第三章给水排水管道系统水力计算基础 本章内容： 1、水头损失计算 2、无压圆管的水力计算 3、水力等效简化 本章难点：无压圆管的水力计算 第一节基本概念 一、管道内水流特征 进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。 对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑 紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。 二、有压流与无压流 水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流 给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。 从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多 三、恒定流与非恒定流 给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。 四、均匀流与非均匀流 液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。 对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
流体力学第五章压力管路的水力计算
第五章压力管路的水力计算 主要内容 长管水力计算 短管水力计算 串并联管路和分支管路 孔口和管嘴出流 基本概念： 1、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。（管路中的压强可以大于大气压，也可以小于大气压） 注：输送气体的管路都是压力管路。 2、分类： 按管路的结构特点，分为 简单管路：等径无分支 复杂管路：串联、并联、分支 按能量比例大小，分为 长管：和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。短管：流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路。
第一节管路的特性曲线 一、定义：水头损失与流量的关系曲线称为管路的特性曲线。 二、特性曲线 l l L g V d L g V d l l g V d l d l g V d l g V h h h f j w + = = + = ?? ? ? ? ? + = + = + = 当 当 当 其中， 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 λ λ λ λ λ ζ （1） 把2 4 d Q A Q V π = = 代入上式得： 2 2 5 2 2 2 28 4 2 1 2 Q Q d g L d Q g d L g V d L h w α π λ π λ λ= = ? ? ? ? ? = = （2） 把上式绘成曲线得图。 第二节长管的水力计算 一、简单长管 1、定义：由许多管径相同的管子组成的长输管路，且沿程损失较大、局部损失 较小，计算时可忽略局部损失和流速水头。 2、计算公式：简单长管一般计算涉及公式 2 2 1 1 A V A V=（3） f h p z p z+ + + γ γ 2 2 1 1 ＝ （4） g V D L h f2 2 λ = （5） 说明：有时为了计算方便，h f的计算采用如下形式：
1．高压、中压燃气管道水力计算公式： Z T T d Q L P P 0 5 210 2 2 2 110 27.1ρ λ ?=- 式中：P 1 — 燃气管道起点的压力（绝对压力，kPa ）； P 2 — 燃气管道终点的压力（绝对压力，kPa ）； Q — 燃气管道的计算流量（m 3/h ）； L — 燃气管道的计算长度（km ）； d — 管道内径（mm ）； ρ — 燃气的密度（kg/m 3）；标准状态下天然气的密度一般取0.716 kg/m 3。 Ｚ — 压缩因子，燃气压力小于1.2MPa （表压）时取1； Ｔ — 设计中所采用的燃气温度（K ）； Ｔ0 — 273.15（K ）。 λ— 燃气管道的摩擦阻力系数； 其中燃气管道的摩擦阻力系数λ的计算公式： 25 .06811.0??? ? ??+ =e R d K λ K — 管道内表面的当量绝对粗糙度（mm ）；对于钢管，输送天然 气和液化石油气时取0.1mm ，输送人工煤气时取0.15mm 。 R e — 雷诺数（无量纲）。流体流动时的惯性力Fg 和粘性力(内摩擦 力)Fm 之比称为雷诺数。用符号Re 表示。层流状态，R e ≤ 2100；临界状态，R e =2100～3500；紊流状态，R e >3500。 在该公式中，燃气管道起点的压力1P ，燃气管道的计算长度L ，燃气密度ρ，燃气温度T ，压缩因子Z 为已知量，燃气管道终点的压力2P ，燃气管道的计算流量Q ，燃气管道内径d 为参量，知道其中任意两个，都可计算其中一个未知量。 如燃气管道终点的压力2P 的计算公式为： ZL T T d Q P P 0 5 210 2 1210 27.1ρ ?-= 某DN100中压输气管道长0.19km ，起点压力0.3MPa ，最大流量1060 m 3/h ，输气温度为20℃,应用此公式计算，管道末端压力2P =0.29MPa 。
