§3—5排水管道系统的水力计算
一、 排水定额：
两种：每人每日消耗水量
卫生器具为标准
排水当量：为便于计算，以污水盆的排水流量0.33升/秒作为当量，将其他卫生器具与其比值 1个排水当量=1.65给水当量
二、 排水设计流量：
1、 最大时排水量：
P h d
P KQ Q T Q Q ==
用途：确定局部处理构筑物与污水提升泵使用
2、 设计秒流量：
（1） 当量计算法：
max 12.0q N q P u +=α
适用：住宅、集体宿舍、旅馆、医院、幼儿园、办公楼、学校
注意点：∑>i u q q ，取∑i q
（2） 百分数计算法：
b n q q p u 0∑=
适用：工业企业，公共浴室、洗衣房、公共食堂、实
验室、影剧院、体育馆等公共建筑
注意点：一个大便器的排水流量
三、 排水管道系统的水力计算
1、 排水横管水力计算：
（1）横管水流特点：水流运动：非稳定流、非均匀流
卫生器具排放时：历时短、瞬间流量大、高流速 特点：冲击流——水跌——跌后段——逐渐衰减段 可以冲刷管段内沉积物及时带走。
（2）冲击流引起压力变化——抽吸与回压
① 回压：B 点：突然放水时，水流呈八字向两方向流动，即g v 22增加（两侧空气压缩）
A 、 C 存水弯水位上升，严重时造成地漏反冒
② 抽吸：向立管输送中，水流因惯性抽吸真空，抽吸存水弯下降
③ 措施：a 、10层以上采用底层横管单独排出
b 、底层横管放大一号或接表3——11保证立管距离
c 、单个卫生器具直接连接横管时，距立管≮3.0m
（3）水力计算设计规定
1） 充满度 2）管道坡度 3）自清流速 4）最小管径
4、水力计算基本方法：
wv
q I R n
v u ==21321 按以上公式编制水力计算表，查表3—22 、3—23
5、排水立管水力计算
（1） 立管水流特点：
状况：水流下落，管内有空气，水、形成不稳定流动 3个影响：连接各层横支管，受横支管水流大小影响
下部与横干管、排出管相连接，受立管拐弯影响
下部与横干管、排出管相连接，满流与非满流影响
(2)水流状态：
1）断面
水流没充满管道水=Q 一阶段：水流沿管壁螺旋运动，形成附壁螺旋流
原因：水流夹气受管鄙粗糙摩檫力作用
结果：①不影响立管气压变化。
②螺旋运动加速下降过程，形成螺旋流。
2） Q 增大，螺旋流运动停止——沿管壁作水片状（水膜） 二阶段；
原因：管壁吸附力＞水的表面力
结果：管内：气压稍有波动，不能破坏横管中的水封 3）增厚
管壁水膜再增大=Q 水流变为隔膜运动 隔膜运动两个特点：短时产生不稳定水塞，充满度1/4~1/3 水膜加速运动
原因：加速运动→
管壁摩檫力水膜重力平衡，临界值时Q 不变，V 不变，
t v ：终限流速 终限流速——横支关入口长度=终限长度
结果：管内气压未达到破坏水封高度时，已达临界状态 三阶段：
3） Q 再增大充满度＞1/3形成水塞——水封破坏 因此：立管充满度一般取1/4~1/3
（2） 水流状况 分析：
（3） 排水立管通水能力
终限流速时的流量——临界流量
临界流量t t v W Q = []52)(4)()2(4
22d Q v e d e e d d w e t t t t =-=--=ππ 综合得：3252)]
([47.1d e d e Q t t -=
利用上式，制成表
（4） 排水立管管径确定方法
根据最大同水能力确定，流量最大限度地充满立管断面1/4~1/3
管材：排水铸铁管，排水硬拘氯乙烯管
接：普通伸顶同气管
专用通气立管
特制配件伸顶通气管
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。
建筑给水排水工程习题 一、选择 1、当资料不全时，建筑物内的生活用水低位水池有效容积按哪一条计算是正确的？（A） A 按最高日用水量的20%~25%确定 B 按最高日用水量的35%~40%确定 C 按平均日用水量确定 D 按平均日用水量的60%确定 2、在装设备通透性吊顶的场所，喷头应布置在_____;系统的喷水强度应按_____确定。（C） A 吊顶下常规系统设计基本参数1.3倍 B 吊顶下常规系统设计基本参数 C 顶板下常规系统设计基本参数1.3倍 D 顶板下常规系统设计基本参数 3、下列哪一个情况排水系统应设环形通气管？