第三章第3章给水排水管网水力学基础

基本概念

管渠水头损失计算 非满流管渠水力计算 管道的水力等效简化

给水排水管网水力学基础

基本概念 管道内水流特征

Re2000层流：1.流态过渡流:2000Re4000湍流：Re4000（给排水管网一般按湍流考虑）Re=ρvd/μ

2湍流粗糙去（阻力平方区） hv（管径D较大或管壁较粗糙）22.湍流湍流过渡区 hv1.2～（管径D较小或管壁较光滑）湍流光滑区 hv1.75 基本概念 有压流与无压流

有压流：水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面（压力流、管流）

无压流：水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，其余与空气接触，具有自由液面（重力流、明渠流） 基本概念

恒定流与非恒定流

恒定流：水体在运动过程中，其各点的流速与压力不随时 间而变化，而与空间位置有关的流动称为恒定流 非恒定流：水体在运动过程中，其流速与压力不与空间位

置有关，还随时间的而变化的流动称为非恒定流 基本概念

均匀流与非均匀流

均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流程 不变的流动称为均匀流

非均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流 程变化的流动称为非均匀流 基本概念

水流的水头与水头损失

水头：指的是单位质量的流体所具有的能量除以重力加速度，一般用h或H表示，常用单位为米（m）

基本概念

水流的水头与水头损失

水头损失：流体克服阻力所消耗的机械能

管渠水头损失计算 沿程水头损失计算

管渠的沿程水头损失常用谢才公式计算 vhfil2l (m) CR

2vCRi对于圆管满流，沿程水头损失可用达西公式计算

lv28ghfλ (m) λ2沿程阻力系数D2gC

R为过水断面的里半径，及过水断面面积除以湿周，圆管满

流时R=

流体在非圆形直管内流动时，其阻力损失也可按照上述公式计算，但应将D以当量直径de来代替 管渠水头损失计算

沿程水头损失计算

C、λ与水流流态有关，一般采用经验公式或半经验公式计算。

1.舍维列夫公式

适用：旧铸铁管和旧钢管满管湍流，水温10C0（压力管道）

将上述公式带入达西公式

2.海曾－威廉公式

适用：较光滑圆管满流（压力管道）

13.16gD ＝1.8520.148Cwq式中 q－流量，m3/s0.13 Cw－海曾－威廉粗糙系数将上述公式带入达西公式

P48表31

3.柯尔勃洛克-怀特公式 适用：各种湍流（压力管道）

4.462e C＝－17.71lg0.87514.8RRe14.462e 或＝－2lg0.8753.7DRee--管壁当量粗糙度4.巴甫洛夫斯基公式 适用：明渠流、非满流管道

(m)，P49表32 Ry C＝nB式中 y2.5nB0.130.75R(nB0.10) nB粗糙系数，P49表33 将上述公式带入谢才公式

5.曼宁公式

适用：曼宁公式是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

将上述公式带入谢才公式

管渠水头损失计算 沿程水头损失计算

管渠水头损失计算 沿程水头损失计算

给水排水管道计算时水流流态均按照湍流考虑 给水排水管道用得最多的是圆管 给水排水管道计算一般按照恒定流考虑

如果管道截面在一定距离内不变且没有转弯和交汇，则管内流动按照均匀流考虑，水头损失按照沿程水头损失公式计算（谢才公式、达西公式）；非均匀流（即管截面发生变化、转弯、汇合)采用局部水头公式计算

3．2．式中

3 局部水头损失计算

hm——局部水头损失，m； ξ——局部阻力系数P50 表3-4。

给水排水管网中局部水头损失一般不超过沿程水头

损失的5%，常忽略局部水头损失的影响，不会造成大的计算误差。

无压圆管的水力计算

计算时给出管径，可通过P52 表3-5查出相应的过水断面积和水力半径 注意：

1.污水管道按照非满流计算，雨水管道和合流制管道按照满流计算

2.排水管的最小设计流速：对于污水管当管径≤500mm，为s；当管径＞500mm，为s

非满流管渠的水力计算

非满流管渠内的水流状态基本上都处于阻力平方区，接近于均匀流，所以在非满流管渠的水力计算中都采用均匀流公式：

K称为流量模数

上述公式中谢才系数C如采用曼宁公式计算，则可写成

管道的水力等效简化

水力等效简化原则：简化后，等效的管网对象与原来的实际对象具有相同的水力特性。 1.串联

等效为一条直径为d，长度为l=l1+l2+…+ln的管道，管道中的流量相同

管道的水力等效简化

水力等效简化原则：简化后，等效的管网对象与原来的实际对象具有相同的水力特性。 1.并联

等效为并联管道的长度长度为，总流量等于各管道中的流量相加

管道的水力等效简化 局部水头损失计算的简化

将局部水头损失等效于一定长度的管道（称为当量管道长度ld）的沿程水头损失

即令其局部水头损失与当量管道长度的沿程水头损失相等（圆管满流）

课后习题 计算：

圆形污水管道直径600mm，管壁粗糙系数n=，管底坡

度i=。求最大设计充满度时的流速v和流量q 已知某管道直径为700mm，长度800m，管壁粗糙系数n=，管道上有45°弯头2个，直流三通3个，全开闸阀2个，输水流量为480L/s，计算沿程水头损失和局部水头损失

某排水管道采用铸铁管，曼宁粗糙系数为，设计流速为1m/s，水力坡度i=，求其水力半径R和充满度及沿程阻力损失

某排水管道粗糙系数n=，设计流量195L/s，充满度为最大设计值，计算管径为600mm时的水力坡度i

在给水排水管网中，沿程水头损失一般与流速的多少次方成正比，为什么

对于非满流而言，管渠的充满度越大过流能力越强吗，为什么