已知其中3个才能求出另一个，水力计算很复杂。采用简化法。由流量和流速关系将A，R代入上两式A=A（D，h/D）R=R(D,h/D)方法：首先根据已知资料，计算出流量Q，根据Q值可初步确定管径D；然后，根据Q、D值，求I、h/D、v值。在这三个未知