室内热水供暖系统的水力计算 本章重点 ? 热水供热系统水力计算基本原理。 ? 重力循环热水供热系统水力计算基本原理。 ? 机械循环热水供热系统水力计算基本原理。 本章难点 ? 水力计算方法。 ? 最不利循环。 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式 当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件 ( 如阀门、弯头、三通、散热器等 ) 时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要损失能量。前者称为沿程损失，后者称为局部损失。因此，热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示： Δ P ＝Δ P y + Δ P i ＝R l + Δ P i Pa 〔 4 — 1 〕 式中Δ P ——计算管段的压力损失， Pa ；
Δ P y ——计算管段的沿程损失， Pa ； Δ P i ——计算管段的局部损失， Pa ； R ——每米管长的沿程损失， Pa ／ m ； l ——管段长度， m 。 在管路的水力计算中，通常把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段组成的。 每米管长的沿程损失 ( 比摩阻 ) ，可用流体力学的达西．维斯巴赫公式进行计算 Pa/m （ 4 — 2 ） 式中一一管段的摩擦阻力系数； d ——管子内径， m ； ——热媒在管道内的流速， m ／ s ； 一热媒的密度， kg ／ m 3 。 在热水供暖系统中推荐使用的一些计算摩擦阻力系数值的公式如下： ( — ) 层流流动 当 Re ＜ 2320 时，可按下式计算；
流量与管径、压力、流速的一般关系 一般工程上计算时，水管路，压力常见为0.1--0.6MPa，水在水管中流速在1--3米/秒，常取1.5米/秒。 流量=管截面积X流速=0.002827X管内径的平方X流速(立方米/小时)。 其中，管内径单位：mm ，流速单位：米/秒，饱和蒸汽的公式与水相同，只是流速一般取20--40米/秒。 水头损失计算Chezy 公式 这里： Q ——断面水流量（m3/s） C ——Chezy糙率系数（m1/2/s） A ——断面面积（m2）
R ——水力半径（m） S ——水力坡度（m/m） 根据需要也可以变换为其它表示方法: Darcy-Weisbach公式 由于 这里： h f——沿程水头损失（mm3/s） f ——Darcy-Weisbach水头损失系数（无量纲） l ——管道长度（m） d ——管道内径（mm） v ——管道流速（m/s）
g ——重力加速度（m/s2） 水力计算是输配水管道设计的核心，其实质就是在保证用户水量、水压安全的条件下，通过水力计算优化设计方案，选择合适的管材和确经济管径。输配水管道水力计算包含沿程水头损失和局部水头损失，而局部水头损失一般仅为沿程水头损失的5~10%，因此本文主要研究、探讨管道沿程水头损失的计算方法。 1.1 管道常用沿程水头损失计算公式及适用条件 管道沿程水头损失是水流摩阻做功消耗的能量，不同的水流流态，遵循不同的规律，计算方法也不一样。输配水管道水流流态都处在紊流区，紊流区水流的阻力是水的粘滞力及水流速度与压强脉动的结果。紊流又根据阻力特征划分为水力光滑区、过渡区、粗糙区。管道沿程水头损失计算公式都有适用范围和条件，一般都以水流阻力特征区划分。 水流阻力特征区的判别方法，工程设计宜采用数值做
输水管道水力计算公式 1．常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ （1） 谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2） 海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852.1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中 h f -----------沿程损失，m λ----------沿程阻力系数 l -----------管段长度，m d-----------管道计算内径，m g-----------重力加速度，m/s 2 C-----------谢才系数 i------------水力坡降； R-----------水力半径，m Q-----------管道流量m/s 2 v------------流速 m/s C n -----------海澄―威廉系数 其中达西公式、谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中 ，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐 采用的水力计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式
