第三章 給水排水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ)

第三章給水排水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ)編輯課件圖3雷諾實驗裝置示意圖顏色水3.1給水排水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ)雷諾實驗編輯課件3.1給水排水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ)層流過渡流紊流（b）振蕩搖擺的波形色線（c）色線破裂擴(kuò)散（a）平穩(wěn)而鮮明的細(xì)色線實驗現(xiàn)象編輯課件3.1給水排水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ)流態(tài)特征層流

Re<2000紊流

Re>4000過渡流

2000~4000給水排水管網(wǎng)水流一般處在紊流流態(tài)紊流流態(tài)分為三個阻力特征區(qū)：阻力平方區(qū)水頭損失與流速平方成正比過渡區(qū)水頭損失和流速1.75~2次方成正比水力光滑管區(qū)水頭損失和流速1.75次方成正比給水排水管網(wǎng)水流一般處在阻力平方區(qū)和過渡區(qū)編輯課件恒定流與非恒定流給水排水管網(wǎng)中，水流水力因素隨時間變化，屬于非恒定流，水力計算復(fù)雜。在設(shè)計時一般只能按恒定流計算。編輯課件均勻流與非均勻流非均勻流：水流參數(shù)隨空間變化。滿管流動

1）如果管道截面在一段距離內(nèi)不變且不發(fā)生轉(zhuǎn)彎，為均勻流，管道對水流阻力沿程不變，采用沿程水頭損失公式計算；

2）當(dāng)管道在局部分叉、轉(zhuǎn)彎與變截面時，流動為非均勻流，采用局部水頭損失公式計算。非滿管流或渠流，只要長距離截面不變，可以近似為均勻流。編輯課件壓力流與重力流壓力流輸水通過封閉的管道進(jìn)行，水流阻力主要依靠水的壓能克服，阻力大小只與管道內(nèi)壁粗糙程度有關(guān)、管道長度和流速有關(guān)，與管道埋設(shè)深度和坡度無關(guān)。重力流管渠中水面與大氣相通，非滿流，水流阻力依靠水的位能克服，形成水面沿水流方向降低。給水多壓力流，排水多重力流；長距離輸水重力流，排水泵站出水管、倒虹管壓力流。編輯課件水流的水頭與水頭損失水頭：單位重量的流體所具有的機(jī)械能，用h或H表示，單位米水柱(mH2O)。位置水頭Z壓力水頭P/r測壓管水頭流速水頭v2/2g編輯課件水頭損失流體克服流動阻力所消耗的機(jī)械能稱為水頭損失。當(dāng)流體受固定邊界限制做均勻流動時，流動阻力中只有沿程不變的切應(yīng)力，稱為沿程阻力。由沿程阻力引起的水頭損失成為沿程水頭損失。當(dāng)流體的固定邊界發(fā)生突然變化，引起流速分布或方向發(fā)生變化，從而集中發(fā)生在較短范圍的阻力稱為局部阻力。由局部阻力引起的水頭損失成為局部水頭損失。編輯課件3.2管渠水頭損失計算謝才公式hf——沿程水頭損失，m；v——過水?dāng)嗝嫫骄魉伲琺/s；C——謝才系數(shù)；R——過水?dāng)嗝嫠Π霃?，m，圓管流R=0.25D；l——管渠長度，m。3.2.1沿程水頭損失計算編輯課件沿程水頭損失計算對于圓管滿流，達(dá)西公式：D——管段直徑，m；g——重力加速度，m/s2；λ——沿程阻力系數(shù)，λ=8g/C2編輯課件謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的確定（1）舍維列夫公式

適用于舊鑄鐵管和舊鋼管滿管紊流，水溫10度，常用于給水管道水力計算。編輯課件（2）海曾-威廉公式

適用于較光滑的圓管滿流管紊流計算，主要用于給水管道水力計算。

q——流量，m3/s；

Cw——海曾-威廉粗糙系數(shù)。謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的確定編輯課件（3）柯爾勃洛克-懷特公式

適用于各種紊流，是適用性和計算精度最高的公式之一。

e——管壁當(dāng)量粗糙度，m。常用管材的e見教材P51表3.1謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的確定編輯課件（4）巴甫洛夫斯基公式

適用于明渠流和非滿流排水管道計算。謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的確定編輯課件（5）曼寧公式

