第三章第3章给水排水管网水力学基础
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第3章-给水排水管网水力学基础
适用：明渠均匀流、非满流均匀流水力计算。
3.2.2 沿程水头损失计算公式的比较与选用
巴甫洛夫斯基公式适用范围广，计算精度也较高，特别 是对于较粗糙的管道，管道水流状态仍保持较准确的计 算结果，最佳适用范围为1.0≤e≤5.0mm；
曼宁公式亦适用于较粗糙的管道，最佳适用范围为 0.5≤e≤4.0mm；
对于圆管满流R=0.25D（D为直径）。
圆管满流，沿程水头损失也可以用 达西公式：
适用：塑料管、 内衬与内涂塑料的钢管。
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。常用：
1．舍维列夫公式
适用：旧铸铁管和旧钢管满管紊流，水温10℃（给水管道计算）
2．海曾－威廉公式
适用：较光滑圆管满流紊流（给水管道）
用于：输配水管道、 配水管网水力平差计算。
3．柯尔勃洛克－怀特公式
适用：各种紊流，是适应性和计算精度最高的公式。
4. 巴甫洛夫斯基公式
适用：混凝土管(渠)、 已作水泥砂浆内衬的金属管道。明渠流
、非满流排水管道。
5．曼宁公式
曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中y=1/6时的特例， 适用：明渠或较粗糙的管道计算。
式中 Sm——局部阻力系数 ；
3．沿程水头损失与。局部水头损失之和：
式中 Sg——管道阻力系数；
3.3 非满流管渠水力计算
水力计算目的：确定
3.3.1 非满流管渠水力计算公式
1．非满流管渠水力计算公式
常用的均匀流基本公式有：
式中 Q —— 流量（m3/s）； ω —— 过水断面面积（m2） v —— 流速（m/s）； R —— 水力半径（ｍ）；
其过水断面面积为A0，水力半径为R0，通过流量为 qo，流速为vo:
3.2.2 沿程水头损失计算公式的比较与选用
巴甫洛夫斯基公式适用范围广，计算精度也较高，特别 是对于较粗糙的管道，管道水流状态仍保持较准确的计 算结果，最佳适用范围为1.0≤e≤5.0mm；
曼宁公式亦适用于较粗糙的管道，最佳适用范围为 0.5≤e≤4.0mm；
对于圆管满流R=0.25D（D为直径）。
圆管满流，沿程水头损失也可以用 达西公式：
适用：塑料管、 内衬与内涂塑料的钢管。
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。常用：
1．舍维列夫公式
适用：旧铸铁管和旧钢管满管紊流，水温10℃（给水管道计算）
2．海曾－威廉公式
适用：较光滑圆管满流紊流（给水管道）
用于：输配水管道、 配水管网水力平差计算。
3．柯尔勃洛克－怀特公式
适用：各种紊流，是适应性和计算精度最高的公式。
4. 巴甫洛夫斯基公式
适用：混凝土管(渠)、 已作水泥砂浆内衬的金属管道。明渠流
、非满流排水管道。
5．曼宁公式
曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中y=1/6时的特例， 适用：明渠或较粗糙的管道计算。
式中 Sm——局部阻力系数 ；
3．沿程水头损失与。局部水头损失之和：
式中 Sg——管道阻力系数；
3.3 非满流管渠水力计算
水力计算目的：确定
3.3.1 非满流管渠水力计算公式
1．非满流管渠水力计算公式
常用的均匀流基本公式有：
式中 Q —— 流量（m3/s）； ω —— 过水断面面积（m2） v —— 流速（m/s）； R —— 水力半径（ｍ）；
其过水断面面积为A0，水力半径为R0，通过流量为 qo，流速为vo:
(整理)第三章给水排水管道系统水力计算基础
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。
对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。
第三章_给水排水管网水力学基础(1)
3.5 水泵与泵站水力特性
3.5.1 水泵水力特性公式及其参数计算
压力流与重力流
压力流：水体沿流程整个周界与固体壁面接触，无 自由液面，满管流动，又称管流。
压力流输水通过封闭的管道进行，水流阻力主要依靠水 的压能克服，阻力大小只与管道内壁粗糙程度有关、管道长 度和流速有关，与管道埋设深度和坡度无关。
重力流：水体沿流程一部分与固体壁面接触，另一 部分与空气接触，具有自由液面。非满管流动，又 称明渠流。
1、串联管道的简化
l
l1 d1 l2 d2 lN dN
1 m
根据水力等效的原则：
l kqnl N kqnli m 经变换有：d N m li d i 1 d i d m i 1 i
2、并联管道的简化
q
d1 q1 d2 q2 dN qN 将它们等效为一条直径为d，长度为l的管道，输送流 量q=q1+q2+…qN。
代入谢才公式
