流量与管径、压力、流速的一般关系
一般工程上计算时,水管路,压力常见为,水在水管中
流速在1--3米/秒,常取米/秒。
流量=管截面积X流速=管内径的平方X流速(立方米/小
时)。
其中,管内径单位:mm ,流速单位:米/秒 ,饱和蒸
汽的公式与水相同,只是流速一般取20--40米/秒。
水头损失计算Chezy 公式
这里:
Q???断面水流量(m/s)
——
3
C???——Chezy糙率系数(m/s)
1/2
A???——断面面积(m
2
)
R???——水力半径(m)
S???——水力坡度(m/m)
根据需要也可以变换为其它表示方法:
Darcy-Weisbach公式
由于
这里:
h ??沿程水头损失(mm/s)
f
——
3
f ???Darcy-Weisbach水头损失系数(无量纲)
——
l????管道长度(m)
——
d????管道内径(mm)
——
v 1986年 ????管道流速(m/s)
——
g ????重力加速度(m/s
——
2
)
水力计算是输配水管道设计的核心,其实质就是在保证
用户水量、水压安全的条件下,通过水力计算优化设计
方案,选择合适的管材和确经济管径。输配水管道水力
计算包含沿程水头损失和局部水头损失,而局部水头损
失一般仅为沿程水头损失的5~10%,因此本文主要研
究、探讨管道沿程水头损失的计算方法。
管道常用沿程水头损失计算公式及适用条件
管道沿程水头损失是水流摩阻做功消耗的能量,不
同的水流流态,遵循不同的规律,计算方法也不一样。
输配水管道水流流态都处在紊流区,紊流区水流的阻力
是水的粘滞力及水流速度与压强脉动的结果。紊流又根
据阻力特征划分为水力光滑区、过渡区、粗糙区。管道
沿程水头损失计算公式都有适用范围和条件,一般都以
水流阻力特征区划分。
水流阻力特征区的判别方法,工程设计宜采用数
值做为判别式,目前国内管道经常采用的沿程水头损失
水力计算公式及相应的摩阻力系数,按照水流阻力特征
区划分如表1。
沿程水头损失水力计算公式和摩阻系数
表1
阻力特
征区
水力光
滑区
适用条件 水力公式、摩阻系数 符号意义
雷诺数
h:管道沿程水
(1)
(2)
头损失
v:平均流速
d:管道内径
:水的运动粘
>10
紊流过
10<
渡区
<500
滞系数
:沿程摩阻系
数
:管道当量
粗糙度
q:管道流量
紊流粗
糙区 系数
>500
Ch:海曾-威廉
C:谢才系数
R:水力半径
n:粗糙系数
i:水力坡降
l:管道计算长
度
达西公式是管道沿程水力计算基本公式,是一个半
理论半经验的计算通式,它适用于流态的不同区间,其
中摩阻系数可采用柯列布鲁克公式计算,克列布鲁克公
式考虑的因素多,适用范围广泛,被认为紊流区的综合
计算公式。利用达西公式和柯列布鲁克公式组合进行管
道沿程水头损失计算精度高,但计算方法麻烦,习惯上
多用在紊流的阻力过渡区。
海曾—威廉公式适用紊流过渡区,其中水头损失与
流速的次方成比例(过渡区水头损失h∝~)。该式计算方
法简捷,在美国做为给水系统配水管道水力计算的标准
式,在欧洲与日本广泛应用,近几年我国也普遍用做配
水管网的水力计算。
谢才公式也应是管道沿程水头损失通式,且在我国
应用时间久、范围广,积累了较多的工程资料。但由于
谢才系数C采用巴甫洛夫公式或曼宁公式计算确定,而
这两个公式只适用于紊流的阻力粗糙区,因此谢才公式
也仅用在阻力粗糙区。
另外舍维列夫公式,前一段时期也广泛的用做给水
管道水力计算,但该公式是由旧钢管和旧铸铁管管材试
验资料确定的。而现在国内采用的金属管道已普遍采用
水泥砂浆和涂料做内衬,条件已发生变化,因此舍维列