（B） A 连接4个及4个以上卫生器具的横支管。 B 连接4个及4个以上卫生器具的横支管的长度大于12m的排水横支管。 C连接7个及7个以上大便器具的污水横支管。 D 对卫生、噪音要求较高的建筑物内不设环形通气管，仅设器具通气管。 4、给水管网的压力高于配水点允许的最高使用压力是应设减压设施。采用比例式减压阀的减压不宜大于____。（B） A 2 :1 B 3 :1 C 5 :1 D 6 :1 5、某建筑物内的生活给水系统，当卫生器具给水配水处的静水压力超过规定值时，宜采用何种措施？（A） A 减压限流 B 排气阀 C 水泵多功能控制阀 D 水锤吸纳器 6、某中水站利用城市污水处理厂二级处理出水为中水水源是，请回答下列四组中水处理工艺流程中哪组工艺流程合理？（D） A r r r 中水水源格栅间调节池物化、生化深度处理池中水 u u u u u u u u u u r r 中水水源格栅间调节池物化、生化深度处理池消毒池中水 B r r r r u u u u u u u u u u r r C u u r u u r u u r 中水水源格栅间调节池预处理池中水 u u u u u u u u u u r r 中水水源调节池物化、生化深度处理池消毒池中水 D r r r u u u u u u u u u u r r 注：城市污水处理厂二级处理出水水质已达《污水综合排放标准》，只需经调节池后采用生化或物化结合的深度处理，在经消毒即可作中水使用。 7、在设计自动喷水灭火系统时，配水管道的工作压力不应大于____；湿式系统、干式系统的喷水头动作后应由____直接连锁自动启动供水泵。（B） A 1.2 MPa 火灾报警信号 B 1.2 MPa 压力开关 C 0.4 MPa 火灾报警信号 D 0.4 MPa 压力开关 8、请指出正确的水泵吸水管的连接方式。（C） A 吸水管设在虹吸管段 B 吸水管向下坡向水泵 C 异径偏心大小头 D 同心异径管 9、下面关于自动喷水灭火系统管材及连接叙述中，哪一条是正确的？（C） A 系统管道的连接，应采用沟槽式连接件（卡箍），或法兰连接。
第二章习题 1、某肉类联合加工厂每天宰杀活牲畜258T ，废水量标准8.2m 3/t 活畜,总变化系数1.8,三班制生产,每班8h,最大职工数860人,其中在高温及污染严重车间工作的职工占总数的40%,使用淋浴人数按85%计,其余60%的职工在一般车间工作,使用淋浴人数按30%计．工厂居住区面积９.５×104 ㎡,人口密度580人/104 ㎡,生活污水量标准160L/人·d,各种污水由管道汇集送至污水处理站,试计算该厂的最大时污水设计流量. 解: 该厂的最大时污水设计流量Q=Q 1 +Q 2 +Q 3 Q 1 =k·n·k z 24×3600 =160×9.5×585×1.824×3600 =18.525L/s Q 2 =A 1 B 1 K 1 +A 2 B 2 K 2 T×3600 +C 1 D 1 +C 2 D 2 3600 =860×60%×25×3.0+860×40%×35×2.58×3600 +860×60%×30%×40+860×40%×85%×60 3600 =2.39+6.59=8.98L/s Q 3 =m·M·k z T×3600 =258×8.2×1.8×103 3600×24 =44.08 L/s Q=Q 1 +Q 2 +Q 3 =18.525+8.98+44.08=72.59 L/s 2、下图为某工厂工业废水干管平面图。图上注明各废水排除口的位置，设计流量以及各设计管段的长度，检查井处的地面标高，排除口1的管底标高为218。9m,其余各排除口 的埋深均不得小于 1.6m 。该地区土壤无冰冻。要求列表进行干管的水力计算，并将计算结果标注在图上。 解：先进行干管的流量计算如下表：
一、设计课题 水电站有压引水系统水力计算。 二、设计资料及要求 1、设计资料见《课程设计指导书、任务书》； 2、设计要求： （1）、对整个引水系统进行水头损失计算； （2）、进行调压井水力计算球稳定断面； （3）、确定调压井波动振幅，包括最高涌波水位和最低涌波水位； （4）、进行机组调节保证计算，检验正常工作状况下税基压力、转速相对值。 三、调压井水力计算求稳定断面 <一>引水道的等效断面积：∑= i i f L L f ， 引水道有效断面积f 的求解表 栏号 引水道部位 过水断面f i （m 2 ） L i (m) L i/f i
