第三章管道水力计算

《建筑给水排水工程》教案 第3章 建筑内部给水系统的计算第2章 建筑内部给水系统的水力计算主要内容：1、设计秒流量（三个的公式要掌握）、给水当量（掌握）2、给水管网的水力计算管径、速度、局部水头损失大概了解3、水质防护(大概了解)4、高层建筑给水系统（自学，要掌握给水方式）2.3给水设计秒流量在讲设计秒流量时我们先要知道三个方面的知识，两个概念1、什么叫设计秒流量，作用：作用：设计秒流量是确定建筑内给水管网的管径及管道的水头损失的依据。

因此，设计流量的确定应复合建筑内部的用水规律。

设计秒流量概念：建筑内的生活用水量在一昼夜、1h 里都是不均匀的，为保证用水，生活给水管道的设计流量应为建筑内卫生器具按最不利情况组合出流时的最大瞬时流量，又称设计秒流量。

2、设计秒流量计算方法概述建筑内给水管道设计妙流量确定方法世界各国都作了大量的研究，归纳起来有以下三种：经验法、平方根法和概率法。

（1）经验法：它是根据经验制定出几种卫生器具（浴盆、洗涤盆、洗脸盆、淋浴莲蓬头）的大致出水量，将其相加得到给水管道设计流量。

对少数住户的住宅建筑中各种卫生器具，设定同时使用系数确定管中的出水量。

特点：具有简捷方便的优点，但不够精确。

（2）平方根法：基本形式为21bN q g ，但计算结果偏小。

（3）概率法：1924年美国国家标准局亨特提出运用数学概率理论确定建筑给水管道的设计流量。

其基本论点是：影响建筑给水流量的主要参数即任一栋建筑给水系统中的卫生器具总数量（N ）和放水使用概率（p ），在一定条件下有多少个同时使用，应遵循概率随机时间数量规律性。

由于n 为正整数，放水使用概率p 满足的条件，因此给水流量的概率分布复合二项分布规律。

该法理论方法正确，但需进行大量卫生器具使用频率实测工作的基础上，才能使用该计算方法。

目前一些发达国家主要采用概率法建立设计秒流量公式，并结合一些经验数据，制成图表，供设计使用十分简便。

3、卫生器具给水当量：为了计算方便，一般以卫生器具的给水额定流量和同时使用的规律来确定流量，即采用各种卫生洁具的当量数进行计算规定以一个洗涤盆的给水额定流量0.2L/s 为一个卫生洁具的当量数，然后将其它种洁具给水额定流量都折算成0.2L/s 的倍数，该倍数即为洁具的给水当量值2.4.2 当前我国使用的生活给水管网设计秒流量的计算公式（一）住宅1、根据住宅配置的卫生器具给水当量、使用人数、用水定额、使用时数及小时变化系数，计算出最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率：《建筑给水排水工程》教案 第3章 建筑内部给水系统的计算 36002.000T N mK q U g h =式中： 0U :生活给水配水管道的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率，％；0q ：最高用水日的用水定额，)/(d L ⋅人，见表2.2.1；m ：每户用水人数，人；h k ：变化系数，见表2.2.1T ：用水小时数，h ；g N ：每户设置的卫生器具给水当量数。

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。

管道水力计算
管道内的水流速度宜采用经济流速，必要时可超过5m／s，但不应大于10m／s。

每米管道的水头损失应按下式计算：
(9.2.2)
式中i——每米管道的水头损失（MPa／m）；
V——管道内水的平均流速（m／s）；
d j ——管道的计算内径（m），取值应按管道的内径减1mm确定。

管道的局部水头损失，宜采用当量长度法计算。

当量长度表见本规范附录C。

水泵扬程或系统入口的供水压力应按下式计算：
H=∑h + P 0 + Z (9.2.4)
式中H——水泵扬程或系统人口的供水压力（MPa）；
∑ h——管道沿程和局部的水头损失的累计值（MPa），湿式报警阀、水流指示器取值O.O2MPa，雨淋阀取值O.07MPa；
注：蝶阀型报警问及马鞍型水流指示器的取值由生产厂提供。

P 0 ——最不利点处喷头的工作压力（MPa）；
Z ——最不利点处喷头与消防水池的最低水位或系统入口管水平中心线之间的高程差，当系统入口管或消防水池最低水位高于最不利点处喷头时，Z应取负值（MPa）。

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。