nM——曼宁公式粗糙系数。
3.2.2
沿程水头损失计算公式的比较与选用
1）巴甫洛夫斯基公式适用范围广，计算精度也高， 特别是对于较粗糙的管道，管道水流状态仍保持较准 确的计算结果，最佳适用范围为1.0≤e≤5.0mm； 2）曼宁公式亦适用于较粗糙的管道，最佳适用范围 为0.5≤e≤4.0mm； 3）海曾－威廉公式则适用于较光滑的管道，特别 是当e≤0.25mm（CW≥130）时，该公式较其它公式 有较高的计算精度； 4）舍维列夫公式在1.0≤e≤1.5mm之间给出了令人 满意的结果，对旧金属管道较适用，但对管壁光滑 或特别粗糙的管道是不适用的。
2 3 2
o
v R ＝ ＝f 4 ( h ) D vo Ro
给水排水管网水力学基础
∑
当并联管道直径相同时
d1 = d 2 = d =
n m/n m ( Nd i )
= d N = di =
n (N ) m
di
3．4．2 沿线均匀出流的简化 干管配水情况
配水支管
Q 1 q1 q 3 Q2 q2
q5 q4
Q3
q7
配水干管
Q4
q6
t
假设沿线出流是均匀 的，则管道的任一断 面上的流量
管道的水力等效简化
n kq n l kq1n l kq 2 l = m = m = m d d1 d2
n kq N l = m dN
d = (∑ d )
i =1
N
m n i
n m
当并联管道直径相同时， 有：
d = (N ) di
n m
3.1 给排水管网水流特征 3．1．1 流态特征
Re ⎧层流： < 2000 ⎪ ⎪ 1.流态 ⎨过渡流 : 2000 < Re < 4000 ⎪ Re （给排水管网一般按紊 流考虑） ⎪紊流： > 4000 ⎩
第3章 给水排水管网水力学基础 －－管渠稳定流方程 谢才公式：
式中
v2 hf = 2 l C R
（m）
hf――沿程水头损失，m；v――过水断面平均流速，m/s； C――谢才系数； l――管渠长度，m； R――过水断面水力半径，即断面面积除以湿周，m， 对于圆管满流R=0.25D（D为直径）。
圆管满流－达西公式：
n
kq n d m
N
l
kq n l i kq l = ∑ m m d i=1 d i d = (l /
m i=1 d i
∑
N
第3章-给水排水管网水力学基础讲解
为了简化计算工作，在给水排水管道的水力计算中一般都采用均匀流 公式。
图3.1 圆形管道非满管流和满管流示意图 （a）非满管流；（b）满管流
图3.2 圆形管道充满度示 意图
3.3.1 非满流管道水力计算公式 管渠流量公式：
q
Av
A
R
2 3
I
1 2
式中
A―过水断面面积（m2）；
n
I―水力坡度，对于均匀流，为管渠底坡。
N mn
d ( din ) m i 1
当并联管道直径相同时，等效直径：
n
d (N)m di
kqNn l
d
m N
干管配水情况
3.4.2 沿线均匀出流的简化
给水管网中的配水管沿线向用户供水，如图3.6所示。假设沿线出流是 均匀的，则管道内任意断面x上的流量可以表示为：
qx
qt
沿程水头损失计算公式的指数形式为：
或
或 hf sf qn
式中，k、n、m─指数公式的参数。见表3.6； α―比阻，即单位管长的摩阻系数， α =k/Dm； sf―摩阻系数，sf= α l=kl/Dm。
沿程水头损失指数公式的参数
表3.6
3.3 非满流管渠水力计算
在排水管网中，污水管道一般采用非满管流设计，雨水管网一般采用 满管流设计，如图3.1所示。在两者的运行过程中，大多数时间内，均 处于非满管流状态。
第3章 给水排水管网水力学基础
3.1 给水排水管网水流特征
3.1.1 管网中的流态分析
在水力学中，水在圆管中的流动有层流、紊流及过渡流三种流态，可以根据雷诺数 Re进行判别，其表达式如下：
Re
VD
式中，V－管内平均流速（m/s）；D－管径(m)；ν－水的运动粘性系数，当水温为 10oC时，ν＝1.308 x 10-6m2/s，当水温为30oC时，ν＝0.804 x 10-6m2/s，当水温为 50oC时，ν＝0.556 x 10-6m2/s。 当Re小于2000时为层流，当Re大于4000时为紊流，当Re介于2000到4000之间时， 水流状态不稳定，属于过渡流态。
图3.1 圆形管道非满管流和满管流示意图 （a）非满管流；（b）满管流
图3.2 圆形管道充满度示 意图
3.3.1 非满流管道水力计算公式 管渠流量公式：
q
Av
A
R
2 3
I
1 2
式中
A―过水断面面积（m2）；
n
I―水力坡度，对于均匀流，为管渠底坡。
N mn
d ( din ) m i 1
当并联管道直径相同时，等效直径：
n
d (N)m di
kqNn l
d
m N
干管配水情况
3.4.2 沿线均匀出流的简化
给水管网中的配水管沿线向用户供水，如图3.6所示。假设沿线出流是 均匀的，则管道内任意断面x上的流量可以表示为：
qx
qt
沿程水头损失计算公式的指数形式为：
或
