2.2.3污水管道的水力計算講解

授課講師：雷鋼學校：廣東水利電力職業(yè)技術學院污水管道的水力計算Powerpointisacompletepresentationgraphicpackageitgivesyoueverythingyouneedtoproduceaprofessional-lookingpresentation水力學基礎知識1.1.1概述流體和固體的區(qū)別：固體：流體：既能承受壓力，也能承受拉力與抵抗剪切變形。只能承受壓力，一般不能承受拉力與抵抗剪切變形。在微小切力的作用下，會產(chǎn)生流動——易流動性。液體的基本特性水力學基礎知識1.易流動性流體這種在靜止時不能承受切應力和抵抗剪切變形的性質(zhì)稱為易流動性

2.質(zhì)量密度單位體積流體的質(zhì)量稱為流體的密度，即ρ=m/V3.重量密度流體單位體積內(nèi)所具有的重量稱為重度或容重，以γ表示。γ=G/V1.1.2流體的主要物理性質(zhì)水力學基礎知識常用液體的密度和容重：質(zhì)量密度與重量密度的關系為：

γ=G/V=mg/V=ρg

流體的質(zhì)量密度、重量密度隨外界壓力和溫度而變化水力學基礎知識4．流體的黏性粘性：流體在運動狀態(tài)下抵抗剪切變形的性質(zhì)。如圖1-1所示，取兩塊寬度和長度都足夠大的平板，其間充滿某種液體。下板固定不動，當以力F拉動上板以u0的速度平行于下板運動時，粘附在上板下面的流體層以u0的速度運動，速度大的就帶動速度小的流層運動，愈往下速度越小，直到附在固定板上流體層的速度為零。兩板間流體沿y方向的速度呈線性分布。圖1-1平板間速度分布規(guī)律水力學基礎知識溫度對黏度的影響流體的種類：主要影響因素.一般在相同條件下，液體的粘度大于氣體的粘度.壓強：對常見流體，如水、氣體等，影響不大，一般可忽略不計.溫度：主要影響因素.當溫度升高時，液體的粘度減小，氣體的粘度增大.牛頓流體：符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體。如自然界中大部分的流體，如空氣、水和許多潤滑油以及低碳氫化合物均屬牛頓流體。非牛頓流體：不符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體。如泥漿、有機膠體，以及油漆、紙漿液、高分子溶液等水力學基礎知識5.流體的壓縮性和膨脹性流體體積隨著壓力的增大而縮小的性質(zhì)，稱為流體的壓縮性。流體體積隨著溫度的增大而增大的性質(zhì)，稱為流體的膨脹性。液體與氣體的壓縮性和膨脹性的區(qū)別：（1）液體是不可壓縮流體，液體具有膨脹性；（2）氣體具有顯著的壓縮性和膨脹性。水力學基礎知識1.3.1流體運動的基本概念（1）有壓流流體過流斷面的周界為壁面包圍，沒有自由面者稱為有壓流或壓力流。一般供水、供熱管道均為壓力流。（2）無壓流流體過流斷面的壁和底均為壁面包圍，但有自由液面者稱為無壓流或重力流，如河流、明渠排水管網(wǎng)系統(tǒng)等。水力學基礎知識

（3）恒定流流場內(nèi)任一點的流速與壓強不隨時間變化，而僅與所處位置有關的流體流動稱為恒定流。（4）非恒定流運動流體各質(zhì)點的流動要素隨時間而改變的運動稱為非恒定流。水力學基礎知識5.流線與跡線

流線是指同一時刻不同質(zhì)點所組成的運動的方向線。

跡線是指同一個流體質(zhì)點在連續(xù)時間內(nèi)在空間運動中所形成的軌跡線，它給出了同一質(zhì)點在不同時間的速度的方向。水力學基礎知識流量流體流動時，單位時間內(nèi)通過過流斷面的流體體積稱為流體的體積流量，一般用Q表示，單位為L/s。單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量，稱為質(zhì)量流量，以ms表示，單位為kg/s或kg/h。體積流量與質(zhì)量流量的關系為：

ms=Qρ體積流量、過流斷面面積A與流速u之間的關系為:

