第三章給水排水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ)

第三章給水排水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ)3.1給水排水管網(wǎng)水流特征流態(tài)特征在設(shè)計(jì)時一般只能按恒定流計(jì)算。恒定流與非恒定流恒定流：水體在運(yùn)動過程中，其各點(diǎn)的流速和壓力不隨時間而變化，而與空間位置有關(guān)的流動。非恒定流：水體各點(diǎn)的流速和壓力不僅與空間位置有關(guān)，還隨時間而變化的流動。滿管流動

1）如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，流動為非均勻流，采用局部水頭損失公式計(jì)算。非滿管流或明渠流只要長距離截面不變，可以近似為均勻流，按沿程水頭損失公式計(jì)算。均勻流與非均勻流非均勻流：液體質(zhì)點(diǎn)流速的大小和方向沿流程變化，水流參數(shù)隨時間和空間變化。均勻流：液體質(zhì)點(diǎn)流速的大小和方向沿流程不變。壓力流與重力流壓力流：水體沿流程整個周界與固體壁面接觸，無自由液面，滿管流動，又稱管流。壓力流輸水通過封閉的管道進(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)、管道長度和流速有關(guān)，與管道埋設(shè)深度和坡度無關(guān)。重力流：水體沿流程一部分與固體壁面接觸，另一部分與空氣接觸，具有自由液面。非滿管流動，又稱明渠流。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測壓管水頭水頭分為水頭損失：流體克服流動阻力所消耗的機(jī)械能。水頭損失分為沿程水頭損失局部水頭損失

水頭：單位重量的流體所具有的機(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流速水頭v2/2g適用于各種紊流，是適用性和計(jì)算精度最高的公式。簡化為直接計(jì)算式（1）柯爾勃洛克-懷特公式e——管壁當(dāng)量粗糙度，m。適用:較光滑的圓管滿流管紊流（給水管道）

代入達(dá)西公式q——流量，m3/s；Cw——海曾-威廉粗糙系數(shù)。（2）海曾-威廉公式適用于明渠流和非滿流排水管道計(jì)算。代入謝才公式（3）巴甫洛夫斯基公式

巴甫洛夫斯基公式中y=1/6時的特例，適用于明渠或較粗糙的管道計(jì)算。代入謝才公式nM——曼寧公式粗糙系數(shù)。（4）曼寧公式3.2.2沿程水頭損失計(jì)算公式的比較與選用

2）巴甫洛夫斯基公式適用范圍廣，精度高，特別適用于較粗糙的管道和較大范圍流態(tài)，1.0≤e≤5.0mm；計(jì)算繁瑣，需用計(jì)算機(jī)計(jì)算。3）曼寧公式特別適用于較粗糙的非滿管流和明渠均勻流，0.5≤e≤4.0mm；4）海曾－威廉公式特別適用于較光滑的管道，即給水管網(wǎng)。

1）柯爾勃洛克-懷特公式適用范圍廣，精度高，計(jì)算繁瑣，需用計(jì)算機(jī)計(jì)算。3.2.3局部水頭損失計(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局部阻力系數(shù)ξ3.2.4水頭損失公式的指數(shù)形式沿程水頭損失計(jì)算公式的指數(shù)形式：

參數(shù)海曾威廉公式曼寧公式K10.67/Cw1.85210.29nM2n1.8522.0m4.875.333沿程水頭損失指數(shù)公式參數(shù)局部水頭損失公式的指數(shù)形式：沿程水頭損失與局部水頭損失之和：式中Sg——管道阻力系數(shù)；方法：首先根據(jù)已知資料，計(jì)算出流量Q，根據(jù)Q值可初步確定管徑D；然后，根據(jù)Q、D值，求I、h/D、v值。在這三個未知數(shù)中，還需知道一個參數(shù)，才能求得另外兩個，此時可以在三個參數(shù)中先假設(shè)一個值，比如流速為最小流速，或是坡度為最小坡度，或是充滿度滿足一定要求等，之后進(jìn)行查表或查圖，就可得出其余兩個未知數(shù)；最后要進(jìn)行校核，若得出的兩個參數(shù)滿足其規(guī)定的要求，則計(jì)算完成，若不滿足要求，則需調(diào)整假設(shè)值，甚至管徑D，重新進(jìn)行計(jì)算。水力計(jì)算圖適用于混凝土及鋼筋混凝土管道，其粗糙系數(shù)n＝0.014。每張圖適用于一個指定的管徑。我國《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》和《給水排水設(shè)計(jì)手冊》推薦此法。非滿流管渠水力計(jì)算簡化法一水力計(jì)算圖表例1已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D精度低通用性差坡度充滿度流速流量例1已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D

2）根據(jù)充滿度h/D，查表3.7得A/A0，然后用下式計(jì)算流速v。

充滿度h/D

流速v已知求流量q管徑D水力坡度I1）先由下式計(jì)算q/q0，反查表3.7的充滿度h/D；例1已知某污水管道設(shè)計(jì)流量為q=100L/s，根據(jù)地形條件可以采用水力坡度為I=7%，初擬采用管徑D=400mm的鋼筋混凝土管，粗糙系數(shù)nM=0.014，求其充滿度h/D和流速v。例2已知D=400mm,充滿度h/D=0.57,i<0.007,

求i。例3已知鋼筋混凝土排水管n=0.013，設(shè)計(jì)流量q=100L/s，充滿度h/D=0.65，最大水力坡度為I=7%，求最小管徑D。3.4管道的水力等效簡化

多條管道串聯(lián)或并聯(lián)，等效為單條管道；管道沿線分散出流或入流，等效為集中出流或入流；泵站多臺水泵并聯(lián)工作可以等效為單臺水泵。采用水力等效原理，將局部管網(wǎng)簡化成簡單的形式。l1l2lNd1d2