第二章 给水排水管道工程水力学基础.ppt

1、第二章 给水排水管道工程 水力学基础,第一节 基本概念,一、流态特征 水的三种流态： 层流 Re4000 过渡流 20004000 给水排水管道水流一般处在紊流流态 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 光滑区 水头损失和流速1.75次方成正比 给水排水管道水流一般处在阻力平方区和过渡区,二、有压流与无压流,有压流 输水通过封闭的管道进行，水流阻力主要依靠水的压能克服，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。 无压流 管渠中水面与大气相通，非满流，水流阻力依靠水的位能克服，形成水面

2、沿水流方向降低。 给水多为有压流 ，排水为多无压流 ； 长距离输水无压流 ，排水泵站出水管、倒虹管有压流 。,三、恒定流与非恒定流,恒定流：水体在运动过程中，其各点的流速和压强不随时间而变化，仅与空间位置有关。 给水排水管网中，水流水力因素随时间变化，属于非恒定流，水力计算复杂。 在设计时一般只能按恒定流计算。,四、均匀流与非均匀流,均匀流：液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动。 非均匀流：液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动。 满管流动 1）如果管道截面在一段距离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

3、动为非均匀流，采用局部水头损失公式计算。 非满管流或渠流，只要长距离截面不变，可以近似为均匀流。,五、水流的水头与水头损失,水头：单位重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/ 流速水头v2/2g,测压管水头,流体克服流动阻力所消耗的机械能称为水头损失。 当流体受固定边界限制做均匀流动时，流动阻力中只有沿程不变的切应力，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。 当流体的固定边界发生突然变化，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局部阻力。由局部阻力引起的水头损失成为局部水头损失。,第二节 管渠水头损失计算,谢

4、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。,一、 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,（1）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的确定,巴甫洛夫斯基公式粗糙系数,（2）曼宁公式 巴甫洛夫斯基公式中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。,（3）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。,（4）海曾-威

5、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。,沿程水头损失计算公式的比较与选用,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 0.25mm; 舍维列夫公式适用于1.0e 1.5mm.,二、局部水头损失计算,三、非满流管渠（无压圆管）水力计算,排水管网和长距离输水工程常采用非满管流。 非满管流水力计算的目的： 确定管段流量、流速、断面尺寸、充满度和坡度之间的关系。,非满流管渠水力计算公式,常用的均匀流基本公式 流量公式：

6、流速公式： Q-流量，m3/s； A-过水断面面积，m2； v-流速，m/s； R-水力半径，m； I-水力坡度； C-谢才系数。,充满度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=A（D，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：,h,D,5个水力参数q、D、h、I、v, 已知其中3个才能求出另一个，水力计算很复杂。,第三节 管道的水力等效简化,沿程水头损失公式的指数形式为：,式中 k、n、m指数公式参数； a比阻，即单位管长的摩 阻系数，,管网简化：采用水力等效简化的原理，将局部管网 简化成简单的形式。

7、 水力等效简化原则：简化后，等效的管网对象与原 来的实际对象具有相同的水力 特性。 多条管道串联或并联，等效为单条管道； 管道沿线分散出流或入流，等效为集中出流或入流。,l1 l2 lN d1 d2 dN,1、串联管道的简化,l,根据水力等效的原则：,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，输送流量q=q1+q2+qN。 根据水力等效的原则：,d1 q1 d2 q2 dN qN,q,任一管段的流量：沿线流量，转输流量。,3、沿线均匀出流简化,假设沿线出流均匀，则管道内任意断面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，则通过管道流量为