流量與管徑壓力流速的一般關(guān)系

1、流量與管徑、壓力、流速的一般關(guān)系2007年03月16日 星期五13:21一般工程上計(jì)算時(shí)，水管路，壓力常見(jiàn)為 0.1-0.6MPa，水在水管中流速在1-3米/秒，常取1.5米/秒。流量=管截面積X流速=0.002827X管內(nèi)徑的平方X流速（立方米/小時(shí)）。其中，管內(nèi)徑單位：mm,流速單位：米/秒，飽和蒸汽的公式與水相同，只是流速一般取20-40米/秒。水頭損失計(jì)算Chezy公式Q=C AChezy這里：3Q斷面水流量（m/s）CChezy 糙率系數(shù)（m"2/s）2A斷面面積（m ）R水力半徑（m）S水力坡度（m/m）根據(jù)需要也可以變換為其它表示方法：Darcy-Weisbach 公式

2、由于這里：hf沿程水頭損失（mm3/s）fDarcy-Weisbach水頭損失系數(shù)（無(wú)量綱）l 管道長(zhǎng)度（m）d管道內(nèi)徑（mm）v管道流速（m/s）g重力加速度（m/s2）水力計(jì)算是輸配水管道設(shè)計(jì)的核心，其實(shí)質(zhì)就是在保證用戶水量、水壓安全的條件下，通過(guò)水力計(jì)算優(yōu) 化設(shè)計(jì)方案，選擇合適的管材和確經(jīng)濟(jì)管徑。輸配水管道水力計(jì)算包含沿程水頭損失和局部水頭損失， 而局部水頭損失一般僅為沿程水頭損失的510%因此本文主要研究、探討管道沿程水頭損失的計(jì)算方法。1.1管道常用沿程水頭損失計(jì)算公式及適用條件管道沿程水頭損失是水流摩阻做功消耗的能量，不同的水流流態(tài)，遵循不同的規(guī)律，計(jì)算方法也不 一樣。輸配水管道水

3、流流態(tài)都處在紊流區(qū)，紊流區(qū)水流的阻力是水的粘滯力及水流速度與壓強(qiáng)脈動(dòng)的結(jié) 果。紊流又根據(jù)阻力特征劃分為水力光滑區(qū)、過(guò)渡區(qū)、粗糙區(qū)。管道沿程水頭損失計(jì)算公式都有適用范 圍和條件，一般都以水流阻力特征區(qū)劃分。水流阻力特征區(qū)的判別方法，工程設(shè)計(jì)宜采用數(shù)值做為判別式，目前國(guó)內(nèi)管道經(jīng)常采用的沿程水頭損失水力計(jì)算公式及相應(yīng)的摩阻力系數(shù)，按照水流阻力特征區(qū)劃分如表1。沿程水頭損失水力計(jì)算公式和摩阻系數(shù)表1阻力特征區(qū)適用條件水力公式、摩阻系數(shù)符號(hào)意義水力光滑區(qū)>10雷諾數(shù)h :管道沿程水頭損失 v :平均流速 d :管道內(nèi)徑Y(jié)：水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù) 入：沿程摩阻系數(shù):管道當(dāng)量粗糙度 q :官道流量Ch :海

4、曾-威廉系數(shù)C:謝才系數(shù)R:水力半徑 n :粗糙系數(shù) i :水力坡降 l:管道計(jì)算長(zhǎng)度紊流過(guò)渡區(qū)10<<500(1)(2)紊流粗糙區(qū)>500達(dá)西公式是管道沿程水力計(jì)算基本公式，是一個(gè)半理論半經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算通式，它適用于流態(tài)的不同區(qū) 間，其中摩阻系數(shù) 入可采用柯列布魯克公式計(jì)算，克列布魯克公式考慮的因素多，適用范圍廣泛，被認(rèn) 為紊流區(qū)入的綜合計(jì)算公式。利用達(dá)西公式和柯列布魯克公式組合進(jìn)行管道沿程水頭損失計(jì)算精度高， 但計(jì)算方法麻煩，習(xí)慣上多用在紊流的阻力過(guò)渡區(qū)。海曾一威廉公式適用紊流過(guò)渡區(qū)，其中水頭損失與流速的1.852次方成比例（過(guò)渡區(qū)水頭損失h«V1.752.0 ）。

5、該式計(jì)算方法簡(jiǎn)捷，在美國(guó)做為給水系統(tǒng)配水管道水力計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)式，在歐洲與日本廣 泛應(yīng)用，近幾年我國(guó)也普遍用做配水管網(wǎng)的水力計(jì)算。謝才公式也應(yīng)是管道沿程水頭損失通式，且在我國(guó)應(yīng)用時(shí)間久、范圍廣，積累了較多的工程資料。 但由于謝才系數(shù) C采用巴甫洛夫公式或曼寧公式計(jì)算確定，而這兩個(gè)公式只適用于紊流的阻力粗糙區(qū)， 因此謝才公式也僅用在阻力粗糙區(qū)。另外舍維列夫公式，前一段時(shí)期也廣泛的用做給水管道水力計(jì)算，但該公式是由舊鋼管和舊鑄鐵管管材試驗(yàn)資料確定的。而現(xiàn)在國(guó)內(nèi)采用的金屬管道已普遍采用水泥砂漿和涂料做內(nèi)襯，條件已發(fā)生變化， 因此舍維列夫公式也基本不再采用。1.2 輸配水管道沿程水頭損計(jì)算的實(shí)用公式輸配水

