給水排水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ)

給水排水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ)3.1給水排水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ)流態(tài)特征水的三種流態(tài)：層流

Re<2000紊流

Re>4000過(guò)渡流

2000~4000給水排水管網(wǎng)水流一般處在紊流流態(tài)紊流流態(tài)分為三個(gè)阻力特征區(qū)：阻力平方區(qū)水頭損失與流速平方成正比過(guò)渡區(qū)水頭損失和流速1.75~2次方成正比水力光滑管區(qū)水頭損失和流速1.75次方成正比給水排水管網(wǎng)水流一般處在阻力平方區(qū)和過(guò)渡區(qū)當(dāng)流速較小時(shí)，各流層質(zhì)點(diǎn)互不混雜，這種型態(tài)的流動(dòng)叫層流。當(dāng)流速較大時(shí)，各流層質(zhì)點(diǎn)形成渦體互相混摻，這種型態(tài)的流動(dòng)叫做紊流。層流：液體質(zhì)點(diǎn)作有條不紊的線狀運(yùn)動(dòng)，水流各層或各微小流束上的質(zhì)點(diǎn)彼此互不混摻。紊流：液體質(zhì)點(diǎn)在沿管軸方向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中互相混摻。恒定流與非恒定流給水排水管網(wǎng)中，水流水力因素隨時(shí)間變化，屬于非恒定流，水力計(jì)算復(fù)雜。在設(shè)計(jì)時(shí)一般只能按恒定流計(jì)算。按運(yùn)動(dòng)要素是否隨時(shí)間變化表征液體運(yùn)動(dòng)的物理量，如流速、加速度、動(dòng)水壓強(qiáng)等恒定流非恒定流水庫(kù)水庫(kù)t0時(shí)刻t1時(shí)刻

均勻流與非均勻流非均勻流：水流參數(shù)隨空間變化。滿管流動(dòng)

1）如果管道截面在一段距離內(nèi)不變且不發(fā)生轉(zhuǎn)彎，為均勻流，管道對(duì)水流阻力沿程不變，采用沿程水頭損失公式計(jì)算；

2）當(dāng)管道在局部分叉、轉(zhuǎn)彎與變截面時(shí)，流動(dòng)為非均勻流，采用局部水頭損失公式計(jì)算。非滿管流或渠流，只要長(zhǎng)距離截面不變，可以近似為均勻流。均勻流均勻流非均勻流均勻流非均勻流均勻流非均勻流非均勻流漸變流急變流急變流急變流壓力流與重力流壓力流輸水通過(guò)封閉的管道進(jìn)行，水流阻力主要依靠水的壓能克服，阻力大小只與管道內(nèi)壁粗糙程度有關(guān)、管道長(zhǎng)度和流速有關(guān)，與管道埋設(shè)深度和坡度無(wú)關(guān)。重力流管渠中水面與大氣相通，非滿流，水流阻力依靠水的位能克服，形成水面沿水流方向降低。給水多壓力流，排水多重力流；長(zhǎng)距離輸水重力流，排水泵站出水管、倒虹管壓力流。水流的水頭與水頭損失

水頭：?jiǎn)挝恢亓康牧黧w所具有的機(jī)械能，用h或H表示，單位米水柱(mH2O)。位置水頭Z壓力水頭P/r測(cè)壓管水頭流速水頭v2/2g水頭損失流體克服流動(dòng)阻力所消耗的機(jī)械能稱為水頭損失。當(dāng)流體受固定邊界限制做均勻流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)阻力中只有沿程不變的切應(yīng)力，稱為沿程阻力。由沿程阻力引起的水頭損失成為沿程水頭損失。當(dāng)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，從而集中發(fā)生在較短范圍的阻力稱為局部阻力。由局部阻力引起的水頭損失成為局部水頭損失。3.2管渠水頭損失計(jì)算謝才公式hf——沿程水頭損失，m；v——過(guò)水?dāng)嗝嫫骄魉?，m/s；C——謝才系數(shù)；R——過(guò)水?dāng)嗝嫠Π霃?，m，圓管流R=0.25D；l——管渠長(zhǎng)度，m。3.2.1沿程水頭損失計(jì)算沿程水頭損失計(jì)算對(duì)于圓管滿流，達(dá)西公式：D——管段直徑，m；g——重力加速度，m/s2；λ——沿程阻力系數(shù)，λ=8g/C2沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律尼古拉茲實(shí)驗(yàn)或Lg（100λ）lgRe層流時(shí),水力光滑壁面,稱為紊流光滑區(qū)水力粗糙壁面,稱為紊流粗糙區(qū)過(guò)渡粗糙壁面,稱為率流過(guò)渡粗糙區(qū)謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的確定（1）舍維列夫公式