或 hf sf qn
式中，k、n、m─指数公式的参数。见表3.6； α―比阻，即单位管长的摩阻系数， α =k/Dm； sf―摩阻系数，sf= α l=kl/Dm。
沿程水头损失指数公式的参数
表3.6
3.3 非满流管渠水力计算
在排水管网中，污水管道一般采用非满管流设计，雨水管网一般采用 满管流设计，如图3.1所示。在两者的运行过程中，大多数时间内，均 处于非满管流状态。
第3章 给水排水管网水力学基础
3.1 给水排水管网水流特征
3.1.1 管网中的流态分析
在水力学中，水在圆管中的流动有层流、紊流及过渡流三种流态，可以根据雷诺数 Re进行判别，其表达式如下：
Re
VD
式中，V－管内平均流速（m/s）；D－管径(m)；ν－水的运动粘性系数，当水温为 10oC时，ν＝1.308 x 10-6m2/s，当水温为30oC时，ν＝0.804 x 10-6m2/s，当水温为 50oC时，ν＝0.556 x 10-6m2/s。 当Re小于2000时为层流，当Re大于4000时为紊流，当Re介于2000到4000之间时， 水流状态不稳定，属于过渡流态。
第三章给水排水管道系统水力计算础
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。
对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。
第三章给水排水管网水力学基础选编
已知
流量q 求
管径D 水力坡度I
充满度h/D 流速v
1）先由下式计算q/q0，反查表3.7的充满度h/D；
q q0
1 nM
q 2 1 A0 A0 R 0 3 I 2
D 2
4
R0
D 4
5
q q0
43
nM q
81
D3I 2
3.208nM q D I 2.667 0.5
2）根据充满度h/D，查表3.7得A/A0，然后用下式计算流速v。
压力流与重力流
压力流：水体沿流程整个周界与固体壁面接触，无 自由液面，满管流动，又称管流。
压力流输水通过封闭的管道进行，水流阻力主要依靠水 的压能克服，阻力大小只与管道内壁粗糙程度有关、管道长 度和流速有关，与管道埋设深度和坡度无关。
重力流：水体沿流程一部分与固体壁面接触，另一 部分与空气接触，具有自由液面。非满管流动，又 称明渠流。
根据水力等效的原则：
k qnl dm
k q1nl d1m
k q2 nl d2m
kqN nl dNmn 经变换：d Nhomakorabea
N
m m din
i1
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
例3 已知钢筋混凝土排水管n=0.013，设计流 量q=100L/s，充满度h/D=0.65，最大水力坡度 为I=7%，求最小管径D。
第3章给水排水管网水力学基础
第三章 给水排水管网水力学基础
目录
3.1给排水管网水流特征 3.2管渠水头损失计算 3.3非满流管渠水力计算 3.4管道的水力等效简化 3.5水泵与泵站水力特性
3.1 给水排水管网流动特征
流态特征
水的三种流态
层流 Re<2000 紊流 Re>4000 过渡流 Re 2000~4000 其中Re 称为雷诺数
（4）曼宁公式
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。
C6 R nM
nM——曼宁公式粗糙系数。
沿程水头损失计算公式的比较与选用
柯尔勃洛克-怀特公式具有较高的精度;
巴甫洛夫斯基公式具有较宽的适用范围， 1.0≤e ≤5.0mm;
曼宁公式适用于较粗糙的管道, 0.5≤e ≤4.0mm;
非均匀流急 缓变 变流 流
满管流动 1）如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯， 为均匀流，管道对水流阻力沿程不变，采用沿程水 头损失公式计算； 2）当管道在局部分叉、转弯与变截面时，流动为非 均匀流，采用局部水头损失公式计算。
非满管流或渠流，只要长距离截面不变，可以近似 为均匀流。
水力半径R=R(D,h/D)
hD
采用谢才公式计算水头损失，将曼宁公式代入并转换：
v
1
21
R3I 2
由流量和流速关系得： nm
q
1
21
AR3I 2
nm
水力坡度
v
1
2
1
R 3 (D, h / D)I 2
nm
q
1
2
1
A(D, h / D)R3 (D, h / D)I 2
nm
5个水力参数q、D、h、I、v, 已知其中3个就可以求出 另一个。
目录
3.1给排水管网水流特征 3.2管渠水头损失计算 3.3非满流管渠水力计算 3.4管道的水力等效简化 3.5水泵与泵站水力特性
3.1 给水排水管网流动特征
流态特征
水的三种流态
层流 Re<2000 紊流 Re>4000 过渡流 Re 2000~4000 其中Re 称为雷诺数
（4）曼宁公式
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。
