給水排水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ)

給水排水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ)第1頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1給水排水管網(wǎng)水流特征流態(tài)特征第2頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月給水排水管網(wǎng)中，水流水力因素隨時(shí)間變化，屬于非恒定流，水力計(jì)算復(fù)雜。在設(shè)計(jì)時(shí)一般只能按恒定流計(jì)算。恒定流與非恒定流恒定流：水體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其各點(diǎn)的流速和壓力不隨時(shí)間而變化，而與空間位置有關(guān)的流動(dòng)。非恒定流：水體各點(diǎn)的流速和壓力不僅與空間位置有關(guān)，還隨時(shí)間而變化的流動(dòng)。第3頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月滿管流動(dòng)

1）如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(duì)水流阻力沿程不變，采用沿程水頭損失公式計(jì)算；

2）當(dāng)管道在局部分叉、轉(zhuǎn)彎與變截面時(shí)，流動(dòng)為非均勻流，采用局部水頭損失公式計(jì)算。非滿管流或明渠流只要長(zhǎng)距離截面不變，可以近似為均勻流，按沿程水頭損失公式計(jì)算。均勻流與非均勻流非均勻流：液體質(zhì)點(diǎn)流速的大小和方向沿流程變化，水流參數(shù)隨時(shí)間和空間變化。均勻流：液體質(zhì)點(diǎn)流速的大小和方向沿流程不變。第4頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月壓力流與重力流壓力流：水體沿流程整個(gè)周界與固體壁面接觸，無(wú)自由液面，滿管流動(dòng)，又稱(chēng)管流。壓力流輸水通過(guò)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(zhǎng)度和流速有關(guān)，與管道埋設(shè)深度和坡度無(wú)關(guān)。重力流：水體沿流程一部分與固體壁面接觸，另一部分與空氣接觸，具有自由液面。非滿管流動(dòng)，又稱(chēng)明渠流。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(zhǎng)距離輸水重力流，排水泵站出水管、倒虹管壓力流。第5頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水流的水頭與水頭損失測(cè)壓管水頭水頭分為水頭損失：流體克服流動(dòng)阻力所消耗的機(jī)械能。水頭損失分為沿程水頭損失局部水頭損失

水頭：?jiǎn)挝恢亓康牧黧w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流速水頭v2/2g第6頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2管渠水頭損失計(jì)算hf——沿程水頭損失，m；v——過(guò)水?dāng)嗝嫫骄魉?，m/s；C——謝才系數(shù)；R——過(guò)水?dāng)嗝嫠Π霃?，m，圓管流R=0.25D；l——管渠長(zhǎng)度，m。3.2.1沿程水頭損失計(jì)算管渠沿程水頭損失用謝才公式第7頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圓管滿流，沿程水頭損失也可用達(dá)西公式：C、λ與水流流態(tài)有關(guān)，一般采用經(jīng)驗(yàn)公式或半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。常用公式如下：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第8頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月適用:舊鑄鐵管和舊鋼管滿管紊流，水溫10度(給水管道)代入達(dá)西公式（1）舍維列夫公式第9頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月適用:較光滑的圓管滿流管紊流（給水管道）

代入達(dá)西公式q——流量，m3/s；Cw——海曾-威廉粗糙系數(shù)。（2）海曾-威廉公式第10頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月適用于各種紊流，是適用性和計(jì)算精度最高的公式。簡(jiǎn)化為直接計(jì)算式（3）柯?tīng)柌蹇?懷特公式e——管壁當(dāng)量粗糙度，m。第11頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月適用于明渠流和非滿流排水管道計(jì)算。代入謝才公式（4）巴甫洛夫斯基公式第12頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

巴甫洛夫斯基公式中y=1/6時(shí)的特例，適用于明渠或較粗糙的管道計(jì)算。代入謝才公式nM——曼寧公式粗糙系數(shù)。（5）曼寧公式第13頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2沿程水頭損失計(jì)算公式的比較與選用4）舍維列夫公式在1.0≤e≤1.5mm之間給出了令人滿意的結(jié)果，對(duì)舊金屬管道較適用，但對(duì)管壁光滑或特別粗糙的管道是不適用的。