3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。 舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用较广. 柯列勃洛可公式)Re 51.27.3lg(21 λ λ+?*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式，该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合，适用范围为4000 水力计算公式选用 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】 长距离输水管道水力计算公式的选用 1．常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ （1） 谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2） 海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852.1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中h f ------------沿程损失，m λ―――沿程阻力系数 l ――管段长度，m d-----管道计算内径，m g----重力加速度，m/s 2 C----谢才系数 i----水力坡降； R ―――水力半径，m Q ―――管道流量m/s 2 v----流速 m/s C n----海澄――威廉系数 其中大西公式，谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式 4．公式的适用范围： 3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的着名经验公式。 舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用教广. 柯列勃洛可公式 )Re 51 .27.3lg( 21 λ λ +?*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式,该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合,适用范围为4000 长距离输水管道水力计算公式的选用 1． 常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22**=λ （1） 谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2） 海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852 .1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中h f ------------沿程损失，m λ―――沿程阻力系数 l ――管段长度，m d-----管道计算内径，m g----重力加速度，m/s 2 C----谢才系数 i----水力坡降； R ―――水力半径，m Q ―――管道流量m/s 2 v----流速 m/s C n ----海澄――威廉系数 其中大西公式，谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式 4．公式的适用范围： 3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计 算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。 舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用教广. 柯列勃洛可公式 )Re 51 .27.3lg( 21 λ λ +?*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式,该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合,适用范围为4000 第三章管道的水力计算及强度计算 第一节管道的流速和流量 流体最基本的特征就是它受外力或重力的作用便产生流动。如图3—1所示装置，如把管道中的阀门打开，水箱内的水受重力作用，以一定的流速通过管道流出。如果水箱内的水位始终保持不变，那么管道中的流速也自始至终保持不变。管道中的水流速度有多大?每小时通过管道的流量是多少?这些都是实际工作中经常遇到的问题。 图3—1水在管道内的流动 为了研究流体在管道内流动的速度和流量，这里先引出过流断面的概念。