Q=Au水力學基礎知識圖1.2實際流體在管內(nèi)的速度分布水力學基礎知識水力計算的基本公式式中：Q——流量，m3/s；

ω——過水斷面面積，m2；

v——流速，m/s；

R——水力半徑（過水斷面積與濕周的比值），m；

I——水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）；

C——流速系數(shù)，或謝才系數(shù)。C值一般按曼寧公式計算，即n——管壁粗糙系數(shù)污水管道內(nèi)水質(zhì)特點：重力流非滿流近似均勻流水力學基礎知識三、污水管道水力計算的設計規(guī)定設計充滿度（h/D）設計流速（v）最小管徑（D）最小設計坡度（i）水力學基礎知識（1）設計充滿度（h/D）——指設計流量下，管道內(nèi)的有效水深與管徑的比值。h/D=1時，滿流h/D<1時，非滿流《室外排水設計規(guī)范》規(guī)定，最大充滿度為：管徑（D）或暗渠高（H）（mm）最大充滿度（h/D）200~300350~450500~900≥1000

0.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80)

hD水力學基礎知識為什么要做最大設計充滿度的規(guī)定？1、預留一定的過水能力，防止水量變化的沖擊，為未預見水量的增長留有余地；2、有利于管道內(nèi)的通風；3、便于管道的疏通和維護管理。水力學基礎知識（2）設計流速——與設計流量和設計充滿度相應的污水平均流速。最小設計流速：是保證管道內(nèi)不發(fā)生淤積的流速，與污水中所含雜質(zhì)有關；國外很多專家認為最小流速為0.6-0.75m/s，我國根據(jù)試驗結(jié)果和運行經(jīng)驗確定最小流速為0.6m/s。最大設計流速：是保證管道不被沖刷破壞的流速，與管道材料有關；金屬管道的最大流速為10m/s，非金屬管道的最大流速為5m/s。***國內(nèi)一些城市污水管道長期運行的情況說明，超過上述最高限值，并未發(fā)生沖刷管道的現(xiàn)象。水力學基礎知識（3）最小管徑1、為什么要規(guī)定最小管徑？

街坊管最小管徑為200mm，街道管最小管徑為300mm。2、什么叫不計算管段？

在管道起端由于流量較小，通過水力計算查得的管徑小于最小管徑，對于這樣的管段可不用再進行其他的水力計算，而直接采用最小管徑和相應的最小坡度，這樣的管段稱為不計算管段。水力學基礎知識（4）最小設計坡度——相應于最小設計流速的坡度為最小設計坡度，最小設計坡度是保證不發(fā)生淤積時的坡度。（1）（2）（3）規(guī)定：管徑200mm的最小設計坡度為0.004；管徑300mm的最小設計坡度為0.003；管徑400mm的最小設計坡度為0.0015。水力學基礎知識四、污水管道的埋設深度管道的埋設深度有兩個意義：決定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？冰凍線的要求地面荷載滿足街坊管連接要求覆土厚度埋設深度地面管道水力學基礎知識H=h+IL+Z1-Z2+Δh式中：H——街道污水管網(wǎng)起點的最小埋深，m；h——街坊污水管起點的最小埋深，0.6~0.7m；Z1——街道污水管起點檢查井檢查井處地面標高，m；Z2——街坊污水管起點檢查井檢查井處地面標高，m；I——街坊污水管和連接支管的坡度；

L——街坊污水管和連接支管的總長度，m；Δh——連接支管與街道污水管的管內(nèi)底高差，m。

Z1

Z2

HhΔh

連接支管出戶管

街坊污水管街道污水管L水力學基礎知識1.3.3能量守恒定律－伯努利方程假設從1—1斷面到2—2斷面流動過程中損失為h，則實際流體流動的伯努利方程為在理想流動的管段上取兩個斷面1—1和2—2，兩個斷面的能量之和相等，即水力學基礎知識B4.3伯努利方程及其應用沿流束的水頭形式常數(shù)(沿流線)沿流線的水頭形式

(沿流束)B4.3.3伯努利方程的水力學意義測壓管水頭速度水