所以引水道的等效断面积∑= i i f L L f =511.28/21.475=23.81 m 2 <二>引水道和压力管道的水头损失计算： 引水道的水头损失包括局部水头损失 h 局和沿程水头损失h 沿两部分 压力管道的水头损失包括局部水头损失h 局和沿程水头损失h 沿两部分 1, 2 2g 2h Q ?ξ局局= g ：重力加速度9.81m/s 2 Q ：通过水轮机的流量取102m 3/s ω ：断面面积 m 2 ξ：局部水头损失系数 局部水头损失h 局计算表 栏号 引水建筑物部位及运行 工况 断面面积 ω（m 2 ） 局部水头损失系数 局部水头损失 10-6Q 2（m ） 合计(m) (1) 进 水 口 拦污栅 61.28 0.12 0.017 0.307 (2) 进口喇叭段 29.76 0.10 0.060 (3) 闸门井 24.00 0.20 0.184 (4) 渐变段 23.88 0.05 0.046 (5) 隧 洞 进口平面转弯 23.76 0.07 0.066 0.204 (6) 末端锥管段 19.63 0.10 0.138 (7) 调 压 正常运行 19.63 0.10 0.138 2.202 (1) 拦污栅 61.28 4.1 0.067 (2) 喇叭口进水段 29.76 6.0 0.202 (3) 闸门井段 24.00 5.6 0.233 (4) 渐变段 2 3.88 10.0 0.419 (5) D=5.5m 23.76 469.6 19.764 (6) 锥形洞段 21.65 5.0 0.231 (7) 调压井前管段 19.63 10.98 0.559
管道水力计算 新大技术研究所：戴颂周 2012 年3 月2 日
目录 第一章单相液体管内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 (20) 二、管道水力压降曲线 (21) 三、常用液体压降的换算 (21) 四、常用管件压降 (23) 第二节油气集输管道压降计算 (24) 第三节玻璃钢输水管线的水力学特性 (25) 一、玻璃钢输水管水流量计算 (25) 二、玻璃钢输水管水击强度计算 (25) 第三章管道水力学计算中应注意的几个问题 (28) 一、热油管道的工艺计算 (28) 二、油水两相液体的工艺计算 (28) 三、地形变化时的水力坡降 (30)
第一章 单相液体管内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内流动时的能量守恒，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
第二节水带系统水力计算 一、了解水带压力损失计算方法 每条水带的压力损失，计算公式如下：hd= SQ2 式中：hd――每条20米长水带的压力损失，104 Pa S ――每条水带的阻抗系数， Q――水带内的流量，L/ s 注：1mH2O=104 Pa(1米水柱＝104帕);1Kg/cm2=105 Pa（1千克/厘米2） 二、了解水带串、并联系统压力损失计算方法 同型、同径水带串联系统压力损失计算： 压力损失叠加法:公式Hd=nhd 式中：Hd――水带串联系统的压力损失，104 Pa； n――干线水带条数，条； hd――每条水带的压力损失，104 Pa 。 阻力系数法：公式Hd=nSQ2 式中：Hd――水带串联系统的压力损失，104 Pa； n――干线水带条数，条； S――每条水带的阻抗系数； Q――干线水带内的流量，L/ s 。 不同类型、不同直径水带串联系统压力损失计算： 压力损失叠加法：公式Hd =hd1＋ hd2＋ hd3＋…＋ hdn 式中：Hd――水带串联系统的压力损失，104 Pa；
