管道沿程水头损失三种计算方法(自动计算)

附录A 管道沿程水头损失计算

说 明

1 海澄－威廉公式(A.1.1)

适用于冷水和常温水管道，为《建筑给水排水设计规范》（GB 50015－2003）推荐公式，该公式计算简便且对管材的适应较广，可以替代各有关标准和手册中根据不同管材和流态推导和采用的不同计算公式。

冷水和常温水管道也可采用流体力学基本公式（A.2.3），但计算较复杂。

2 自动喷水灭火系统管道

《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-2001）中采用以下公式

3.1j2d0000107.0iV＝ （A.0.1）

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）；

dj——管道的计算内径（m）。

基于以下因素，推荐采用海澄—威廉公式(A.1.1)替代上式进行自动喷水灭火系统的水力计算：

1）《自动喷水灭火系统设计规范》采用公式（A.0.1）的原因之一是与室内给水系统管道水力计算公式一致，但目前《建筑给排水设计规范》已经改为采用海澄－威廉公式。

2）式（A.0.1）仅适用于镀锌钢管，海澄－威廉公式还适用于铜管、不锈钢管和涂覆其他防腐内衬的钢管。

3）英、美、日、德等国的自动喷水灭火系统规范均采用海澄－威廉公式。

4）《美国工业防火手册》介绍，经过实测，自动喷水灭火系统管道在使用20～25年后，其水头损失接近采用海澄－威廉公式的设计值。

注：以上4点均来自《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-2001）条文说明。

5）由于海澄－威廉公式和公式（A.0.1）计算结果有较大差距，而管件的局部阻力系数是一确定的数值，当采用不同的沿程阻力计算公式折算为当量长度时出现不同的数值；但《自动喷水灭火系统设计规范》提供的局部阻力当量长度表是按照海澄－威廉公式Ch＝120时的折算数值编制的，与式（A.0.1）配合使用有较大误差。

6）如采用公式（A.0.1），系统阻力计算数值比实际数值大，水泵扬程选择过高，实际运行时水量过大不能保证在火灾延续时间内连续喷水，也是不利因素。

一，设计依据及参考资料： 规范：《水工隧洞设计规范》（DL/T5195-2004）、《小型水力发电站设计规范》（GB50071-2002）、《水轮机基本技 手册：《小型水电站机电设计手册-金属结构》、《水电站机电设计手册-金属结构二》、《水力计算手册》（第二版）二，压力引水系统水力计算：所需基本参数：主管全长359.0 m引用流量0.95机组形式冲击式沿程水头损失： hf=L*V^2/(C^2*R)，C=1/n*R^(1/6)，R=F/X局部水头损失： hm=ξ*V^2/(2*g) 1，进口拦污栅水头损失计算（局部）进水口引用流量Q(m³/s)主梁个数M(根)断面宽度W(m)断面高度H(m)栅条厚度s(m)栅间净距计算b(m)栅间净距取定b(m)栅面倾角α(°)进口拦污栅0.9532.003.500.0080.1200.04080 2，引水流道水头损失计算（沿程和局部）进水口—闸室段引用流量Q(m³/s)计算长度L(m)断面宽度W(m)断面高度H(m)过流面积F(m²)流速V(m/s)进水口及闸前流道0.951.32.000.701.400.68闸室门槽及流道0.952.02.000.701.400.68闸室—钢管段引用流量Q(m³/s)计算长度L(m)矩面面积F1(m²)出口内径D2(m)圆面面积F2(m²)平均面积Fp(m²)平均流速V(m/s)矩渐变圆0.950.01.400.600.280.841.13主管段引用流量Q(m³/s)计算长度L(m)主管内径D(m)弯管个数(个)转弯半径R(m)弯管转角θ(°)过流面积F(m²)平均流速V(m/s)焊接钢管0.95359.00.6011.8400.283.36岔管段主管引用流量Q(m³/s)支管引用流量Q(m³/s)主管内径D(m)支管内径D1(m)弯管转角θ(°)支管平均流速V(m/s)过流面积F(m²)主管平均流速V(m/s)焊接钢管0.950.50.601.00450.610.283.36支管段引用流量Q(m³/s)计算长度L(m)主管内径D(m)弯管个数(个)转弯半径R(m)弯管转角θ(°)过流面积F(m²)平均流速V(m/s)焊接钢管0.9528.00.6021.2500.283.36渐变管引用流量Q(m³/s)计算长度L(m)大头内径D(m)锥管个数(个)半锥顶角θ(°)过流面积F1(m²)过流面积F2(m²)平均流速V(m/s)焊接钢管0.481.00.600.407.00.280.133.78蝶阀引用流量Q(m³/s)计算长度L(m)蝶阀内径D(m)过流面积F2(m²)平均流速V(m/s)0.482.40.400.133.78蜗壳引用流量Q(m³/s)计算长度L(m)蜗壳内径D(m)过流面积F2(m²)平均流速V(m/s)0.480.00.802900.500.9471-2002）、《水轮机基本技术条件》 （GB/T15468-2010）《水力计算手册》（第二版）、《小型水电站 上》（天津大学水利系1976）水轮机2 台 转轮D1=主管管径0.60 m支管径0.40 m hm=ξ*V^2/(2*g)【据《DL/T5195》附录C1、C2】栅形系数β栅条个数N(条)过流净面Fj(m²)过栅流速V(m/s)局损系数ξ局部损失hm(m)1.83385.350.180.2110.000湿周X(m)水力半径R(m)谢才系数C沿损糙率n局损系数ξ沿程损失hf(m)局部损失hm(m)5.400.25946.970.0170.100.0010.0025.400.25946.970.0170.100.0020.002平均湿周X(m)水力半径R(m)谢才系数C沿损糙率n局损系数ξ沿程损失hf(m)局部损失hm(m)3.640.23146.080.0170.050.0000.000湿周X(m)水力半径R(m)谢才系数C沿损糙率n局损系数ξ沿程损失hf(m)局部损失hm(m)1.880.15060.740.0120.0907.3230.052湿周X(m)水力半径R(m)谢才系数C沿损糙率nv支/v主＝局损系数ξ局部损失hm(m)1.880.15060.740.0120.1800.6500.374湿周X(m)水力半径R(m)谢才系数C沿损糙率n局损系数ξ沿程损失hf(m)局部损失hm(m)1.880.15060.740.0120.1080.5710.125湿周X(m)水力半径R(m)谢才系数C沿损糙率n局损系数ξ沿程损失hf(m)局部损失hm(m)1.880.06753.060.0120.1800.0760.105湿周X(m)水力半径R(m)谢才系数C沿损糙率n局损系数ξ沿程损失hf(m)局部损失hm(m)1.260.10056.770.0120.1800.1060.131湿周X(m)水力半径R(m)谢才系数C沿损糙率n局损系数ξ沿程损失hf(m)局部损失hm(m)2.510.20063.730.0120.1380.0000.000合计9.520m