C6 R nM
nM——曼宁公式粗糙系数。
沿程水头损失计算公式的比较与选用
柯尔勃洛克-怀特公式具有较高的精度;
巴甫洛夫斯基公式具有较宽的适用范围， 1.0≤e ≤5.0mm;
曼宁公式适用于较粗糙的管道, 0.5≤e ≤4.0mm;
非均匀流急 缓变 变流 流
满管流动 1）如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯， 为均匀流，管道对水流阻力沿程不变，采用沿程水 头损失公式计算； 2）当管道在局部分叉、转弯与变截面时，流动为非 均匀流，采用局部水头损失公式计算。
非满管流或渠流，只要长距离截面不变，可以近似 为均匀流。
水力半径R=R(D,h/D)
hD
采用谢才公式计算水头损失，将曼宁公式代入并转换：
v
1
21
R3I 2
由流量和流速关系得： nm
q
1
21
AR3I 2
nm
水力坡度
v
1
2
1
R 3 (D, h / D)I 2
nm
q
1
2
1
A(D, h / D)R3 (D, h / D)I 2
nm
5个水力参数q、D、h、I、v, 已知其中3个就可以求出 另一个。
第三章 给水排水管道系统水力计算基础 [自动保存的]
C e C＝－17.71lg 14.8R 3.53 Re 2.51 e 或 2 lg 3.7 D Re 1
29
式中 Re －雷诺数， ＝ Re
4vR
vD
，其中是与水温有关的
水动力粘度系数，m 2 / s; e－管壁当量粗糙度，m，由实验确定。 但此式需迭代计算，不便于应用，可以简化为 直接计算的形式： 4.462 e C＝－17.71 lg 0.875 14.8 R Re 1 4.462 e 或 ＝－2 lg 0.875 3.7 D Re
33
作业1：绘制摩迪图
要求： 1.对数坐标 2.相对粗糙度分别为0.0001,0.001, 0.01 3.Re从1到1e8， 4.加入层流时的结果 ,0.05
圆管满流水力计算
• 例：当流量q=14L/s,管长为3500m,钢管直径 DN=175mm,求水头损失。 • 舍维列夫公式 • 计算流速：v:0.596m/s • 计算水头损失：hf=λv^2/(2g)l/d=11.4m
3．沿程水m h f ( s m s f )q s g q
适用：较光滑圆管满流紊流（给水管道）
v 1.2m/s
v 1.2m/s
13.16 gD 0.13 ＝ 1.852 0.148 Cw q 式中 q－流量，m 3 / s C w－海曾－威廉粗糙系数
28
hf＝
10.67 q
1.852
1.852 4.87 Cw D
l
3．柯尔勃洛克－怀特公式
适用：各种紊流，是适应性和计算精度最高的公式
第3章
给水排水管网水力学基础
第3章-给水排水管网水力学基础
当并联管道直径相同时，等效直径：
n
d (N)m di
kqNn l
d
m N
干管配水情况
3.4.2 沿线均匀出流的简化
给水管网中的配水管沿线向用户供水，如图3.6所示。假设沿线出流是 均匀的，则管道内任意断面x上的流量可以表示为：
qx
qt
l
l
x
ql
沿程水头损失：
h f
l
k (qt
l
l
x
2y) D
或
y / D (1 cos ) / 2
2
式中，θ的单位为弧度。
过水断面面积、湿周 和水力半径依次为，
A D2 ( sin ) ，
8
D 和
2
R A D ( sin ) 4
设该管道的坡度为I，满管流时的过水断面面积、水力半径、流量和流速分别 为A0、R0、q0和v0，可得
A0 D2 / 4 ， R0 D / 4 ，
3.1.2 恒定流与非恒定流 由于用水量和排水量的经常性变化，给水排水管道中的流量和流速随时间变化，
水流经常处于非恒定流（又称非稳定流）状态。但是，非恒定流的水力计算 比较复杂，在管网工程设计和水力计算时，一般按恒定流（又称稳定流）计 算。 随着计算机技术快速发展与普及，国内外已经开始研究和采用非恒定流计算给水 排水管网，而且得到了更接近实际的结果。
hf
l v2
D 2g
式中 D──管段直径（m）；g──重力加速度（m/s2）； λ──沿程阻力系数， 8g。 C2
常用管材内壁当量粗糙度e（mm）
表3.1
3.2.3 局部水头损失计算
计算公式 ：
局部阻力系数ζ
式中，hm ──局部水头损失，m； ζ──局部阻力系数，见表3.5。
n
d (N)m di
kqNn l
d
m N
干管配水情况
3.4.2 沿线均匀出流的简化
给水管网中的配水管沿线向用户供水，如图3.6所示。假设沿线出流是 均匀的，则管道内任意断面x上的流量可以表示为：
qx
qt
l
l
x
ql
沿程水头损失：
h f
l
k (qt
l
l
x
2y) D
或
y / D (1 cos ) / 2
2
式中，θ的单位为弧度。
过水断面面积、湿周 和水力半径依次为，
A D2 ( sin ) ，
8
D 和
2
R A D ( sin ) 4