图3—2为水通过管道流动的两个断面1—1及2—2，过流断面指的是垂直于流体流动方向上流体所通过的管道断面，其断面面积用符号A来表示，它的单位为m2或cm2。 图32管流的过流断面 a)满流b)不满流 流量是指单位时间内，通过过流断面的流体体积。以符号q v表示，其单位为m3／h，cm3／h或m3／s，cm3／s。 流速是指单位时间内，流体流动所通过的距离。以符号。表示，其单位为m／s或cm ／s。 图3—3管流中流速、流量、过流断面关系示意图 流量、流速与过流断面之间的关系如下： 以水在管道中流动为例，如图3—3所示，在管段上取过流断面1—1，如果在单位时间内水从断面1—1流到断面2—2，那么断面1—1和断面2—2所包围的管段的体积即为单位时间内通过过流断面1—1时水的流量q v，而断面1—1和断面2—2之间的距离就是单位时间内水流所通过的路程，即流速。 由上可知，流量、流速和过流断面之间的关系式为 q v=vA (3—1) 式(3—1)叫做流量公式，它说明流体在管道中流动时，流速、流量和过流断面三者之间的相互关系，即流量等于流速与过流断面面积的乘积。如果在一段输水管道中，各过流断面的面积及所输送的水量一定，即在管道中途没有支管与其连接，既没有水流出，也没有水流入，那么管道内各过流断面的水流速度也不会变化；若管段的管径是变化的(即过流断面的面积A是变化的)，那么管段中各过流断面处的流速也随着管径的变化而变化。当管径减小时，流速增大；而当管径增大时，流速即减小。然而，当流速一定时，流量的变化随管径成几何倍数变化，而不是按算术倍数变化。因为在管流中，管道的过流断面面积与管径的平方成正比。也就是说，管径扩大到原来的2倍、3倍、4倍时，面积增加到原来的4倍、9倍、16倍。如DN50mm的管子过流断面面积是DN25mm的管子的4倍，那么在流速相等的条件下，DN50mm管子中所通过的流量即是DN25mm管子的4倍；同理，DNlOOmm的管道内所通过的流量应是DN25mm管子的16倍。在日常施工中，常有人认为在流速一定时，管径之比就是所输送的流量之比，这无疑是错误的。 以上提到的以m3／h和cm3／s等为单位的流量又称为体积流量。如果指的是在单位时间内通过过流断面的流体质量时，该流量则称为质量流量，以符号qm表示，常采用的单位为kg／h或kg／s。质量流量与体积流量之间的关系为 qm=ρq v 而由式(3—1)知 q v=vA 则 q m=ρvA (3—2) 式中q m——质量流量(kg/s)； ρ——流体的密度，即单位体积流体的质量(ks／m3)； V——流体通过过流断面的平均流速(m／s)； A——过流断面面积(m2)。 例管径为DNlOOmm的管子，输送介质的流速为lm／s时，其小时流量为多少? 解DNlOOmm管子的过流断面面积为 A=πD3/4=3.14×0.12/4=0.00785m2 则q v=1×0.00785×3600=28.3m3／h 答：该管道的小时流量为28.3m3/h。 第二节管道的阻力损失 流体在管渠中流动时，过流断面上各点的流速并不是相同的。例如在河沟中，靠近岸边的水，流动较慢；而河沟中心的水，流速就较大。管道内流动的流体也是如此，靠近管内壁面的流体流速较小，处在管中心的流体流速最大。产生这一现象的原因在于，流体流动时与管内壁面发生摩擦产生阻力，同时管内流体各流层之间由于流速的变化而引起相对运动所产生的内摩擦阻力，也阻挠流体的运动。流体在流动中，为了克服阻力就要消耗自身所具有的机械能，我们称这部分被消耗掉的能量为阻力损失。流体的性质不同，流动状态相同，流动时所产生的阻力损失大小也不同。流动是产生阻力损失的外部条件，流速越高，流体与管壁及流体自身之间的摩擦就越剧烈，阻力也就越大。相反，流速越小，摩擦减弱，阻力也就越 燃气管道水力计算 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988） 1．高压、中压燃气管道水力计算公式： 式中：P 1 —燃气管道起点的压力（绝对压力，kPa）； P 2 —燃气管道终点的压力（绝对压力，kPa）； Q —燃气管道的计算流量（m3/h）； L —燃气管道的计算长度（km）； d —管道内径（mm）； ρ—燃气的密度（kg/m3）；标准状态下天然气的密度一般取0.716 kg/m3。 Ｚ—压缩因子，燃气压力小于1.2MPa（表压）时取1； Ｔ—设计中所采用的燃气温度（K）； Ｔ — 273.15（K）。 λ—燃气管道的摩擦阻力系数； 其中燃气管道的摩擦阻力系数λ的计算公式： K —管道内表面的当量绝对粗糙度（mm）；对于钢管，输送天然气和液化石油气时取0.1mm，输送人工煤气时取0.15mm。 R e —雷诺数（无量纲）。流体流动时的惯性力Fg和粘性 力(内摩擦力)Fm之比称为雷诺数。用符号Re表示。层流状态，R e 2100；临界状态，R e =2100～3500；紊流状态，R e >3500。 在该公式中，燃气管道起点的压力 1 P，燃气管道的计算长度L，燃气密度ρ，燃气温度T，压缩因子Z为已知量，燃气管道终点的压力2 P，燃气管道的计算流量Q，燃气管道内径d为参量，知道其中任意两个，都可计算其中一个未知量。 