各种管道水头损失的简便计算公式

各种管道水头损失的简便计算公式 (879)

摘要：从计算水头损失的最根本公式出发，将各种管道的计算公式加以推导，得出了计算水头损失的简便公式，使得管道工程设计人员从繁琐的计算中解脱出来，提高了工作效率。

关键词：水头损失塑料管钢管铸铁管混凝土管钢筋混凝土管

在给水工程应用中经常要用到水头损失的计算公式，一般情况下计算水头损失都是从水力摩阻系数λ等基本参数出发，一步一步的代入计算。其实各个公式之间是有一定的联系的，有的参数在计算当中可以抵消。如果公式中只剩下流速、流量、管径这些基本参数，那么就会给计算者省去不少的麻烦。在此我们充分利用了各参数之间以及水头损失与水温的关系，将公式整理简化，供大家参考。

1、PVC-U、PE的水头损失计算

根据《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》规定，塑料管道沿程水头损失hf应按下式计算：

（式1-1）

式中λ—水力摩阻系数；

L—管段长度（m）；

di—管道内径（m）；

v—平均流速（m/s）；

g—重力加速度，9.81m/s2。

因考虑到在通常的流速条件下，常用热塑性塑料给水管PVC-U、PE管一般处于水力光滑区，管壁绝对当量粗糙度对结果的影响非常小或没有影响，故水力摩阻系数λ可按下式计算：

（式1-2）

式中Re—雷诺数。

雷诺数Re应按下式计算：

（式1-3）

式中γ—水的运动粘滞度（m3/s），在不同温度时可按表1采用。

表1水在不同温度时的γ值（×10-6）

水温℃

0

5

10

15

20

25

30

40

γ（m3/s）

1.78

1.52

1.31

1.14

1.00

0.89

0.80

0.66

从前面的计算可知，若要计算水头损失，需将表1中的数据代入，并逐步计算，最少需要3个公式，计算较为繁琐。为将公式和计算简化，以减少工作量，特推导如下：

因具体工程水温的变化较大，水力计算中通常按照基准温度计算，然后根据具体情况，决定是否进行校正。冷水管的基准温度多选择10℃。

层流沿程水头损失公式

其中：

- h_f为沿程水头损失。

- λ为沿程阻力系数，对于层流，λ = (64)/(Re)，这里Re为雷诺数，Re=(vd)/(ν)（v为断面平均流速，d为管径，ν为运动黏滞系数）。

- l为管长。

- d为管道直径。

- v为管内平均流速。

- g为重力加速度。

在学习这个公式时，以下几点很关键：

一、公式各参数的物理意义。

1. 沿程阻力系数λ

- 在层流状态下，λ与雷诺数Re成反比。雷诺数是一个无量纲数，它反映了水流的流态是层流还是紊流。当水流为层流时，通过理论分析可以得出λ=(64)/(Re)。这表明层流的沿程阻力系数只与雷诺数有关，而雷诺数又取决于流速、管径和流体的运动黏滞系数。

2. 管长l和管径d

- 管长l表示流体在管道中流动的距离。沿程水头损失与管长成正比，这意味着在其他条件相同的情况下，管道越长，沿程水头损失越大。

- 管径d对沿程水头损失有着重要影响。从公式中可以看出，沿程水头损失与管径成反比。管径越小，水流受到的摩擦阻力相对越大，沿程水头损失也就越大。 3. 流速v和重力加速度g

- 流速v的大小直接影响着沿程水头损失。流速越大，水流的动能越大，与管壁以及流层之间的摩擦作用也越强，从而导致沿程水头损失增大。

- 重力加速度g是一个常量，在地球上不同地点略有差异，但在一般工程计算中取9.8m/s^2或近似值10m/s^2。它在公式中的存在是由于水头损失概念与能量概念相关，在能量方程的推导过程中涉及到重力势能的转化等因素。

二、公式的应用示例。

1. 已知条件求解沿程水头损失。

- 例如，已知某圆管中水流为层流，管长l = 10m，管径d=0.1m，流速v =

0.1m/s，水的运动黏滞系数ν = 1×10^-6m^2/s。

- 首先计算雷诺数Re=(vd)/(ν)=(0.1×0.1)/(1×10^-6) = 10000。