適用于舊鑄鐵管和舊鋼管滿管紊流，水溫10度，常用于給水管道水力計(jì)算。謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的確定（2）海曾-威廉公式

適用于較光滑的圓管滿流管紊流計(jì)算，主要用于給水管道水力計(jì)算。

q——流量，m3/s；

Cw——海曾-威廉粗糙系數(shù)。謝才系評(píng)數(shù)或沿并程阻力頌系數(shù)的樓確定（3）柯爾愈勃洛克-懷特公倚式適用她于各瘋種紊妹流，瞎是適那用性徑和計(jì)奧算精雞度最宗高的蓮公式憑之一。e——管壁當(dāng)吳量粗糙智度，m。謝才系悉數(shù)或沿兩程阻力攤系數(shù)的射確定（4）巴麻甫洛辛夫斯綁基公躺式適用于拋明渠流差和非滿晶流排水篩管道計(jì)垂算。謝才篩系數(shù)趙或沿緒程阻授力系岡數(shù)的織確定（5）曼寧任公式巴甫耍洛夫皮斯基餓公式野中y=競(jìng)1/似6時(shí)的字特例肅，適緞?dòng)糜跈衙髑苹蜉^礙粗糙樣的管喚道計(jì)制算。nM——曼寧公主式粗糙緞系數(shù)。沿程瞇水頭舅損失漁計(jì)算失公式上的比院較與洪選用柯爾勃燭洛克-懷特公窯式具有較借高的精鳳度;巴甫洛赴夫斯基監(jiān)公式具有較賞寬的適撲用范圍駁，1.0猜≤e趟≤5.授0mm喝;曼寧公嚇式適用于腐較粗糙薄的管道,幫0.晚5≤疲e纏≤4討.0工mm糖;海曾-威廉公炎式適用于表較光滑潔的管道,e喇≤吐0.脾25鄭mm掘;舍維列鐘夫公式適用于1.0放≤e劇≤1.粒5mm售.局部水?dāng)U頭損失百計(jì)算局部阻力設(shè)施ξ局部阻力設(shè)施ξ全開閘閥0.1990。彎頭0.950%開啟閘閥2.0645。彎頭0.4截止閥3~5.5三通轉(zhuǎn)彎1.5全開蝶閥0.24三流直流0.1水頭損亦失公式我的指數(shù)島形式沿程芬水頭狹損失堡計(jì)算差公式值的指失數(shù)形盲式：參數(shù)海曾威廉公式曼寧公式舍維列夫公式K10.67/Cw1.85210.29nM20.001798n1.8522.01.911m4.875.3335.123局部水水頭癢損失樸公式授的指保數(shù)形姨式：沿程服水頭除損失袍與局撫部水皮頭損裹失之囑和：式中Sg——管道阻晨力系數(shù)翼；3.柴3非滿敘流管訓(xùn)渠水嚴(yán)力計(jì)毅算排水災(zāi)管網(wǎng)塞和長(zhǎng)濫距離戰(zhàn)輸水厲工程蛛常采拋用非輪滿管棒流。非滿管姥流水力岔計(jì)算的愉目的：確定佩管段梅流量摘、流耀速、撇斷面箭尺寸柱、充餃滿度弊和坡斑度之第間的贏關(guān)系頁(yè)。3.估3.稻1非滿流狠管渠水藏力計(jì)算他公式充滿度h/寇D——指設(shè)郵計(jì)流蘆量下傲，管駛道內(nèi)勞的有玩效水宅深與棒管徑魄的比確值。過(guò)水視斷面A=A（D，h/D）水力半超徑R=瞞R(飽D,覆h/載D)采用彎謝才血公式呀計(jì)算騰水頭燙損失需，將譽(yù)曼寧榮公式劉代人稠并轉(zhuǎn)據(jù)換：由流量醬和流速柔關(guān)系得附：hD5個(gè)水力這參數(shù)q、D、h、I、v,已知其級(jí)中3個(gè)才庸能求強(qiáng)出另塌一個(gè)棄，水淡力計(jì)鉆算很東復(fù)雜客。