hd1、hd2、hd3、hdn――干线内各条水带的压力损失，104 Pa 。 阻力系数法：公式：Hd=S总Q2 Hd――水带串联系统的压力损失，104 Pa； S总――干线内各条水带阻抗系数之和； Q――干线水带内的流量，L/ s 。 同型、同径水带并联系统压力损失计算： 流量平分法公式：Hd =hd1＋ hd2＋ hd3＋…＋ hdn或Hd＝S总（Q∕n）2 式中：Hd――并联系统水带的压力损失，104 Pa； hd1、hd2、hd3、hdn――任一干线中各条水带的压力损失，104 Pa； S总――并联系统中任一干线中各条水带阻抗系数之和；Q――并联系统的总流量，L/ s n――并联系统中干线水带的数量，条。 阻力系数法公式：Hd=S总Q2或S总＝S∕n2 式中：Hd――并联系统水带的压力损失，104 Pa； S总――并联系统总阻抗系数之和； Q――并联系统的总流量，L/ s S――每条干线的阻抗； n――并联系统中干线水带的数量，条 灭火剂喷射器具应用计算
§3—5排水管道系统的水力计算 一、 排水定额： 两种：每人每日消耗水量 卫生器具为标准 排水当量：为便于计算，以污水盆的排水流量0.33升/秒作为当量，将其他卫生器具与其比值 1个排水当量=1.65给水当量 二、 排水设计流量： 1、 最大时排水量： P h d P KQ Q T Q Q == 用途：确定局部处理构筑物与污水提升泵使用 2、 设计秒流量： （1） 当量计算法： max 12.0q N q P u +=α 适用：住宅、集体宿舍、旅馆、医院、幼儿园、办公楼、学校 注意点：∑>i u q q ，取∑i q （2） 百分数计算法： b n q q p u 0∑= 适用：工业企业，公共浴室、洗衣房、公共食堂、实 验室、影剧院、体育馆等公共建筑 注意点：一个大便器的排水流量
三、 排水管道系统的水力计算 1、 排水横管水力计算： （1）横管水流特点：水流运动：非稳定流、非均匀流 卫生器具排放时：历时短、瞬间流量大、高流速 特点：冲击流——水跌——跌后段——逐渐衰减段 可以冲刷管段内沉积物及时带走。 （2）冲击流引起压力变化——抽吸与回压 ① 回压：B 点：突然放水时，水流呈八字向两方向流动，即g v 22增加（两侧空气压缩） A 、 C 存水弯水位上升，严重时造成地漏反冒 ② 抽吸：向立管输送中，水流因惯性抽吸真空，抽吸存水弯下降 ③ 措施：a 、10层以上采用底层横管单独排出 b 、底层横管放大一号或接表3——11保证立管距离 c 、单个卫生器具直接连接横管时，距立管≮3.0m （3）水力计算设计规定 1） 充满度 2）管道坡度 3）自清流速 4）最小管径 4、水力计算基本方法： wv q I R n v u ==21321 按以上公式编制水力计算表，查表3—22 、3—23
重庆交通大学 《给水排水管网系统》 自编习题汇编 管网课程组 2014年8月
第一章给水系统概论 思考题 1. 由高地水库供水给城市，如按水源和供水方式考虑，应属于哪类给水系统？ 2. 给水系统中投资最大的是那一部分，试行分析。 3. 给水系统是否必须包括取水构筑物、水处理构筑物、泵站、输水管和管网、调节构筑物等，哪种情况下可省去其中一部分设施？ 4. 什么是统一给水、分质给水和分压给水，哪种系统是目前用得最多？ 5. 水源对给水系统布置有哪些影响？ 6. 工业给水有哪些系统，各适用于何种情况？ 7. 工业用水量平衡图如何测定和绘制？水量平衡图起什么作用？ 第二章设计用水量 思考题 1. 设计城市给水系统时应考虑哪些用水量？ 2. 居住区生活用水量定额是按哪些条件制定的？ 3. 影响生活用水量的主要因素有哪些？ 4. 城市大小和消防流量的关系如何？ 5. 怎样估计工业生产用水量？ 6. 工业企业为什么要提高水的重复利用率？ 7. 说明日变化系数和时变化系数的意义。它们的大小对设计流量有何影响？ 8. 为什么城市越小，用水量变化越大？你认为还有哪些因素影响用水量变化系数？ 习题 1. 某城最高日用水量为15万m3/d，每小时用水量变化如下表，求：（1）最高日最高时和平均时的流量，（2）绘制用水量变化曲线，（3）拟定二级泵站工作线，确定泵站的流量。 2. 位于一区的某城市，用水人口65万，求该城市的最高日居民生活用水量和综合生活用水量。 3. 位于一分区的某城镇现有8万人口，设计年限内预期发展到12万人。用水普及率以90%计，取居民生活用水定额为150L/(人?d)，工业企业和公共建筑用水量，通过调查和实测，总用水量为Q2=13500m3/d，未预见水量和管网漏失水量取总用水量的20%，求最高日用水量。 第三章给水系统的工作情况 思考题 1. 如何确定有水塔和无水塔时的清水池调节容积？ 2. 取用地表水源时，取水口、水处理构筑物、泵站和管网等按什么流量设计？ 3. 清水池和水塔起什么作用？哪些情况下应设置水塔？ 4. 有水塔和无水塔的管网，二级泵站的计算流量有何差别？ 5. 无水塔和网前水塔时，二级泵站的扬程如何计算？ 6. 对置水塔管网在最高用水时、消防时和转输时的水压线是怎样的？
