第3章给水排水管网水力学基础ppt课件

1、第三章 给水排水管网水力学根底.3.1 给水排水管网水力学根底流态特征水的三种流态：层流 Re4000 过渡流 20004000给水排水管网水流普通处在紊流流态紊流流态分为三个阻力特征区：阻力平方区 水头损失与流速平方成正比 过渡区 水头损失和流速1.752次方成正比水力光滑管区 水头损失和流速1.75次方成正比给水排水管网水流普通处在阻力平方区和过渡区.当流速较小时，各流层质点互不混杂，这种型态的流动叫层流。当流速较大时，各流层质点构成涡体相互混掺，这种型态的流动叫做紊流。.层流：液体质点作有条不紊的线状运动，水流各层或各微小流束上的质点彼此互不混掺。.紊流：液体质点在沿管轴方向运动过程中相

2、互混掺。.恒定流与非恒定流给水排水管网中，水流水力要素随时间变化，属于非恒定流，水力计算复杂。在设计时普通只能按恒定流计算。.按运动要素能否随时间变化表征液体运动的物理量，如流速、加速度、动水压强等恒定流非恒定流水库水库t0时辰t1时辰. 均匀流与非均匀流非均匀流：水流参数随空间变化。满管流动 1假设管道截面在一段间隔内不变且不发生转弯，为均匀流，管道对水流阻力沿程不变，采用沿程水头损失公式计算； 2当管道在局部分叉、转弯与变截面时，流动为非均匀流，采用部分水头损失公式计算。非满管流或渠流，只需长间隔截面不变，可以近似为均匀流。.均匀流均匀流非均匀流均匀流非均匀流均匀流非均匀流非均匀流渐变流急

3、变流急变流急变流.压力流与重力流压力流输水经过封锁的管道进展，水流阻力主要依托水的压能抑制，阻力大小只与管道内壁粗糙程度有关、管道长度和流速有关，与管道埋设深度和坡度无关。重力流管渠中水面与大气相通，非满流，水流阻力依托水的位能抑制，构成水面沿水流方向降低。给水多压力流，排水多重力流；长间隔输水重力流，排水泵站出水管、倒虹管压力流。 .水流的水头与水头损失 水头：单位分量的流体所具有的机械能，用h或H表示，单位米水柱(mH2O)。位置水头Z压力水头P/r 测压管水头流速水头v2/2g.水头损失流体抑制流动阻力所耗费的机械能称为水头损失。当流体受固定边境限制做均匀流动时，流动阻力中只需沿程不变的

4、切应力，称为沿程阻力。由沿程阻力引起的水头损失成为沿程水头损失。当流体的固定边境发生忽然变化，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称为部分阻力。由部分阻力引起的水头损失成为部分水头损失。.3.2 管渠水头损失计算谢才公式hf沿程水头损失，m；v过水断面平均流速，m/s；C谢才系数；R过水断面水力半径，m，圆管流R=0.25D；l管渠长度，m。3.2.1 沿程水头损失计算.沿程水头损失计算对于圆管满流，达西公式：D管段直径，m；g 重力加速度，m/s 2；沿程阻力系数， =8g/C2.沿程阻力系数的变化规律尼古拉兹实验或Lg100lgRe层流时,水力光滑壁面, 称为紊流光滑区

5、水力粗糙壁面,称为紊流粗糙区过渡粗糙壁面,称为率流过渡粗糙区.谢才系数或沿程阻力系数确实定1舍维列夫公式 适用于旧铸铁管和旧钢管满管紊流，水温10度，常用于给水管道水力计算。.谢才系数或沿程阻力系数确实定2海曾-威廉公式 适用于较光滑的圆管满流管紊流计算，主要用于给水管道水力计算。 q流量，m3/s； Cw海曾-威廉粗糙系数。.谢才系数或沿程阻力系数确实定3柯尔勃洛克-怀特公式 适用于各种紊流，是适用性和计算精度最高的公式之一。 e 管壁当量粗糙度，m。.谢才系数或沿程阻力系数确实定4巴甫洛夫斯基公式 适用于明渠流和非满流排水管道计算。.谢才系数或沿程阻力系数确实定5曼宁公式 巴甫洛夫斯基公式