1）巴甫洛夫斯基公式適用范圍廣，計(jì)算精度也高，特別是對(duì)于較粗糙的管道，管道水流狀態(tài)仍保持較準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，最佳適用范圍為1.0≤e≤5.0mm；2）曼寧公式亦適用于較粗糙的管道，最佳適用范圍為0.5≤e≤4.0mm；3）海曾－威廉公式則適用于較光滑的管道，特別是當(dāng)e≤0.25mm（CW≥130）時(shí)，該公式較其它公式有較高的計(jì)算精度；第14頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.3局部水頭損失計(jì)算局部阻力設(shè)施ξ局部阻力設(shè)施ξ全開(kāi)閘閥0.1990。彎頭0.950%開(kāi)啟閘閥2.0645。彎頭0.4截止閥3~5.5三通轉(zhuǎn)彎1.5全開(kāi)蝶閥0.24三流直流0.1局部阻力系數(shù)ξ第15頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.4水頭損失公式的指數(shù)形式沿程水頭損失計(jì)算公式的指數(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沿程水頭損失指數(shù)公式參數(shù)第16頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月局部水頭損失公式的指數(shù)形式：沿程水頭損失與局部水頭損失之和：式中Sg——管道阻力系數(shù)；第17頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3非滿流管渠水力計(jì)算排水管網(wǎng)和長(zhǎng)距離輸水工程常采用非滿管流。水力計(jì)算目的：確定3.3.1非滿流管渠水力計(jì)算公式hD

充滿度h/D:設(shè)計(jì)流量下，管道內(nèi)有效水深與管徑之比過(guò)水?dāng)嗝鍭=A（D，h/D）水力半徑R=R(D,h/D)第18頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1非滿流管渠水力計(jì)算公式采用謝才公式計(jì)算水頭損失，將曼寧公式代人并轉(zhuǎn)換：5個(gè)水力參數(shù)q、D、h、I、v,已知其中3個(gè)才能求出另一個(gè)，水力計(jì)算很復(fù)雜。采用簡(jiǎn)化法。由流量和流速關(guān)系將A，R代入上兩式A=A（D，h/D）R=R(D,h/D)第19頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月方法：首先根據(jù)已知資料，計(jì)算出流量Q，根據(jù)Q值可初步確定管徑D；然后，根據(jù)Q、D值，求I、h/D、v值。在這三個(gè)未知數(shù)中，還需知道一個(gè)參數(shù)，才能求得另外兩個(gè)，此時(shí)可以在三個(gè)參數(shù)中先假設(shè)一個(gè)值，比如流速為最小流速，或是坡度為最小坡度，或是充滿度滿足一定要求等，之后進(jìn)行查表或查圖，就可得出其余兩個(gè)未知數(shù)；最后要進(jìn)行校核，若得出的兩個(gè)參數(shù)滿足其規(guī)定的要求，則計(jì)算完成，若不滿足要求，則需調(diào)整假設(shè)值，甚至管徑D，重新進(jìn)行計(jì)算。水力計(jì)算圖適用于混凝土及鋼筋混凝土管道，其粗糙系數(shù)n＝0.014。每張圖適用于一個(gè)指定的管徑。我國(guó)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》和《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》推薦此法。非滿流管渠水力計(jì)算簡(jiǎn)化法一水力計(jì)算圖表第20頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D精度低通用性差坡度充滿度流速流量第21頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D第22頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可證明滿流A0

、R0、qo、vo，與非滿流相應(yīng)

A、R、q、v的比例A/A0

、R/R0

、q/qo

、v/vo只和充滿度有關(guān)。非滿流管渠水力計(jì)算簡(jiǎn)化法二比例變換法假設(shè)有一條滿流管渠與待計(jì)算的非滿流管渠具有相同的管徑D和水力坡度I，其過(guò)水?dāng)嗝婷娣e為A0，水力半徑為R0，通過(guò)流量為qo，流速為vo，滿流時(shí)：第23頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2）根據(jù)充滿度h/D，查表3.7得A/A0，然后用下式計(jì)算流速v。

充滿度h/D

流速v已知求流量q管徑D水力坡度I1）先由下式計(jì)算q/q0，反查表3.7的充滿度h/D；第24頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2已知某污水管道設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算：第25頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.4管道的水力等效簡(jiǎn)化

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(tái)水泵并聯(lián)工作可以等效為單臺(tái)水泵。采用水力等效原理，將局部管網(wǎng)簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單的形式。第26頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月l1l2lNd1d2