如燃气管道终点的压力 P的计算公式为： 2 某DN100中压输气管道长0.19km，起点压力0.3MPa，最大流量1060 m3/h，输气温度为20℃,应用此公式计算，管道末端压力 P=0.29MPa。 2 2．低压燃气管道水力计算公式： 式中：P —燃气管道的摩擦阻力损失（Pa）； Q —燃气管道的计算流量（m3/h）； L —燃气管道的计算长度（km）； λ—燃气管道的摩擦阻力系数； d —管道内径（mm）； ρ—燃气的密度（kg/m3）； Ｚ—压缩因子，燃气压力小于1.2MPa（表压）时取1； Ｔ—设计中所采用的燃气温度（K）； — 273.15（K）。 Ｔ 长距离输水管道水力计算公式的选用 王雪原黄慎勇付忠志 （中国市政工程西南设计研究院，成都６１００８１） 摘要就长距离输水管道的材质、管道口径和衬里等管道特性因素，结合各设计规范的推荐公式进行了对比分析，并根据各水力计算公式的适用范围及限制条件，指出不同管道特性条件可能对水力计算结果造成的影响，建议在大口径长距离输水管道设计中采用对三个紊流区域均适用的柯列勃洛克公式替代海澄一威廉公式，以期得到较为安全合理的设计成果。 关键词长距离输水管道水力计算公式适用范围管道特性条件 Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｐｉｐｅｌｉｎｅ ＷａｎｇＸｕｅ—ｙｕａｎ，ＨｕａｎｇＳｈｅｎ—ｙｏｎｇ，ＦｕＺｈｏｎｇ—ｚｈｉ（Ｓｏｕｔｈ－ＷｅｓｔＭｕｎｉｃｉｐａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ［ｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００８１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｂｙｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｏｄｅｗｅｒｅｃｏｍ—ｐａｒｅｄｆｏｒｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｐｉｐｅｌｉｎｅｓｗｉｔｈｓｕｂｓｔａｎｔｉｖｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅ，ｐｉｐｅ－ｍａｋｉｎｇａｎｄｌｉｎｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｎｄｔｈｅｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｆｏｒｍｕｌａａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｆｆｅｃｔｏｆｐｉｐｅｆｅａｔｕｒｅｏｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎ ｉｎｄｉｃａｔｅｄａｎｄｉｔｗａｓｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｔｈａｔｔｈｅＣｏｌｅｂｒｏｏｋｅｑｕａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｉｎｔｒｉ—ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｚｏｎｅｓｃｏｕｌｄｂｅｂｅｓｔｔｏｒｅｐｌａｃｅｔｈｅＨａｚｅｎ—Ｗｉｌｌｉａｍｓｆｏｒｍｕｌａｔｏｇｅｔｂｅｔｔｅｒｒｅｓｕｌｔｏｆｒａｔｉｏｎａｌｄｅｓｉｇｎｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｓａｆｅｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｐｉｐｅｌｉｎｅ；Ｆｏｒｍｕｌａｆｏｒｈｙｄｒａｕｌｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；Ｓｕｉｔａｂｌｅｒａｎｇｅ；Ｐｉｐｅｌｉｎｅｆｅａｔｕｒｅ ０前言 城市供水工程中，长距离管道输水是一种常见 输水形式，其输水的水头损失主要为沿程水头损失。 由于水资源的日益缺乏，越来越多的城市已经不得 不进行长距离输水，长距离输水管道在城市供水工 程的建设总投资中所占的比重也越来越大，因此对 长距离输水管道的合理设计显得更加重要，而对管 道进行准确的水力计算则是确定方案可行性和经济 性的一个十分重要的步骤。 １常用的水力计算公式 供水工程中的管道水力计算一般按照均匀流计 算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有： 达西（Ｄａｒｃｙ）公式： 铲Ａ吉蓦３２给水排水Ｖ０１．３２Ｎｏ．１０２００６（１） 谢才（Ｃｈｅｚｙ）公式： ｕ—Ｃ胡万（２）海澄一威廉（Ｈａｚｅｎ—Ｗｉｌｌｉａｍｓ）公式： 铲糌 式中＾ｆ——沿程损失，ｍ； Ａ——沿程阻力系数； Ｚ——管段长度，ｍ； ｄ——管道计算内径，ｍ； ｇ——重力加速度，ｍ／ｓ２； 卜谢才系数； ｉ——水力坡降； Ｒ——水力半径，ｍ； Ｑ一管道流量，ｍ３ｓ； ｒ流速，ｍ／ｓ； （３） 万方数据 第二节水力计算 第3．