第3章-给水排水管网水力学基础.ppt

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1、第3章给水排水管网水力学基础3.1给水排水管网水流特征3.1.1管网中的流态分析在水力学中，水在圆管中的流动有层流、紊流及过渡流三种流态，可以根据雷诺数Re进行判别，其表达式如下：式中，V－管内平均流速（m/s）；D－管径(m)；ν－水的运动粘性系数，当水温为10oC时，ν＝1.308x10-6m2/s，当水温为30oC时，ν＝0.804x10-6m2/s，当水温为50oC时，ν＝0.556x10-6m2/s。当Re小于2000时为层流，当Re大于4000时为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。给水排水管网中，流速一般

2、在0.5~1.5m/s之间，管径多在0.1~1.0m之间，水温一般在5~25℃之间，水的动力粘滞系数在1.52~0.89×10-6m2/s之间，水流雷诺数约在33000～1680000之间，处于紊流状态。计算表明，给水排水管网中，阻力平方区与过渡区的流速界限在0.6~1.5m/s之间，过渡区与光滑区的流速界限则在0.1m/s以下。多数管道的水流状态处于紊流过渡区和阻力平方区，部分管道因流速很小而可能处于紊流光滑管区，水头损失与流速的1.75~2.0次方成正比。3.1.2恒定流与非恒定流由于用水量和排水量的经常性变化，给水排水管道中的流量和流速随时间变化，

3、水流经常处于非恒定流（又称非稳定流）状态。但是，非恒定流的水力计算比较复杂，在管网工程设计和水力计算时，一般按恒定流（又称稳定流）计算。随着计算机技术快速发展与普及，国内外已经开始研究和采用非恒定流计算给水排水管网，而且得到了更接近实际的结果。3.1.3均匀流与非均匀流给水排水管网中的水流参数随时间变化，也随空间变化。特别是明渠流或非满管流，通常都是非均匀流。对于满管流，长距离等截面满管流为均匀流。对于非满管流或渠流，只要长距离截面不变，也可近似为均匀流，按沿程水头损失公式计算。对于短距离或特殊情况下的非均匀流动，运用水力学理论按缓流或急流计算。3.1.

4、4压力流与重力流压力流输水通过具有较大承压能力的管道进行，水流在运动中的阻力主要依靠水泵产生的压能克服，管道阻力大小只与管道内壁粗糙程度、管道长度和流速有关，与管道埋设深度和坡度等无关。重力流输水系统依靠地形高差，通过管道或渠道由高处流向低处，水流的阻力主要依靠水的位能克服，水位沿水流方向降低，称为水力坡降。给水管网多采用压力流输水方式，如果地形条件允许，也可采用重力流输水以降低输水成本。排水管网一般采用重力流输水方式，要求管渠的埋设高程随着水流水力坡度下降。3.2管渠水头损失计算3.2.1沿程水头损失计算对于任意形状管渠断面，采用谢才（Chezy）公式

5、：式中hf――沿程水头损失（m）；v――过水断面平均流速（m/s）；C――谢才系数；l――管渠长度(m)；R――过水断面水力半径（m），对于圆管满流，R=0.25D，D为直径（m）。对于圆管满流，可采用达西-韦伯（Darcy-Weisbach）公式：式中D──管段直径（m）；g──重力加速度（m/s2）；λ──沿程阻力系数，。常用管材内壁当量粗糙度e（mm）　　　　　　　表3.13.2.3局部水头损失计算计算公式：式中，hm──局部水头损失，m；ζ──局部阻力系数，见表3.5。局部阻力系数ζ表3.5经验表明，给水排水管网中的局部水头损失一般不超过沿程水头

6、损失的5%，所以，在管网水力计算中，常忽略局部水头损失的影响，不会造成大的计算误差。3.2.4水头损失公式的指数形式将水头损失计算公式写成指数形式，有利于统一计算公式的表达形式，简化给水排水管网的水力计算，也便于计算机程序设计和编程。沿程水头损失计算公式的指数形式为：式中，k、n、m─指数公式的参数。见表3.6；α―比阻，即单位管长的摩阻系数，α=k/Dm；sf―摩阻系数，sf=αl=kl/Dm。沿程水头损失指数公式的参数　　　　　表3.6或或3.3非满流管渠水力计算在排水管网中，污水管道一般采用非满管流设计，雨水管网一般采用满管流设计，如图3.1所示。

7、在两者的运行过程中，大多数时间内，均处于非满管流状态。为了简化计算工作，在给水排水管道的水力计算中一般都采用均匀流公式。图3.1圆形管道非满管流和满管流示意图（a）非满管流；（b）满管流图3.2圆形管道充满度示意图3.3.1非满流管道水力计算公式管渠流量公式：式中A―过水断面面积（m2）；I―水力坡度，对于均匀流，为管渠底坡。非满流管道水力计算参数公式:设管径为D，管内水深为y，充满度为y/D，由管中心到水面线两端的夹角计算公式：式中，θ的单位为弧度。过水断面面积、湿周和水力半径依次为，或，和设该管道的坡度为I，满管流时的过水断面面积、水力半径、流量和流

8、速分别为A0、R0、q0和v0，可得，，和3.4管道的水力等效简化水力等效简化原