巴甫洛夫斯基公式中y=1/6時的特例，適用于明渠或較粗糙的管道計算。

nM——曼寧公式粗糙系數(shù)。謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的確定編輯課件沿程水頭損失計算公式的比較與選用柯爾勃洛克-懷特公式具有較高的精度;巴甫洛夫斯基公式具有較寬的適用范圍，1.0≤e≤5.0mm;曼寧公式適用于較粗糙的管道,0.5≤e≤4.0mm;海曾-威廉公式適用于較光滑的管道,e≤0.25mm;舍維列夫公式適用于1.0≤e≤1.5mm.編輯課件局部水頭損失計算局部阻力設(shè)施ξ局部阻力設(shè)施ξ全開閘閥0.1990。彎頭0.950%開啟閘閥2.0645。彎頭0.4截止閥3~5.5三通轉(zhuǎn)彎1.5全開蝶閥0.24三流直流0.1編輯課件水頭損失公式的指數(shù)形式沿程水頭損失計算公式的指數(shù)形式：編輯課件局部水頭損失公式的指數(shù)形式：參數(shù)海曾威廉公式曼寧公式舍維列夫公式K10.67/Cw1.85210.29nM20.001798n1.8522.01.911m4.875.3335.123水頭損失公式的指數(shù)形式編輯課件3.3非滿流管渠水力計算排水管網(wǎng)和長距離輸水工程常采用非滿管流。非滿管流水力計算的目的：確定管段流量、流速、斷面尺寸、充滿度和坡度之間的關(guān)系。編輯課件3.3.1非滿流管渠水力計算公式充滿度h/D——指設(shè)計流量下，管道內(nèi)的有效水深與管徑的比值。過水?dāng)嗝鍭=A（D，h/D）水力半徑R=R(D,h/D)

采用謝才公式計算水頭損失，將曼寧公式代人并轉(zhuǎn)換：由流量和流速關(guān)系得：hD編輯課件5個水力參數(shù)q、D、h、I、v,已知其中3個才能求出另一個，水力計算很復(fù)雜。編輯課件非滿流水力計算簡化方法（1）水力計算圖表（2）借助滿流水力計算公式并通過一定的比例變換進(jìn)行計算編輯課件充滿度流量坡度流速（1）水力計算圖表精度低，通用性差。編輯課件(2)比例變換法假設(shè)有一條滿流管渠與待計算的非滿流管渠具有相同的管徑D和水力坡度I，其過水?dāng)嗝婷娣e為A0，水力半徑為R0，通過流量為qo，流速為vo，可以證明：A/A0

、R/R0

、q/qo

、v/vo只和充滿度有關(guān)。見教材P57圖3.3，表3.7編輯課件非滿流管渠水力計算方法一、已知流量q、管徑D和水力坡度I，求充滿度h/D和流速v。

1）先由下式計算q/q0，反查表3.7的充滿度h/D；2）根據(jù)充滿度h/D，查表3.7得A/A0，然后用下式計算流速v。編輯課件例3.1已知某污水管道設(shè)計流量為q=100L/s，根據(jù)地形條件可以采用水力坡度為I=7%，初擬采用管徑D=400mm的鋼筋混凝土管，粗糙系數(shù)nM=0.014，求其充滿度h/D和流速v。解用粗糙度系數(shù)、管徑和水力坡度帶入式3.32計算：反查表3.7的充滿度h/D=56.9%，相應(yīng)A/AO=0.587，由式3.33計算：編輯課件非滿流管渠水力計算方法其他組合情況p55編輯課件3.4管道的水力等效簡化采用水力等效的原理，將局部管網(wǎng)簡化成簡單的形式。多條管道串聯(lián)或并聯(lián)，等效為單條管道；管道沿線分散出流或入流，等效為集中出流或入流；泵站多臺水泵并聯(lián)工作可以等效為單臺水泵。編輯課件l1l2lNd1d2dN1、串聯(lián)管道的簡化l根據(jù)水力等效的原則：編輯課件2、并聯(lián)管道的簡化將它們等效為一條直徑為d，長度為l的管道，輸送流量q=q1+q2+…qN。根據(jù)水力等效的原則：d1q1d2q2dNqNq編輯課件任一管段的流量：沿線流量，轉(zhuǎn)輸流量。3、沿線均勻出流簡化編輯課件假設(shè)沿線出流均勻，則管道內(nèi)任意斷面x上的流量可以表示為：

沿程水頭損失計算如下：編輯課件為簡化計算，