2．1条排水管渠的流速，应按下列公式计算： 式中v ——流速（m／s）； R ——水力半径（m）； I ——水力坡降； n ——粗糙系数。 第3. 2．2条管渠粗糙系数宜按表3．2．2采用。 第3．2．3条排水管渠的最大设计充满度和超高，应遵守下列规定： 一、污水管道应按不满流计算，其最大设计充满度应按表3．2．3采用。 二、雨水管道和合流管道应按满流计算。 注：在计算污水管道充满度时，不包括沐浴或短时间内突然增加的污水量，但当管径小于或等于300mm时，应按满流复核。 三、明渠超高不得小于0．2m。 第3．2．4条排水管道的最大设计流速，应遵守下列规定： －、金属管道为10 m/s； 二、非金属管道为 5 m/s。 第3．2．5条排水明渠的最大设计流速应遵守下列规定： 一、当水流深度为0．4～1．0m时，宜按表3．2．5采用。 二、当水流深度在0．4～1．0m范围以外时，表3.2.5所列最大设计流速应乘以下列系数：h ＜0.4m时系数=0．85; 1.0＜h＜ 2.0m时系数=1．25; h≥2.0m时系数= 1.40. 注：h为水流深度。 第3．2．6条排水管渠的最小设计流速，应遵守下列规定： 一、污水管道在设计充满度下为0．6m／s 。 注：含有金属、矿物固体或重油杂质的生产污水管道，其最小设计流速宜适当加大。 二、雨水管道和合流管道在满流时为0.75m／s 。 三、明渠为0.4 m/s 。 注：①当起点污水管段中的流速不能满足以上规定时，应符合本规范第3．2．9 条要求。 ②设计流速不满足最小设计流速时，应增设清淤措施。 第3．2．7条生活污水压力输泥管的最小设计流速，一般可按表3．2．7采用。 管道水力计算 新大技术研究所：戴颂周 2012 年3 月2 日 目录 第一章单相液体管流动和管道水力计算 (3) 第一节流体总流的伯努利方程 (3) 一、流体总流的伯努利方程 (3) 二、流体流动的水力损失 (3) 第二节流体运动的两种状态 (6) 一、雷诺实验 (6) 二、雷诺数 (7) 三、圆管中紊流的运动学特征—速度分布 (7) 四、雷诺数算图 (8) 第三节沿程水力损失 (9) 一、计算方法： (9) 第四节局部水力损失 (14) 第五节管道的水力计算 (17) 一、管道流体的允许流速（经济流速供参考） (17) 二、简单管道的水力计算 (19) 第二章玻璃钢管道水力计算 (20) 第一节玻璃钢管道水力计算公式 (20) 一、玻璃钢管道水力计算公式 (21) 二、管道水力压降曲线 (22) 三、常用液体压降的换算 (22) 四、常用管件压降 (24) 第二节油气集输管道压降计算 (25) 第三节玻璃钢输水管线的水力学特性 (26) 一、玻璃钢输水管水流量计算 (26) 二、玻璃钢输水管水击强度计算 (27) 第三章管道水力学计算中应注意的几个问题 (30) 一、热油管道的工艺计算 (30) 二、油水两相液体的工艺计算 (31) 三、地形变化时的水力坡降 (33) 第一章 单相液体管流动和管道水力计算 第一节 流体总流的伯努利方程 一、流体总流的伯努利方程 1. 流体总流的伯努利方程式（能量方式） =++g c g P Z 22 1111αρw h g c g P Z +++22 2222αρ 2. 方程的分析 (1) 方程的意义 物理意义：不可压缩的实际流体在管道流动时的能量守恒，或者说，上游机械能=下游机械能+能量的损失。 (2) 各项的意义 -21,z z 单位重量流体所具有的位能，或位置水头，m ，即起点、终点标高。-g p g p ρρ/,/21单位重量流体所具有的压能，或压强水头，m ；即P 1 P 2为起点、 终点液流压力，-g c g c 2/,2/2 22211αα单位重量流体所具有的动能，或速度水头， m ；即C 1 C 2为液流起、终点的流速。 -21,αα单位重量流体的动能修正系数；-w h 单位重量流体流动过程的水力损失，m 。 二、流体流动的水力损失 1. 水力损失的计算 液体所以能在管道中流动，是由于泵或自然位差提供的能量。液体流动过程中与各种管道、阀件、管件发生摩擦或撞击而产生阻力。同时液体质点间的互相摩擦和撞击也要产生阻力。为了使液体继续流动，就必须供给能量，以克服这些阻力。用于克服液流阻力的能量，就是管路摩阻损失。水力损失一般包括两项，即沿程损失 f h 与局部损失 m h 。因此，流体流动时上、下游截面间的总水力损失 w h 应等于两截面间的所有沿程损失与局部损失之和，即 风路系统水力计算 1 水力计算方法简述 目前，风管常用的的水力计算方法有压损平均法、假定流速法、静压复得法等几种。 1.压损平均法（又称等摩阻法）是以单位长度风管具有相等的摩擦压力损失 m p ?为前提 的，其特点是，将已知总的作用压力按干管长度平均分配给每一管段，再根据每一管段的风量和分配到的作用压力，确定风管的尺寸，并结合各环路间压力损失的平衡进行调整，以保证各环路间的压力损失的差额小于设计规范的规定值。这种方法对于系统所用的风机压头已定，或对分支管路进行压力损失平衡时，使用起来比较方便。 