6、管道沿程水頭計(jì)算時(shí)，先采用 判別水流的阻力特征用，再選擇相應(yīng)的公式計(jì)算，科學(xué)合理，但操作麻煩，特別在流速是待求的未知數(shù)時(shí)，需要采用試算的方法確定雷諾數(shù)（Re ）很不方便。為了使輸配水管道水力計(jì)算能滿足工程設(shè)計(jì)的需要，又可以方便的選擇計(jì)算公式和進(jìn)行簡(jiǎn)捷的計(jì)算，根據(jù) 多年來(lái)管道水力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)， 室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ13-86 修編報(bào)批稿，依據(jù)管材的不同和流速的常 用范圍，確定輸配水管道沿程水頭損失計(jì)算公式如下：（ 1）塑料管（2）混凝土管（渠）及采用水泥砂漿內(nèi)襯的金屬管道（ 3）輸配水管道、配水管網(wǎng)水力平差計(jì)算2.1 管道摩阻系數(shù)的屬性及應(yīng)用條件 每個(gè)管道沿程水力計(jì)算公式都有相應(yīng)的摩阻系數(shù)和確

7、定方法，表達(dá)形式也不一樣。摩阻系數(shù)是一個(gè)未知數(shù)，應(yīng)由試驗(yàn)確定。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般都依據(jù)不同的管材和其不同的內(nèi)壁光滑程度，參考已有的 資料，由設(shè)計(jì)人員計(jì)算時(shí)選擇采用。該數(shù)值非常重要，但隨意性很大，而且取值的結(jié)果直接影響水力計(jì) 算成果的精度。因此了解和熟悉摩阻系數(shù)的屬性，掌握取值的方法和技巧，也同樣是做好管道沿程水力 計(jì)算的關(guān)鍵。（1）當(dāng)量粗糙度 當(dāng)量粗糙度是自然（也有稱工業(yè)）管道，根據(jù)水力試驗(yàn)的成果，運(yùn)用達(dá)西公式和尼古拉茲公式計(jì)算 出的理論值。每種管材都有一個(gè)確定的當(dāng)量粗糙度，且不因流態(tài)不同而改變，在判別水流流態(tài)和選擇其 他計(jì)算公式參數(shù)時(shí)，經(jīng)常用到當(dāng)量粗糙度。（2）摩阻系數(shù)入摩阻系數(shù) 入可應(yīng)用在

8、不同的阻力特征區(qū)， 不同區(qū)間 入的數(shù)值不一樣。在紊流的光滑區(qū)，入數(shù)值僅與雷 諾數(shù)（Re）有關(guān)，且隨雷諾數(shù)（Re）的增大而減??；在紊流過(guò)渡區(qū)，入與雷諾數(shù)（Re）和相對(duì)粗糙度（ /d） 兩個(gè)因素有關(guān)；在紊流粗糙區(qū)僅和相對(duì)粗糙度（ /6有關(guān)，只要管材與管徑確定（即相對(duì)粗糙度 /d確定），在該區(qū) 入數(shù)值應(yīng)為定值。（ 3）粗糙系數(shù) n粗糙系數(shù) n 是采用巴甫洛夫公式和曼寧公式計(jì)算謝才公式 C 時(shí)的參數(shù)，它適用于紊流的粗糙區(qū)，在該區(qū)可根據(jù)管材內(nèi)壁光滑程度，選擇相應(yīng)的 n 值，但一般情況 n 的取值范圍宜大于 0.010，否則計(jì)算成果 誤差較大。（ 4）海曾 威廉系數(shù) Ch 海曾威廉系數(shù)適用紊流過(guò)渡區(qū)， C

9、h 取值范圍宜大于 120，否則計(jì)算成果誤差較大。2.2 相應(yīng)的紊流阻力特征區(qū)內(nèi)不同摩阻系數(shù)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系1）2）紊流粗糙區(qū)其中 y 采用巴甫洛夫公式計(jì)算，若 y=1/6 即為曼寧公式，這3.1室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ13-86修編建議沿程水頭損失摩阻系數(shù)（ n、Ch ）取值見(jiàn)表2。管道沿程水頭損失（n Ch厶）值表2管道種類n （粗糙系 數(shù)）6（海曾-威廉 系數(shù)） （mm）（當(dāng)量粗 糙度）鋼管、鑄鐵管水泥砂漿內(nèi)襯0.011 0.012120130涂料內(nèi)襯0.01050.0115130140舊鋼管、舊鑄鐵管（未 做內(nèi)襯）0.0140.018混凝土管預(yù)應(yīng)力砼管（PCP）0.012 0.013110130預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管（PCCP）0.011 0.0125120140現(xiàn)澆矩形混凝土管（渠）道0.012 0.014