過水斷面面積

三章給水排水管道系統(tǒng)水力計算基礎第一節(jié)基本概念特征進行水力計算前首先要進行流態(tài)的判別。判別流態(tài)的標準采用臨界雷諾數(shù)k對給水排水管道進行水力計算時，管道內(nèi)流體流態(tài)均按紊流考慮紊流流態(tài)又分為三個阻力特征區(qū)：紊流光滑區(qū)、紊流過渡區(qū)及紊流粗糙管壓流水體沿流程整個周界與固體壁面接觸，而無自由液面，這種流動稱為有壓觸，具有自由液面，這種流動稱為無壓流或重力流給水管道基本上采用有壓流輸水方式，而排水管道大都采用無壓流輸水方從水流斷面形式看，在給水排水管道中采用圓管最多給水排水管道中水流的運動，由于用水量和排水量的經(jīng)常性變化，均處于液體質點流速的大小和方向沿流程不變的流動，稱為均勻流；反之，液體在一段距離內(nèi)不變且不發(fā)生轉彎，則管內(nèi)流匯、轉彎與變截面時，管內(nèi)流動為非均勻程不變，水流的水頭損失可以采用沿程水頭勻流動距離一般較短，采用局部水頭損失公長距離截面不變，也沒有轉彎或交匯時，也式進行水力計算，對于短距離或特殊情的水頭和水頭損失水頭是指單位重量的流體所具有的機械能，一般用符號h或H表示，常用單位為米水柱(mHO)，簡寫為米(m)。水頭分為位置水頭、壓力水頭和流速水2頭三種形式。位置水頭是指因為流體的位置高程所得的機械能，又稱位能，用流體所處的高程來度量，用符號Z表示；壓力水頭是指流體因為具有壓力而具能。流體在流動過程中，三種形式的水頭(機械能)總是處于不斷轉換之實際流體存在粘滯性，因此在流動中，流體受固定界面的影響(包括摩擦力。流體克服阻力所消耗的機械能，稱為水頭損失。當流體受固定邊界限制做均勻流動(如斷面大小，流動方向沿流程不變的流動)時，流動阻力中只有沿失。當流體的固定邊界發(fā)生突然變化，引起流速分布或方向發(fā)生變化，從而集水頭損失，所以在進行管道水力計算時，一般忽略局部水頭損失，或將局部阻第二節(jié)管渠水頭損失計算D0.3D0.3(v)損失計算fvCRh=v2l(m)fC2R(3-1)(D為圓管直徑)；Dgf(3-2)lv2D2g C2Лев)公式、海曾－威廉(Hazen-Williams)公式、柯爾勃洛克－懷特(1)舍維列夫公式D0.3將(3-3)、(3-4)式代入(3-2)式分別得：(3-9)v2vfD1.3(3-5)fD1.3(v)fD1.3(v)(3-6)(2)海曾－威廉公式w(3-7)w其余符號意義同(3-2)式。海曾－威廉粗糙系數(shù)C值w新鑄鐵管、涂瀝青或水泥的鑄鐵管管混凝土管、焊接鋼管、木管Cw120~140Cw90~10075~90將式(3-7)代入式(3-2)得：10.67q1.852fC1.852D4.87w(3)柯爾勃洛克－懷特公式C=-17.7lg(|(e砌石頭或土渠3606(4)巴甫洛夫斯基公式nb(3-11)(3-11)bbb將(3-11)式代入(3-2)式得：h=n2v2bl(3-12)常用管渠材料粗糙系數(shù)nb管凝土管土明渠(帶或不帶草皮)nb~~nb~~(5)曼寧(Manning)公式n(3-13)式中n粗糙系數(shù)，與(3-12)式中n相同，見表3-3。b將(3-13)式代入(3-1)得：h=n2v2l或h=10.29n2q2lfR1.333fD5.333(3-14)失計算22j2g(3-15)hjζ根據(jù)經(jīng)驗，室外給水排水管網(wǎng)中的局部水頭損失一般不超過沿程水頭損失配件、附件或設施ζ3~配件、附件或設施彎頭ζ第三節(jié)無壓圓管的水力計算所謂無壓圓管，是指非滿流的圓形管道。在環(huán)境工程和給排水工程中，圓無壓涵管中的流動等。這是因為它們既是水力最優(yōu)斷面，又具有制作方便、受力性能好等特點。由于這類管道內(nèi)的流動都具有自由液面，所以常用明渠均勻dddddddddd(3-17)(3-18)d48(3-16)dd2(3-20)(3-19)2222222222水力半徑(R)ddddd(R)dddd充滿度a充滿度amax0dddddddddddddddddddd22222222222dddddddddd為了避免上述各式繁復的數(shù)學運算，在實際工作中，常用預先制作好的圖表來進行計算，(見《給水排水設計手冊》)。