――非滿勾流管后渠水厭力計(jì)景算基稻本公貍式污水管乓道按不耕滿流設(shè)器計(jì)的原搶因（1）流辟量時(shí)稼刻變慎化，爺很難肌確定尾計(jì)算技，而并且雨信水、硬地下競(jìng)水可刷能通攜過(guò)檢匆查井殃蓋或垃管道于接口摟滲入態(tài)污水云管道買。因造此，洽要保印留一蔑部分青管道職斷面屢，為撒未預(yù)舍見(jiàn)的星水量參留有補(bǔ)余地厚，避垂免污覆水移霧出，置妨礙閃環(huán)境扁衛(wèi)生養(yǎng)，同資時(shí)使畢滲入扁的地土下水堵順利衣流瀉臟。（2）污薪水管狗道內(nèi)誓沉積弦的污惜泥可擦能分胞解出蹲一些粒有害墳氣體寨。此郊外，乏污水鮮中如才含有尺汽油某、苯基、石處油等全易燃滲液體斗時(shí)，能可能像形成鋤爆炸農(nóng)性氣車體。拒故需洽要留階出適莖當(dāng)?shù)牟呖臻g萬(wàn)，以童利于蒼管道篩的通終風(fēng)，竄排除扇有害扭氣體田。（3）管取道部智分滿屯流時(shí)路，管借道內(nèi)酷水流慎速度繁在一槍定條疊件下燭比滿沖流大陡一些額。流蘋速大愁，有得利于朋沖刷森淤泥棒。非滿攻流水哥力計(jì)伸算簡(jiǎn)竄化方部法（1）水力開計(jì)算圖警表（2）借助滿伸流水力蓮計(jì)算公開式并通喬過(guò)一溉定的辜比例鬧變換嚴(yán)進(jìn)行戶計(jì)算充滿殖度流量坡度流速（1）水特力計(jì)印算圖銅表精度誰(shuí)低，癥通用閥性差逗。水力膏計(jì)算殲圖適售用于腦混凝院土及芳鋼筋麥混凝團(tuán)土管帥道，親其粗夠糙系嬌數(shù)n＝0.伍01件4。每張霞圖適用骨于一個(gè)虜指定的乎管徑。枕圖上的輝縱座標(biāo)懸表示坡戲度I，即久是設(shè)雷計(jì)管款道的與管底贏坡度雖，橫酷座標(biāo)襪表示吃流量Q，圖陵中的拍曲線喪分別半表示鐵流量賤、坡澆度、扒流速家和充蠶滿度占間的保關(guān)系棉。當(dāng)野選定印管材遞與管石徑后匯，在猾流量Q、坡寺度I、流速v、充洪滿度h/D四個(gè)阿因素衣中，覆只要明已知傻其中娛任意束兩個(gè)解，就趨可由女圖查襲出另絹外兩涉?zhèn)€。排水管那渠粗糙洗系數(shù)表管渠類別粗糙系數(shù)n管渠類別粗糙系數(shù)n石棉水泥管、鋼管0.012漿砌磚渠道0.015木槽0.012～0.014漿砌塊石渠道0.017陶土管、鑄鐵管0.013干砌塊石渠道0.020～0.025混凝土管、鋼筋混凝土管水泥砂漿抹面渠道0.013～0.014土明渠包括（帶草皮）0.025～0.030(2)比例喊變換番法假設(shè)初有一散條滿嗽流管欣渠與鍋待計(jì)盡算的袖非滿王流管啟渠具檔有相龍同的供管徑D和水軌力坡出度I，其過(guò)蒜水?dāng)嗝姹济娣e為A0，水恰力半魄徑為R0，通沸過(guò)流打量為qo，流漆速為vo，可掛以證自明：A/購(gòu)A0、R/錄R0、q/皆qo、v/忍vo只和符充滿基度有于關(guān)。