住宅套内给水排水管道水力计算 专业--给排水常识2010-05-26 18:06:18 阅读21 评论0 字号：大中小订阅 1 入户管管径计算 《住宅建筑规范》[1]第5.1.4条规定：“卫生间应设置便器、洗浴器、洗面器等设施或预留位置；……。”这是现阶段住宅内卫生器具配置的最低要求，从《建筑给水排水设计规范》[2]中可知普通住宅Ⅱ、Ⅲ类符 合此项要求。 以普通住宅Ⅱ类为计算算例，表1-1为普通住宅Ⅱ类最高日生活用水定额及小时变化系数，表1-2为住宅常见卫生器具的给水额定流量、当量和连接管公称管径。表1-3为生活给水管道的水流流速要求值。 普通住宅Ⅱ类常见户型配置情况：所有户型配置均配置一间厨房，一套洗衣设施，以卫生间间数不同，分为一卫户（一间卫生间的户型）、二卫户（二间卫生间的户型）和三卫户（三间卫生间的户型）。表1-4 为常见户型卫生器具不同组合的当量数。 以PP-R管道和PAP管道作为典型管材进行水力计算。三通分水连接方式常用的建筑给水用无规共聚聚丙烯（PP-R）管道，当冷水管工作压力≤0.6MPa时，常选用S5系列，S5系列计算内径较大；分水器分水连接方式常用的铝塑复合（PAP）管道，铝塑复合（PAP）管道采用对接焊型，计算内径较小。表1-5为住宅常见户型入户管水力计算表。由表1-5可知，普通住宅Ⅱ类常见户型入户管公称管径应为DN25～DN32；如入户管管径采用小一级的，首先流速不满足规范要求，其次同样长度的入户管水头损失比满足流 速要求管径的水头损失大3倍左右。 表1-1 最高日生活用水定额及小时变化系数[2]
注：（1）流出水头[7] 是指给水时，为克服配水件内摩阻、冲击及流速变化等阻力而能放出的额定流量的 水头所需的静水压。 （2）最低工作压力[2] 是指在此压力下卫生器具基本上可以满足使用要求，它与额定流量无对应关系。 住宅入户管上水表的水头损失取0.010[2]～0.015MPa[4]。笔者以水表本层出户集中布置方式（水表距楼面1.0m），常见户型厨房、卫生间和阳台用水点为算例，根据管件采用三通分水或分水器分水的连接情况，经过管道、配件沿程和局部水头损失计算后，加上卫生器具的最低工作压力和水表的水头损失不同组合，表前最低工作压力在0.10～0.15MPa。对分水器集中配水连接方式水头损失较小，对应的表前最低工 作压力可采用较小的数值。 现代住宅给水支管设计常常只到水表后（或在室内预留一处接口），表前最低压力值的大小关系到住户将来装修后的正常用水，对于这一点应加以重视。同时必须指出，目前大部分水箱供水方式，水箱设置高度难以满足顶上1～3层表前最低工作压力(卫生器具的最低工作压力)的要求，这一点在设计时应特别注意。 3 排水横支管管径计算 排水横支管设计排水流量（通水能力）是按照重力流（不满流）进行计算，同管径的排水横支管设计排水流量远小于排水立管的设计排水流量。表3-1 为住宅常见卫生器具排水的流量、当量和排水(连接)管的 管径。 以常用的建筑排水硬聚氯乙烯（UPVC）管道（公称外径50～110mm）作为计算算例。表3-2为水力 计算参数、计算过程和计算结果。 表3-1卫生器具排水的流量、当量和排水管的管径[2]
给水排水管道工程 课程设计指导书 环境科学与工程学院
第一部分城市给水管网水力计算程序及习题 一、程序 #define M 18 #define N 6 #define ep 0.01 #include