2.假定流速法 是以风管内空气流速作为控制指标，这个空气流速应按照噪声控制、风管本身的强度，并考虑运行费用等因素来进行设定。根据风管的风量和选定的流速，确定风管的断面尺寸，进而计算压力损失，再按各环路的压力损失进行调整，以达到平衡。各并联环路压力损失的相对差额，不宜超过15%。当通过调整管径仍无法达到要求时，应设置调节装置。 3.静压复得法（略，具体详见《实用供热空调设计手册》之11.6.3） 对于低速机械送（排）风系统和空调风系统的水力计算，大多采用假定流速法和压损平均法；对于高速送风系统或变风量空调系统风管的水力计算宜采用静压复得法。工程上为了计算方便，在将管段的沿程（摩擦）阻力损失m P ?和局部阻力损失 j P ?这两项进行叠加时， 可归纳为下表的3种方法。 将m P ?与 j P ?进行叠加时所采用的计算方法 计算方法名称 基本关系式 备注 单位管长压力损失法（比摩阻法） 管段的全压损失 ) (2 222j m e j m P l p V l V d P l P P ?+?=+= ?+?=?ρζρ λ P ?——管段全压损失，Pa ； m p ?——单位管长沿程摩擦阻力，Pa/m 用于通风、空 调的送（回）风和排风系统的压力损失计算，是最常用的方法 当量长度法 2222ρ ζρ λV V d l e e = 风管配件的当量长度 λζ e e d l = 常见用静压 复得法计算高速风管或低速风管系统的压力损失。提供各类常用风管配 水力计算公式选用 长距离输水管道水力计算公 式的选用 1． 常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有： 达西（DA ＲCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ （1) 谢才(chezy ）公式： i R C v **= (２） 海澄—威廉（ＨAZEN —W ＩＬＩA ＭS ）公式: 87.4852.1852.167.10d C l Q h h f ***= （３） 式中ｈf —---－－--—-－－沿程损失,m λ―――沿程阻力系数 l ――管段长度，m d-———－管道计算内径,ｍ g ——--重力加速度,m/s 2 C －—-－谢才系数 i －-—－水力坡降； R ―――水力半径，m Q ―――管道流量ｍ/ｓ 2 v —－—－流速 m/s C n —-－－海澄――威廉系数 其中大西公式，谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄-威廉公式影响参数较小,作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中 ，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。...文档交流 仅供参考... 2． 规范中水力计算公式的规定 3． 查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异,见表1:...文档交流 仅供参考... 表1 各规范推荐采用的水力计算公式 序 号 推荐公式 参数（参数计算公式) 适用管道 规范名称 1 达西公式 λ（舍维列夫公式） 旧钢管，旧铸铁管 《室外给 水设计规 范》ＧBJ14－８7，已 废止. 2 谢才公式 C （漫宁公式，巴浦洛夫斯基公式) 混凝土管和钢筋混凝土管 3 达西公式 λ 塑料管 《室外给水设计规 4 谢才公式 C(漫宁公式，巴浦洛混凝土管渠及采用 第2章建筑内部给水系统 2.4给水管网的水力计算 在求得各管段的设计秒流量后，根据流量公式，即可求定管径： 给水管网水力计算的目的在于确定各管段管径、管网的水头损失和确定给水系统的所需压力。 υπ42d q g =πυg q d 4=式中 q g ——计算管段的设计秒流量，m 3/s ； d j ——计算管段的管内径，m ； υ——管道中的水流速，m/s 。 （2-12） 当计算管段的流量确定后，流速的大小将直接影响到管道系统技术、经济的合理性，流速过大易产生水锤，引起噪声，损坏管道或附件，并将增加管道的水头损失，使建筑内给水系统所需压力增大。而流速过小，又将造成管材的浪费。 考虑以上因素，建筑物内的给水管道流速一般可按表2-12选取。但最大不超过2m/s。 工程设计中也可采用下列数值： DN15~DN20，V =0.6~1.0m/s ；DN25~DN40，V =0.8~1.2m/s 。 生活给水管道的水流速度 表2-12 2.4.2 给水管网和水表水头损失的计算 2.4.2 给水管网和水表水头损失的计算 给水管网水头损失的计算包括沿程水头损失和局部水头损失两部分内容。 １. 给水管道的沿程水头损失 （2-13）——沿程水头损失，kPa； 式中 h y L——管道计算长度，m； i——管道单位长度水头损失，kPa/m，按下式计算： 2.4 给水管网的水力计算 2.4.2 给水管网和水表水头损失的计算 式中i——管道单位长度水头损失， kPa/m ； d j ——管道计算内径，m； q g——给水设计流量，m3/s； C h ——海澄-威廉系数： 塑料管、内衬（涂）塑管C h = 140； 铜管、不锈钢管C h = 130； 衬水泥、树脂的铸铁管C h = 130； 普通钢管、铸铁管C h = 100。 （2-14） 液压计算图简单，清晰，易于查阅。有关水力计算是根据新标准编制的。适用于给排水工程，环境工程，房屋建设，水利水电工程，污水处理，市政管道，暖通空调等领域的规划设计，施工，管理和决策人员。也可以作为工厂，矿业企业及相关高等学校的师生参考。 执行摘要 水力计算图是给水排水工程设计中常用的水力计算图的集合。内容包括供水工程用钢管，铸铁管和塑料管的水力计算表，圆形截面钢筋混凝土输水管的水力计算表，圆形，矩形，马蹄形和蛋形截面排水管道的水力计算图，梯形明渠水力计算图，热水管，钢塑复合管，蒸汽和压缩空气管的流量和压力损失计算表等。为了充分发挥实用的设计功能并配合应用在计算机辅助设计方面，“液压计算表”配备了上述所有液压计算表的电子软件，可以通过计算机准确，方便，快速地检索，查询和计算。 目录 1，给水管道水力计算 1.钢管和铸铁管 1.1计算公式 1.2表格和说明 1.3水力计算 2.钢筋混凝土供水管 2.1计算公式 2.2水力计算 3.塑料给水管 3.1计算公式 3.2准备和说明 3.3水力计算 2，排水道水力计算 4.钢筋混凝土圆形排水管（全流量，n = 0.013）4.1计算公式 4.2水力计算 5.钢筋混凝土圆形排水管（非全流量，n = 0.014）5.1计算公式 5.2水力计算图及说明 6.矩形横截面沟槽（全流量，n = 0.013） 6.1计算公式 6.2水力计算 7.矩形横截面沟槽（非全流量，n = 0.013） 7.1计算公式 7.2水力计算 8.梯形截面明渠（n = 0.025，M = 1.5） 8.1计算公式 8.2水力计算图及说明 9.马蹄形断面沟 9.1马蹄形（I型）涵洞 长距离输水管道水力计算公式的选用 Q E I c 1.852 .4.87— C h d 式中h f ------------------ 沿程损失，m 入 ---- 沿程阻力系数 I ---- 管段长度，m d ——管道计算内径，m g —重力加速度，m/s 2 C----谢才系数 i —水力坡降； R -------- 水力半径， m Q -------- 管道流量m/s 2 v —流速^ m/s C n ----海澄一一威廉系数 其中大西公式，谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄-威廉公式影响参 数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中 与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2. 规范中水力计算公式的规定 3. 查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力 计算公式也有所差异，见表 1 : 表1各规范推荐采用的水力计算公式 1.常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算, 算公式有： (DARCY )公式： l v 2 目前工程设计中普遍采用的管道水力计 达西 h f 谢才 d 2g (chezy )公式: (1) v C J R 海澄—威廉( HAZEN-WILIAMS )公式: h f 10-67 4. 公式的适用范围： 3. 1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截 面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数入值的确定是水头损失计 算的关键，一般采用经验公式计算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克 （C.F.COLEBROOK公式均是针对工业管道条件计算入值的著名经验公式。舍维列夫公式的导出条件是水温10C，运动粘度1.3*10-6m/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用教广. 1 2 51 柯列勃洛可公式丁2 9（- 吕（△为当量粗糙度，Re为雷诺数）是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区入值计算公式，该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合，适用范围为4OOOvRev10.大量的试验结果表明柯列勃洛克公式与实际商用圆管的阻力试验结果吻合良好，不仅包含了光滑管区和完全粗糙管区，而且覆盖了整个过渡粗糙区，该公式在国外得到水力计算公式选用
水力计算公式选用
管道的水力计算及强度计算.
燃气管道水力计算
长距离输水管道水力计算公式的选用
水力计算
管道水力计算
风路系统水力计算
水力计算公式选用(精选课件)
02-4给水管网的水力计算
水力计算表
水力公式
相关主题
文本预览