下面介紹計算圖表的制作及其使用方法。為了使圖表在應用上更具有普遍意義，能適用于不同管徑、不同粗形的坐標。設以Q、v、C、R分別表示滿流時的流量、流速、謝才系數(shù)、水力半000000(3-21)(3-22)根據(jù)式(3-21)和式(3-22)，只要有一個a值，就可求得對應的A和B11200當h/d=時，A=Q/Q=，此時通過的流量為最大，恰好為滿管流流量的倍；hdBvv時管中的流速為最大，恰好為滿管流時流速的max0，還要遵從一些有關規(guī)定。《室外排水設計(1)污水管道應按非滿流計算，其最大設計充滿度按其附表采用；(2)雨水管道和合流管道應按滿管流計算；(3)排水管的最小設計流速：對于污水管道(在設計充滿度時)，當管徑d在實際工作中可參閱d1111n0.01400R=d=1=0.25(m)0441111C=R6=0.256=61.1(m1/2/s)0n00.013i000幾Q=Av=121.83=1.44(m3/s)幾0004h0.7a===0.7d100第四節(jié)非滿流管渠水力計算流體具有自由表面，其重力作用下沿管渠的流動稱為非滿流。因為在自由非滿流管渠水力計算的目的，在于確定管渠的流量、流速、斷面尺寸、充流管渠水力計算公式非滿流管渠內(nèi)的水流狀態(tài)基本上都處于阻力平方區(qū)，接近于均勻流，所v=CRi(3-23)Q=Av=ACRi=Ki(3-24)式(3-23)、(3-24)中的謝才系數(shù)C如采用曼寧公式計算，則可分別寫121n(3-25)121n(3-26)i水力坡度(等于水面坡度，也等于管底坡度)，m/m；C謝才系數(shù)或稱流速系數(shù)；n粗糙系數(shù)。式(3-25)、(3-26)為非滿流管渠水力計算的基本公式。價，而且，由于實際流速大于設計流速，還會造成管渠淤積。通常所采用的各種管渠的流管渠水力計算方法知其中任意三個，就可以求出另外兩個。由于計算公式的形式很復雜，所以非滿流管渠水力計算比滿流管渠水力計算要繁雜得多，特別是在已知流量、流速應用非滿流管渠水力計算的基本公式(3-25)和(3-26)，制成相應的水及鋼筋混凝土管道，其粗糙系數(shù)n＝(也可制成不同粗糙系數(shù)的圖表)。每張圖適用于一個指定的管徑。圖上的縱座標表示坡2．借助于滿流水力計算公式并通過一定的比例變換進行計算0000管渠的A、R、Q、v與非滿流時相應的A、R、Q、v存在一定的比例關系，且第五節(jié)管道的水力等效簡化為了計算方便，在給水排水管網(wǎng)水力計算過程中，經(jīng)常采用水力等效原可以將其等效為單條管道；管道沿線分散的出流或者入流可以等效轉換為集中水力等效簡化原則是：經(jīng)過簡化后，等效的管網(wǎng)對象與原來的實際對象具下，或并聯(lián)管道的簡化當兩條或兩條以上管道串聯(lián)使用時，設它們的長度和直徑分別為l，12N12N12Nhhlfdmi=1id=(l/Nli)(3-28)圖3-3管道串聯(lián)示意i=1i12N12N12N根據(jù)水力等效原則和式()，有：dddd=NdmNkqn=NdmNl=1=2=mm1dmm1d2ii=1(3-29)12Nind=(Ndn)m=(N)mnii(3-30)d=(N)d=25.33500=648(mm)i6雙管并聯(lián)管道直徑(mm)(mm)管并聯(lián)等效管道直徑389519648600778在給水管網(wǎng)中，配水管道沿線向用戶供水，設沿線用戶的用水流量為q，ltqqxtllfdm(n+1)dmqfdm(n+1)dmql為了簡化計算，現(xiàn)將沿線流量q分為兩個集中流量，分別轉移到管道的起l端和末端，假設轉移到末端的沿線流量為q，(稱為流量折算系數(shù))，其l余沿線流量轉移到起端，則通過管道的流量為q=q+q，根據(jù)水力等效原tltl=y2+y+1y3(3-31)三、局部水頭損失計算的簡化在給水排水管網(wǎng)中，局部水頭損失一般占總水頭損失的比例較小，通?？梢院雎圆挥?。但在一些特殊情況下，局部水頭損失必須進行計算。為了簡化計