管道流量、流速压损计算.ppt

第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 3.1 3.1 基本概念基本概念 3.2 3.2 管渠水头损失计算管渠水头损失计算 3.3 3.3 非满流管渠水力计算非满流管渠水力计算 3.4 3.4 管道的水力等效简化管道的水力等效简化 3 3.13.1基本概念基本概念 3.1.13.1.1管道内水流特征管道内水流特征 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 Re=vd/ 4 3.1.23.1.2有压流与无压流有压流与无压流 3.13.1基本概念基本概念 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 有压流：水体沿流程整个周界与固体壁面接触， 而无自由液面（压力流、管流） 无压流：水体沿流程一部分周界与固体壁面接触 ，其余与空气接触，具有自由液面（重力流、明 渠流） 5 3.1.33.1.3恒定流与非恒定流恒定流与非恒定流 3.13.1基本概念基本概念 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 恒定流：水体在运动过程中，其各点的流速与压力不随时 间而变化，而与空间位置有关的流动称为恒定流 非恒定流：水体在运动过程中，其流速与压力不与空间位 置有关，还随时间的而变化的流动称为非恒定流 6 3.1.43.1.4均匀流与非均匀流均匀流与非均匀流 3.13.1基本概念基本概念 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流程 不变的流动称为均匀流 非均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流 程变化的流动称为非均匀流 7 3.1.53.1.5水流的水头与水头损失水流的水头与水头损失 3.13.1基本概念基本概念 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 水头：指的是单位质量的流体所具有的能量除以重力加速 度，一般用h或H表示，常用单位为米（m） 水头 位置水头：流体所处的高程，Z 压力水头：p/ （-流体的重度， 单位体积流体的重力，G/V) 流速水头：v2 /2g 单位：m 测压管水头 8 3.1.53.1.5水流的水头与水头损失水流的水头与水头损失 3.13.1基本概念基本概念 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 水头损失：流体克服阻力所消耗的机械能 水头损失 沿程阻力:受固定边界限制做均匀流动 局部阻力:固定边界发生变化，引起流速分 布或方向发生变化，从而集中发生在较短范 围的阻力 9 3.2.13.2.1沿程水头损失计算沿程水头损失计算 3.23.2管渠水头损失计算管渠水头损失计算 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 管渠的沿程水头损失常用谢才公式计算 对于圆管满流，沿程水头损失可用达西公式计算 uuR R为过水断面的里半径，及过水断面面积除以湿周，圆管满流为过水断面的里半径，及过水断面面积除以湿周，圆管满流 时时R=0.25DR=0.25D uu流体在非圆形直管内流动时，其阻力损失也可按照上述公式计流体在非圆形直管内流动时，其阻力损失也可按照上述公式计 算，但应将算，但应将D D以当量直径以当量直径d d e e 来代替来代替 10 3.2.13.2.1沿程水头损失计算沿程水头损失计算 3.23.2管渠水头损失计算管渠水头损失计算 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 C C、与水流流态有关，一般采用经验公式或半经验公式计算与水流流态有关，一般采用经验公式或半经验公式计算。 1.舍维列夫公式 适用：旧铸铁管和旧钢管满管湍流，水温适用：旧铸铁管和旧钢管满管湍流，水温10C10C 0 0 （压力管道）（压力管道） 11 将上述公式带入达西公式 12 3.2.13.2.1沿程水头损失计算沿程水头损失计算 3.23.2管渠水头损失计算管渠水头损失计算 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 2.海曾威廉公式 适用：较光滑圆管满流（压力管道）适用：较光滑圆管满流（压力管道） 13 将上述公式带入达西公式 14 3.2.13.2.1沿程水头损失计算沿程水头损失计算 3.23.2管渠水头损失计算管渠水头损失计算 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 3.柯尔勃洛克-怀特公式 适用：各种湍流（压力管道适用：各种湍流（压力管道） 15 3.2.13.2.1沿程水头损失计算沿程水头损失计算 3.23.2管渠水头损失计算管渠水头损失计算 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 4.