非滿流崇管渠水餡力計(jì)算骨方法一、焦已知韻流量q、管翠徑D和水力評(píng)坡度I，求止充滿筆度h/主D和流速1、先由頸下式計(jì)遍算q/q0，反盟查表3.7得充滿舍度h/敗D;2、根蛇據(jù)充蔬滿度h/D，查貪表3.7得A/A0，然甜后用墨下式跑計(jì)算君流速v。例3.才1已知某撿污水管獲道設(shè)計(jì)母流量為q=娘10椅0L見(jiàn)/s，根執(zhí)據(jù)地士形條淹件可氣以采求用水導(dǎo)力坡近度為I=船7%，初擬超采用管采徑D=4通00m陡m的鋼筋遼混凝土鋸管，粗膽糙系數(shù)nM=蘆0.0迎14，求其撥充滿度h/疼D和流般速v。解用期粗糙度何系數(shù)、乏管徑和窄水力坡乒度帶入磁式3.3鑼2計(jì)算：反查表3.7的充滿由度h/D偶=56票.9%，相應(yīng)A/AO=0辣.5寇87，由餡式3.寬33計(jì)算：非滿完流管逃渠水釘力計(jì)更算方攀法二、虎已知炭流量q、管續(xù)徑D和流速v，求充煉滿度h/D和水力院坡度I求解步海驟：1、先評(píng)由下投式計(jì)爹算A/達(dá)A0，反茅查表3.中7得充滿路度h/攏D2、根據(jù)遮充滿度h/膝D，查表3.行7得R/R0，然陪后用權(quán)下式棉計(jì)算剃水力爆坡度I非滿劈燕流管杰渠水舉力計(jì)船算方惠法三、已臉知流量q、管徑D和充滿餅度h/僑D，求村水力峽坡度I和流雹速v求解步衛(wèi)驟：1、先況根據(jù)畫充滿壤度h/提D查表3.洪7求出q/擠q0，然后口用下式嶺計(jì)算水市力坡度I2、根岔?yè)?jù)充棒滿度h/D查表3.7得A/急A0，然后富用下式呆求流速v。非滿流裁管渠水費(fèi)力計(jì)算律方法四、裙已知錦流量q、水力后坡度I和充滿殃度h/D，求管崗徑D和流速v1、根據(jù)趴充滿度h/龍D查表3.7得q/q0，然后浙用下式恢計(jì)算管喬徑D2、根據(jù)志充滿度h/撫D查表3.7求出A/A0，然后娘用下式叨計(jì)算流戴速v非滿流次管渠水查力計(jì)算矩方法五、少已知?jiǎng)?chuàng)管徑D、充晝滿度h/D和水力國(guó)坡度I，求皮流量q和流速v1、根據(jù)搶充滿度h/貓D查表3.然7求出q/q0，然后擾用下式烘計(jì)算流偵量q2、根據(jù)奴充滿度h/D查表3.庫(kù)7求出A/A0，然湊后用廊下式稼計(jì)算肆流速v非滿轉(zhuǎn)流管挑渠水遞力計(jì)戲算方送法六、極已知椒管徑D、水窩力坡膜度I和流速v，求流割量q和充蛋滿度h/D1、根毯據(jù)下衫式計(jì)盾算R/爪R0，由表3.7反查布得h/D2、根圓據(jù)充皮滿度h/筒D查表3.恭7求出A/宏A0，然話后用益下式禍計(jì)算墊流量q例題見(jiàn)雄教材p573.壟4管道眠的水侄力等題效簡(jiǎn)低化采用水火力等效歷的原理污，將局餅部管網(wǎng)抵簡(jiǎn)化成逗簡(jiǎn)單的熄形式。多條揀管道恥串聯(lián)截或并抖聯(lián)，等藏效為赴單條漫管道標(biāo)；管道沿說(shuō)線分散舌出流或仙入流，等良效為潑集中知出流材或如轎流；泵站遙多臺(tái)頂水泵惱并聯(lián)工作可戲以等效逗為單臺(tái)集水泵。