6、中y=1/6时的特例，适用于明渠或较粗糙的管道计算。 nM曼宁公式粗糙系数。.排水管渠粗糙系数表 管渠类别粗糙系数 n管渠类别粗糙系数 n石棉水泥管、钢管0.012浆砌砖渠道0.015木槽0.0120.014浆砌块石渠道0.017陶土管、铸铁管0.013干砌块石渠道0.0200.025混凝土管、钢筋混凝土管水泥砂浆抹面渠道0.0130.014土明渠包括（带草皮）0.0250.030.沿程水头损失计算公式的比较与选用柯尔勃洛克-怀特公式具有较高的精度;巴甫洛夫斯基公式具有较宽的适用范围，1.0e 5.0mm;曼宁公式适用于较粗糙的管道, 0.5e 4.0mm;海曾-威廉公式适用于较光滑的管道,e

7、 0.25mm;舍维列夫公式适用于1.0e 1.5mm.部分水头损失计算局部阻力设施局部阻力设施全开闸阀0.1990。弯头0.950%开启闸阀2.0645。弯头0.4截止阀35.5三通转弯1.5全开蝶阀0.24三流直流0.1.水头损失公式的指数方式沿程水头损失计算公式的指数方式： 参数海曾威廉公式曼宁公式舍维列夫公式K10.67/Cw1.85210.29nM20.001798n1.8522.01.911m4.875.3335.123.部分水头损失公式的指数方式：沿程水头损失与部分水头损失之和：式中 Sg管道阻力系数；.3.3 非满流管渠水力计算排水管网和长间隔输水工程常采用非满管流。非满管流水

8、力计算的目的：确定管段流量、流速、断面尺寸、充溢度和坡度之间的关系。.3.3.1 非满流管渠水力计算公式 充溢度h/D指设计流量下，管道内的有效水深与管径的比值。 过水断面A=AD，h/D 水力半径R=R(D,h/D) 采用谢才公式计算水头损失，将曼宁公式代人并转换： 由流量和流速关系得：hD.5个水力参数q、D、h、I、v, 知其中3个才干求出另一个，水力计算很复杂。非满流管渠水力计算根本公式.污水管道按不满流设计的缘由1流量时辰变化，很难确定计算，而且雨水、地下水能够经过检查井盖或管道接口渗入污水管道。因此，要保管一部分管道断面，为未预见的水量留有余地，防止污水移出，妨碍环境卫生，同时使渗

9、入的地下水顺利流泻。2污水管道内堆积的污泥能够分解出一些有害气体。此外，污水中如含有汽油、苯、石油等易燃液体时，能够构成爆炸性气体。故需求留出适当的空间，以利于管道的通风，排除有害气体。3管道部分满流时，管道内水流速度在一定条件下比满流大一些。流速大，有利于冲刷淤泥。 .非满流水力计算简化方法1水力计算图表2借助满流水力计算公式并经过一定的比例变换进展计算.充溢度流量坡度流速1水力计算图表精度低，通用性差。. 水力计算图适用于混凝土及钢筋混凝土管道，其粗糙系数 n0.014。每张图适用于一个指定的管径。图上的纵座标表示坡度 I，即是设计管道的管底坡度，横座标表示流量 Q，图中的曲线分别表示流量

10、、坡度、流速和充溢度间的关系。中选定管材与管径后，在流量 Q、坡度 I、流速 v、充溢度 h/D 四个要素中，只需知其中恣意两个，就可由图查出另外两个。 .排水管渠粗糙系数表 管渠类别粗糙系数 n管渠类别粗糙系数 n石棉水泥管、钢管0.012浆砌砖渠道0.015木槽0.0120.014浆砌块石渠道0.017陶土管、铸铁管0.013干砌块石渠道0.0200.025混凝土管、钢筋混凝土管水泥砂浆抹面渠道0.0130.014土明渠包括（带草皮）0.0250.030.(2)比例变换法假设有一条满流管渠与待计算的非满流管渠具有一样的管径D和水力坡度I，其过水断面面积为A0，水力半径为R0，经过流量为qo

11、，流速为vo，可以证明：A/ A0 、R/ R0 、q/ qo 、v/ vo只和充溢度有关。.非满流管渠水力计算方法一、知流量 q、管径 D 和水力坡度 I ，求充溢度 h/D 和流速1、先由下式计算 q/q0，反查表 3.7 得充溢度h/D;2、根据充溢度h/D，查表3.7得A/A0，然后用下式计算流速v。.例3.1 知某污水管道设计流量为q=100L/s，根据地形条件可以采用水力坡度为I=7%，初拟采用管径D=400mm的钢筋混凝土管，粗糙系数nM=0.014，求其充溢度h/D和流速v。解 用粗糙度系数、管径和水力坡度带入式3.32计算：反查表3.7的充溢度h/D=56.9%，相应A/AO