for(i=1;i<=N;i++) { f[i]=0;r[i]=0; dq[i]=0; for(k=0;k<=M-1;k++) { if(abs(io[k])!=i) goto map; f[i]=f[i]+h[k]; r[i]=r[i]+(h[k]/Q[k]); map: if( abs(jo[k])!=i) continue; f[i]=f[i]+h[k]*sgn(jo[i]); r[i]=r[i]+(h[k]/Q[k]); } dq[i]=-(f[i]/(r[i]*2)); } { if (fabs(f[N])<=ep) flag=1; } if (flag==1) goto like; for(k=0;k<=M-1;k++) { p=abs(io[k]);q=abs(jo[k]); Q[k]=Q[k]+dq[p]+(dq[q]*sgn(jo[k])); } ko=ko+1; if(flag==0) goto loop; like: printf("\n\n"); for(i=1;i<=N;i++) {printf("%f\n",f[i]);} printf("ep=%f\n",0.01); printf("n=%d,m=%d,ko=%d\n",N,M,ko); for(k=0;k<=M-1;k++) { printf("%d)",k+1);
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
7.2 空调水系统设计空调水系统设计是空气—水中央空调系统设计的主要内容之一。由于受到建筑空间和使用条件的限制，现代民用建筑大都采用风机盘管加新风的系统形式。特别是写字楼、酒店等高层、综合性建筑，面积大，层数和房间多，功能复杂，使用的空调设备数量和品种也多，而且布置分散，使得空调水系统庞大而复杂，造成管路系统和设备投资大，水泵能耗大，水系统对整个空调系统的使用效果影响也大。因此，在进行空调水系统设计时，应尽量考虑周全，在注意减小投资的同时也不忘为方便日后的运行管理和减少水泵的能耗创造条件。 7.2.1 空调水系统设计的步骤空调水系统设计的一般步骤如下: 1）根据各个空调房间或区域的使用功能和特点，确定用水供冷或供暖的空调设备形式采用大型的组合式空调机或中型柜式风机盘管，还是小型风机盘管。 2）根据工程实际确定每台空调设备的布置位置和作用范围，然后计算出由作用范围的调负荷决定的供水量，并选定空调设备的型号和规格。 3）选择水系统形式，进行供回水管线布置，画出系统轴测图或管道布置简图。 4）进行管路计算（含水泵的选择）。 5）进行绝热材料与绝热层厚度的选择与计算 （参见 6.4 部分内容）。 6）进行冷凝水系统的设计。 7）绘制工程图。空调水系统的管路计算空调水系统的管路计算（又称为水力计算、阻力计算）是在已知水流量和选定流速下确水系统各管段管径及水流阻力，计算出选水泵所需要的系统总阻力。 1. 管径的确定 1）连接各空调设备的供回水支管管径宜与空调设备的进出水接管管径一致，可由相设备样本查得 2）供回水干管的管径 （内径）d ，可根据各管段中水的体积流量和选定的流速由下式d=44v}c v （7 一4） 4v 一水的体积流量，单位为m3/s 一。一水流速度，单位为m/so 在水流量一定的情况下，管内水流速的高低既影响水管管径的大小，又涉及到水流阻力大小，还分别与投资费用和运行费用有关，过低或过高都不经济。一般水系统中管内水流速按表7-i 中的推荐值选用。 显然，由式（7-4 ）求出的管径为计算管径，不是符合管道规格的管径，还需以此管径值为依据按管道的规格选定相近管径的管道型号。空调水系统通常使用钢管，主要是镀锌钢管和无缝钢管，当管径蕊DN 125 时可采用镀锌钢管，当管径>DN 125 时要采用无缝钢管。 2. 水流阻力的确定 空调水系统的水流阻力一般由设备阻力、管道阻力以及管道附件和管件阻力三部分组成。设备阻力通常可以在设备生产厂家提供的产品样本上查到，因此进行空调水系统水流阻力计算的主要内容是进行直管段的阻力（摩擦阻力）计算及管道附件（如阀门、水过滤器等）与管件（如弯头、三通等）的阻力（局部阻力）计算。 由流体力学知识可知，空调水系统的水流阻力△ P 的基本计算式为：