l1l2lNd1d2dN1、串違聯(lián)管煌道的連簡(jiǎn)化l根據(jù)棄水力分等效膽的原彩則：簡(jiǎn)化然成一條來(lái)后，在竊相同的慢總輸入懲流量下謹(jǐn)，應(yīng)具母有相同百水頭損擔(dān)失。2、并聯(lián)勞管道的甲簡(jiǎn)化將它考們等讓效為錯(cuò)一條婆直徑懂為d，長(zhǎng)度疲為l的管道員，輸送快流量q=q1+q2+…qN。根據(jù)水跳力等效累的原則：簡(jiǎn)化脹成一條膨后，在例相同的譽(yù)總輸入爛流量下眼，應(yīng)具棄有相同斜水頭損繭失。d1q1d2q2dNqNq當(dāng)管霞徑相牙等時(shí)糧：任一管拔段的流巧量：沿線割流量組，轉(zhuǎn)盡輸流監(jiān)量。3、沿研線均唇勻出鈴流簡(jiǎn)殺化沿線蜻流量修和節(jié)沈點(diǎn)流球量比流抬量：為簡(jiǎn)酸化計(jì)銷算而簡(jiǎn)將除它去大崖用戶痛集中做流量湯以外艘的用濱水量荒均勻介地分獵配在催全部有效干遣管長(zhǎng)度上，局由此囑計(jì)算肅出的鉗單位接長(zhǎng)度職干管維承擔(dān)摔的供江水量強(qiáng)。城鎮(zhèn)聚中用嫁水量罰標(biāo)準(zhǔn)樸不同追的區(qū)迷域應(yīng)碗分別杠計(jì)算嚇比流星量。公園街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊沿線的流量：干管有疤效長(zhǎng)度竭與比流饑量的乘生積。按管艦道長(zhǎng)恰度計(jì)祥算的道比流貨量不參能反嗎映供庭水人演數(shù)和團(tuán)用水廢量的眼差別索，可媽采用狼按面碌積計(jì)手算比嗽流量純的方永法。管網(wǎng)中拿除最末爬端的管毯段外，軍其他任趨一管段迫的流量俯都由兩謀部分組海成，一旋部分是胃本管段殊沿程配襲水產(chǎn)生鋤的流量春，即沿線流小量，另戰(zhàn)一部怕分是喝通過(guò)妖該管暫段輸被送到縣下游懂管段袋的流凝量，掠稱為轉(zhuǎn)輸越流量。節(jié)點(diǎn)流在量：沿線流屯量只有盲概念上衰的意義斜，在水琴力計(jì)算鉤時(shí)應(yīng)將沿線在流量按裳適當(dāng)比場(chǎng)例分配腸到兩各見(jiàn)節(jié)點(diǎn)，成為咱節(jié)點(diǎn)流協(xié)量。沿環(huán)線流量桿轉(zhuǎn)換成蠶節(jié)點(diǎn)流懲量的原卸則是管東段的水和頭損失槐相同。假設(shè)沿膚線出流真均勻，矛則管道兵內(nèi)任意形斷面x上的掠流量煉可以顆表示健為：鋒沿臟程水飯頭損柴失計(jì)傘算如雕下：為簡(jiǎn)阻化計(jì)聚算，妹將沿千線流臥量ql分為兩溪個(gè)集中壟流量，扇分別轉(zhuǎn)抽移到管頌段的兩齊個(gè)節(jié)點(diǎn)賴。假設(shè)轉(zhuǎn)省移到末谷端的流斃量為aql，則通過(guò)理管道流府量為：水頭損室失為：根據(jù)澆水力呀等效早原則盆：由此荷表明真，管梨道沿扮線出綱流的鍬流量慢可以墳近似輩地一虹分為冤二，炎轉(zhuǎn)移妖到兩撓個(gè)端將點(diǎn)上吼。4、局部掠水頭損惠失計(jì)算始的簡(jiǎn)化可將搏局部驢水頭痕損失營(yíng)等效情于一較定長(zhǎng)嶺度的窯