12、=0.587，由式3.33计算： .非满流管渠水力计算方法二、知流量q、管径D和流速v，求充溢度h/D和水力坡度I求解步骤：1、先由下式计算A/A0，反查表3.7得充溢度h/D2、根据充溢度h/D，查表3.7得R/R0，然后用下式计算水力坡度I.非满流管渠水力计算方法三、知流量q、管径D和充溢度h/D，求水力坡度I和流速v求解步骤：1、先根据充溢度h/D查表3.7求出q/q0，然后用下式计算水力坡度I2、根据充溢度h/D查表3.7得A/A0，然后用下式求流速v。.非满流管渠水力计算方法四、知流量q、水力坡度I和充溢度h/D，求管径D和流速v1、根据充溢度h/D查表3.7得q/q0，然后用下式计

13、算管径D2、根据充溢度h/D查表3.7求出A/A0，然后用下式计算流速v.非满流管渠水力计算方法五、知管径D、充溢度h/D和水力坡度I，求流量q和流速v1、根据充溢度h/D查表3.7求出q/q0，然后用下式计算流量q2、根据充溢度h/D查表3.7求出A/A0，然后用下式计算流速v.非满流管渠水力计算方法六、知管径D、水力坡度I和流速v，求流量q和充溢度h/D1、根据下式计算R/R0，由表3.7反查得h/D2、根据充溢度h/D查表3.7求出A/A0，然后用下式计算流量q例题见教材p57.3.4 管道的水力等效简化 采用水力等效的原理，将部分管网简化成简单的方式。多条管道串联或并联，等效为单条管道

14、；管道沿线分散出流或入流，等效为集中出流或如流；泵站多台水泵并联任务可以等效为单台水泵。.l1 l2 lNd1 d2 dN1、串联管道的简化l 根据水力等效的原那么：简化成一条后，在一样的总输入流量下，应具有一样水头损失。.2、并联管道的简化 将它们等效为一条直径为d，长度为l的管道，保送流量q=q1+q2+qN。 根据水力等效的原那么：简化成一条后，在一样的总输入流量下，应具有一样水头损失。d1 q1d2 q2dN qNq当管径相等时：.任一管段的流量：沿线流量，转输流量。3、沿线均匀出流简化. 沿线流量和节点流量比流量：为简化计算而将除去大用户集中流量以外的用水量均匀地分配在全部有效干管长

15、度上，由此计算出的单位长度干管承当的供水量。城镇中用水量规范不同的区域应分别计算比流量。.公园邻居邻居邻居邻居邻居邻居邻居邻居.沿线流量：干管有效长度与比流量的乘积。按管道长度计算的比流量不能反映供水人数和用水量的差别，可采用按面积计算比流量的方法。. 管网中除最末端的管段外，其他任一管段的流量都由两部分组成，一部分是本管段沿程配水产生的流量，即沿线流量，另一部分是经过该管段保送到下游管段的流量，称为转输流量。. 节点流量：沿线流量只需概念上的意义，在水力计算时应将沿线流量按适当比例分配到两各节点，成为节点流量。沿线流量转换成节点流量的原那么是管段的水头损失一样。.假设沿线出流均匀，那么管道内

16、恣意断面x上的流量可以表示为：沿程水头损失计算如下：.为简化计算，将沿线流量ql分为两个集中流量，分别转移到管段的两个节点。假设转移到末端的流量为aql，那么经过管道流量为：水头损失为：.根据水力等效原那么：由此阐明，管道沿线出流的流量可以近似地一分为二，转移到两个端点上。.4、部分水头损失计算的简化可将部分水头损失等效于一定长度的管道称为当量管的沿程水头损失，从而与沿程水头损失合并计算。.3.5 水泵与泵站水力特性3.5.1 水泵水力特性公式及其参数计算 扬程：水泵提供应单位分量水的机械能mH2O。水泵水力特性：表征水泵流量和扬程的关系，如下式：.12hp水泵扬程，m；qp水泵流量，m3/s；he水泵净扬程，m；sp水泵内阻