9 空调水系统方案确定和水力计算 9．1 冷冻水系统的确定 9．1．1 冷冻水系统的基本形式 9.1．1.1 双管制、三管制和四管制系统 （1）双管制系统夏季供应冷冻水、冬季供应热水均在相同管路中进行。优点是系统简单，初投资少。绝大多数空调冷冻水系统采用双管制系统。但在要求高的全年空调建筑中，过渡季节出现朝阳房间需要供冷而背阳房间需要供热的情况，这时改系统不能满足要求。 （2）三管制系统分别设置供冷、供热管路，冷热回水管路共用。优点是能同时满足供冷供热的要求，管路系统较四管制简单。其最大特点是有冷热混合损失，投资高于两管制，管路复杂。 （3）四管制系统供冷、供热分别由供回水管分开设置，具有冷热两套独立的系统。优点是能同时满足供冷、供热要求，且没有冷热混合损失。缺点是初投资高，管路系统复杂，且占有一定的空间。 9.1.1.2 开式和闭式系统 （1）开式水系统与蓄热水槽连接比较简单，但水中含氧量较高，管路和设备易腐蚀，且为了克服系统静水压头，水泵耗电量大，仅适用于利用蓄热槽的低层水系统。 （2）闭式水系统不与大气相接触，仅在系统最高点设置膨胀水箱。管路系统不易产生污垢和腐蚀，不需克服系统静水压头，水泵耗电较小。 9.1.1.3 同程式和异程式系统 （1）同程式水系统除了供回水管路以外，还有一根同程管，由于各并联环路的管路总长度基本相等，各用户盘管的水阻力大致相等，所以系统的水力稳定性好，流量分配均匀。高层建筑的垂直立管通常采用同程式，水平管路系统范围大时宜尽量采用同程式 （2）异程式水系统管路简单，不需采用同程管，水系统投资较少，但水量分配。调节较难，如果系统较小，适当减小公共管路的阻力，增加并联支管的阻力，并在所有盘管连接支路上安装流量调节阀平衡阻力，亦可采用异程式布置。 9.1.1.4 定流量和变流量系统 （1）定流量水系统中的循环水量保持定值，负荷变化时可以通过改变风量或改变供回水温度进行调节，例如用供回水支管上三通调节阀，调节供回水量混合比，从而调节供水温度，系统简单操作方便，不需要复杂的自控设备，缺点是水流量不变输送能耗
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 一、填空题 1、为了使计算简便，我国《室外排水设计规范》建议折减系数的采用为：暗管m=2，明渠m=1.2。在陡坡地区，暗管的m=1.2~2。[第三章第2节] 2、设计流速是（与设计流量、设计充满度相应的水流平均速度)。 最小设计流速是保证（管道内不致发生淤积的流速）。 最大设计流速是保证（管道不被冲刷损坏的流速）。 3、管道的衔接方法：主要有（水面平接、管顶平接和管底平接）三种。 （第二章第四节） 4、城市污水总的设计流量是(居住区生活污水、工业企业生活污水和工业废水)设计流量三部分之和。 5、（1）按照来源的不同，污水可分为（生活污水）、（工业废水）和（降水）3类——第1章第1节 （2）生活污水总变化系数与平均流量间的关系式为Kz=（2.7／Q0.11）当Q<5L／S时,Kz=（2.3）；Q>1000，Kz=（1.3）——第2章第2节 6、定线应遵循的主要原则是：（应尽可能地在管段较短和埋深较小的情况下，让最大局域的污水能自流排出）。（第二章第4节P39-40） 7、水面平接是使(上游管段终端)与(下游管段起端)在指定的(设计充满度)下的水面平接。 8、雨水设计流量Qs=qΨF，其中Ψ的含义是（地面径流系数） 9、在排水管道的接口中，水泥砂浆抹带口属于（刚性）接口 10、污水管道的最小设计流速为0.6m/s,雨水管道、合流管道的最小设计流速为0.75m/s,明渠的最小设计流速为0.4m/s。 11、城市污水是指排入城镇污水排水系统的（生活污水）和（工业废水） 12、污水管道水力计算的目的，在于合理的经济的选择管道（断面尺寸）、坡度和（埋深）。 13、雨水管道的最小管径为（300mm），相应的最小坡度为（0.003）雨水口连接管最小管径（200mm），最小坡度为（0.01）. 14、排水系统的布置形式主要包括:（正交式分布,截流式分布,平行式分布,分区式分布,分散式分布,环绕式分布）。 15、排水的（收集、输送、处理和排放等设施）一定方式组合成的总体，称为排水系统。（第一章第1节） 16、金属管道的最大设计流速是（10）m/s,非金属的最大设计流速是（5）m/s。 17、管道平面图应包括（支管）（干管）（主干管）（泵站）（污水厂）（出水口）等的具体位置和资料。 二、名词解释 1、污水管道系统的定线：在城镇（地区)总平面图上确定污水管道的位置和走向）[第二章第4节] 2、极限强度理论：在雨水管道的设计中,采用的降雨历时t=汇水面积最远点的雨水流达集流点的集流时间τ0,此时暴雨强度、汇水面积都是相应的极限值，根据公式确定的流量应是最大值。这便是雨水管道设计的极限强度理论。 3、集水时间t：指雨水从汇水面积上最远点流到设计的管道断面所需时间 （第三章第二节） 4、城市污水：排入城镇污水排水系统的生活污水和工业废水。 