夫公式也基本不再采用。
输配水管道沿程水头损计算的实用公式
输配水管道沿程水头计算时,先采用判别水流的
阻力特征用,再选择相应的公式计算,科学合理,但操
作麻烦,特别在流速失得 是待求的未知数时,需要采用试算
的方法确定雷诺数(Re)很不方便。为了使输配水管道水
力计算能满足工程设计的需要,又可以方便的选择计算
公式和进行简捷的计算,根据多年来管道水力计算的月份的单词 经
验,《室外给水设计规范》GBJ13-86修编报批稿,依据管
材的不同和流速的常用范围,确定输配水管道沿程水头
损失计算公式如下:
(1)塑料管
(2)混凝土管(渠)及采用水泥砂浆内衬的金属管
道
(3)输配水管道、配水管网水力平差计算
管道摩阻系数的属性及应用条件
每个管道沿程水力计算公式都有相应的摩阻系数和
确定方法,表达形式也不一样。摩阻系数是一个未知
数,应由试验确行书兰亭序 定。但实际应用时,一般都依据不同的
管材和其不同的内壁光滑程度,参考已有的资料,由设
计人员计算时选择采用。该数值非常重要,但随意性很
大,而且取值的结果直接影响水力计算成果的精度。因
此了解和熟悉摩阻系数的属性,掌握取值的方法和技
巧,也同样是做好管道沿程水力计算的关键。
(1)当量粗糙度
当量粗糙度是自然(也有称工业)管道,根据水力
试验的成果,运用达西公式和尼古拉兹公式计算出的理
论值。每种管材都有一个确定的当量粗糙度,且不因流
态不同而改变,在判别水流流态和选择其他计算公式参
数时,经常用到当量粗糙度。
(2)摩阻系数
摩阻系数可应用在不同的阻力特征区,不同区间
的数值不一样。在紊流的光滑区,数值仅与雷诺数(Re)
有关,且随雷诺数(Re)的增大而减小;在紊流过渡区,
与雷诺数(Re)和相对粗糙度(/d)两个因素有关;在
紊流粗糙区仅和相对粗糙度(/d)有关,只要管材与管
径确定(即相对粗糙度/d确定),在该区数值应为定
值。
(3)粗糙系数n
粗糙系数n是采用巴甫洛夫公式和曼宁公式计算谢才
公式C时的参数,它适用于紊流的粗糙区,在该区可根
据管材内壁光滑程度,选择相应的n值,但一般情况n的
取值范围宜大于,否则计算成果误差较大。
(4)海曾—威廉系数Ch
海曾—威廉系数适用紊流过渡区,Ch取值范围宜大
于120,否则计算成果误差较大。
相应的紊流阻力特征区内不同摩阻系数间的对应关系
(1)
(2)紊流粗糙区(其中y采用巴甫洛夫
) 公式计算,若y=1/6即为曼宁公式,这时
《室外给水设计规范》GBJ13-86修编建议沿程水头损失
摩阻系数(△、n、Ch)取值见表2。
管道沿程水头损失(n C
h
△)值 表2
n(粗C(海曾
△(mm)
h
管道种类 糙系(最难成语 当量粗
水泥砂浆内
衬
钢管、铸铁管
涂料内衬 ~
旧钢管、旧
铸铁管(未做~
内衬)
预应力砼管
混凝土管
(PCP)
预应力钢筒
~
110~
130
120~
140
-威廉系
数) 数) 糙度)
~
120~
130
130~
140
~
砼管(PCCP)
现浇矩形混凝土
管(渠)道 鏖战的近义词
化学管材(聚乙
烯管、聚氯乙烯
管、玻璃钢夹砂
~
140~
150
~
管等),内衬涂
塑管
结论:沿程水头损失计算是输配水管道设计的基
础,正确的选用计算公式和采用适宜的摩阻系数,计算
成果才能真实的反映管道的水力特性。为保证输配水管
道工程设计质量,提高工程的经济效益和规范水力计算
方法
本文发布于:2023-04-26 17:10:18,感谢您对本站的认可!
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