巴甫洛夫斯基公式 适用：适用：明渠流、非满流管道 16 将上述公式带入谢才公式 17 3.2.13.2.1沿程水头损失计算沿程水头损失计算 3.23.2管渠水头损失计算管渠水头损失计算 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 5.曼宁公式 适用：曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中适用：曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中y=1/6y=1/6时的特例，适用于明渠时的特例，适用于明渠 或较粗糙的管道计算或较粗糙的管道计算 18 将上述公式带入谢才公式 19 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 3.23.2管渠水头损失计算管渠水头损失计算 3.2.13.2.1沿程水头损失计算沿程水头损失计算 公式名称适用条件推导公式 舍为列夫公式 旧金属管，湍流，满圆管流， 不适用管壁光滑或粗糙 达西公式 海曾-威廉公式管比较光滑，湍流，圆管满流达西公式 柯尔勃洛克-怀特公式 各种湍流（满与不满，光滑与 不光滑） 谢才公式 巴普洛夫斯基公式 明流渠和非满流管道，特别是 较粗糙的管道 谢才公式 曼宁公式明渠和较粗糙的管道谢才公式 20 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 3.23.2管渠水头损失计算管渠水头损失计算 3.2.13.2.1沿程水头损失计算沿程水头损失计算 给水排水管道计算时水流流态均按照湍流考虑 给水排水管道用得最多的是圆管 给水排水管道计算一般按照恒定流考虑 如果管道截面在一定距离内不变且没有转弯和交汇，则管内流动按照均匀流 考虑，水头损失按照沿程水头损失公式计算（谢才公式、达西公式）；非均 匀流（即管截面发生变化、转弯、汇合)采用局部水头公式计算 21 323 局部水头损失计算 式中式中 hmhm局部水头损失，局部水头损失，m m； 局部阻力系数局部阻力系数P50 P50 表表3-43-4。 给水排水管网中局部水头损失一般不超过沿给水排水管网中局部水头损失一般不超过沿 程水头损失的程水头损失的5%5%，常忽略局部水头损失的影响，常忽略局部水头损失的影响 ，不会造成大的计算误差。，不会造成大的计算误差。 22 3.33.3无压圆管的水力计算无压圆管的水力计算 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 计算时给出管径，可通过P52 表3-5查出相 应的过水断面积和水力半径 注意： 1.污水管道按照非满流计算，雨水管道和 合流制管道按照满流计算 2.排水管的最小设计流速：对于污水管当 管径500mm，为0.7m/s；当管径500mm ，为0.8m/s 23 3.43.4非满流管渠的水力计算非满流管渠的水力计算 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 上述公式中谢才系数C如采用曼宁公式计算，则可写成 非满流管渠内的水流状态基本上都处于阻力平方区，接近于均匀流， 所以在非满流管渠的水力计算中都采用均匀流公式： K称为流量模数 24 3.53.5管道的水力等效简化管道的水力等效简化 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 水力等效简化原则水力等效简化原则：简化后，等效的管网对象与原来的实际对象简化后，等效的管网对象与原来的实际对象 具有相同的水力具有相同的水力 特性。特性。 1.串联 等效为一条直径为d，长度为l=l1+l2+ln的管道，管道中的流量相 同 25 3.53.5管道的水力等效简化管道的水力等效简化 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 水力等效简化原则水力等效简化原则：简化后，等效的管网对象与原来的实际对象简化后，等效的管网对象与原来的实际对象 具有相同的水力具有相同的水力 特性。特性。 1.并联 等效为并联管道的长度长度为，总流量等于各管道中的流量相加 26 3.53.5管道的水力等效简化管道的水力等效简化 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 3.5.33.5.3局部水头损失计算的简化局部水头损失计算的简化 将局部水头损失等效于一定长度的管道（称为当量管道长度ld） 的沿程水头损失 即令其局部水头损失与当量管道长度的沿程水头损失相等（圆管满流 ） 局部水头损失沿程水头损失 = 27 课后习题课后习题 第第3 3章章 给水排水管网水力学基础给水排水管网水力学基础 u在给水排水管网中，沿程水头损失一般与流速的多少次方成正比，为什么？ u对于非满流而言，管渠的充满度越大过流能力越强吗，为什么？ 28 计算： 圆形污水管道直径600mm，管壁粗糙系数n=0.014，管底坡度i=0.0024。求最大 设计充满度时的流速v和流量q 已知某管道直径为700mm，长度800m，管壁粗糙系数n=0.013，管道上有