5、（1）最小设计流速：保证管道内不致发生淤积的流速。 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 精品文库 第二章习题 1、某肉类联合加工厂每天宰杀活牲畜 258T ，废水量标准 8.2m3/t 活畜 ,总变化系数 1.8,三 班制生产 ,每班 8h,最大职工数 860 人 ,其中在高温及污染严重车间工作的职工占总数的 40%, 使用淋浴人数按 85%计 ,其余 60%的职工在一般车间工作 ,使用淋浴人数按 30%计．工厂居住 区面积９ .５× 104 ㎡ ,人口密度 580 人 /104 ㎡ ,生活污水量标准 160L/人· d,各种污水由管道 汇集送至污水处理站 ,试计算该厂的最大时污水设计流量. 解: 该厂的最大时污水设计流量 Q=Q +Q 2 +Q 3 1 k ·n ·k z 160 ×9.5 ×585 ×1.8 Q 1 =24×3600 = 24×3600 =18.525L/s Q 2 A 1 B 1 K 1 +A 2 B 2 K 2 C 1 D 1 +C 2 D 2 860 ×60%×25×3.0+860 ×40%×35×2.5 = T ×3600 + 3600 = 8×3600 860 ×60%×30%×40+860 ×40%×85%×60 + 3600 =2.39+6.59=8.98L/s m ·M ·k z 258 ×8.2 ×1.8 ×103 Q 3 = T ×3600 = 3600 ×24 =44.08 L/s Q=Q 1 +Q 2 +Q 3 =18.525+8.98+44.08=72.59 L/s 2、下图为某工厂工业废水干管平面图。图上注明各废水排除口的位置，设计流量以及各 设计管段的长度，检查井处的地面标高，排除口 1 的管底标高为 218。 9m,其余各排除口 的埋深均不得小于 1.6m 。该地区土壤无冰冻。要求列表进行干管的水力计算，并将计算结果标注在图上。 解：先进行干管的流量计算如下表： 第1节设计任务及设计资料 一、设计任务 陕西关中地区A县城区给水管网初步设计 二、设计资料 1.本给水管网设计为陕西关中地区A县城区的给水系统，主要服务对象为县城 镇人口生活和工业生产用水； 2.城区建筑物按六层考虑。土壤冰冻深度在地面以下0.5m； 3.设计区2010年现状人口95800人，人口机械增长率为5‰，设计水平年为 2020年。供水普及率100％； 4.城区工业企业生产.生活用水，见“工业企业用水量资料”（如下）。城区居 民综合生活用水逐时变化见“用水量逐时变化表”（如下）。 工业企业生产生活用水资料 厂名 生产用水职工生活用水 日用水量 m3/d 逐时变 化情况 班制 总人 数 热车间 人数 每班淋浴 人数 污染 程度 A 厂3000 均匀 三班制 （6点起） 3000 600 600 一般 B 厂2500 均匀 二班制（7 点起） 1000 200 400 一般 C 厂1500 均匀 三班制 （7点起） 900 0 200 一般 合计 7000 注：企业内职工生活用水按均匀考虑，淋浴时间在下班后一小 时 综合生活用水逐时变化表 时间 占全天用 水量% 时间 占全天用 水量% 时间 占全天用 水量% 0 ～1 0.36 8 ～9 5.87 16 ～17 5.28 1 ～ 2 0.36 9 ～10 6.10 17 ～18 5.69 2 ～ 3 0.35 10 ～11 5.78 18 ～19 7.05 3 ～ 4 0.44 11 ～12 6.04 19 ～20 6.11 4 ～ 5 2.15 12 ～13 5.60 20 ～21 2.45 5 ～ 6 5.42 13 ～14 5.12 21 ～22 2.42 6 ～ 7 7.11 14 ～15 5.34 22 ～23 1.20 7 ～8 7.81 15 ～16 5.38 23 ～24 0.57 三、设计内容 1.水量计算； 2.管网定线与平面布置； 3.水力计算； 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；排水工程考试题 (2)
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