设该管道的坡度为I，满管流时的过水断面面积、水力半径、流量和流速分别 为A0、R0、q0和v0，可得
A0 D2 / 4 ， R0 D / 4 ，
3.1.2 恒定流与非恒定流 由于用水量和排水量的经常性变化，给水排水管道中的流量和流速随时间变化，
水流经常处于非恒定流（又称非稳定流）状态。但是，非恒定流的水力计算 比较复杂，在管网工程设计和水力计算时，一般按恒定流（又称稳定流）计 算。 随着计算机技术快速发展与普及，国内外已经开始研究和采用非恒定流计算给水 排水管网，而且得到了更接近实际的结果。
hf
l v2
D 2g
式中 D──管段直径（m）；g──重力加速度（m/s2）； λ──沿程阻力系数， 8g。 C2
常用管材内壁当量粗糙度e（mm）
表3.1
3.2.3 局部水头损失计算
计算公式 ：
局部阻力系数ζ
式中，hm ──局部水头损失，m； ζ──局部阻力系数，见表3.5。
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第3章给水排水管网水力学基础
3.1 基本概念
3.2 管渠水头损失计算
3.3 非满流管渠水力计算
3.4 管道的水力等效简化
3.1基本概念
3.1.1管道内水流特征
Re=ρvd/μ
3.1基本概念
3.1.2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）
3.1基本概念
3.1.3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3.1基本概念
3.1.4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
3.1基本概念
3.1.5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）
3.1基本概念
3.1.5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
3.2管渠水头损失计算 3.2.1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
对于圆管满流，沿程水头损失可用达西公式计算
沿程阻力系数
λλ228 (m) 2C
g
g v D l h f ==
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=0.25D
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 3.2管渠水头损失计算
(m) l R
C v
il h 22
f ==Ri
C v =
3.2.1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）
将上述公式带入达西公式
3.柯尔勃洛克-怀特公式
适用：各种湍流（压力管道）
4.巴甫洛夫斯基公式
适用：明渠流、非满流管道
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
3.2管渠水头损失计算
3.2.1沿程水头损失计算
3.2管渠水头损失计算
3.2.1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
3．2．3 局部水头损失计算
式中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。
3.3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0.7m/s；当管径＞500mm，为0.8m/s
3.4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
3.5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
3.5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
3.5管道的水力等效简化
3.5.3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=0.014，管
底坡度i=0.0024。
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=0.013，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0.014，设计流速为1m/s，水力坡度i=0.005，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=0.014，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？。