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第三章 给水排水管道系统水力计算基础

本章内容：

1、水头损失计算

二、无压圆管的水力计算3、水力等效简化

本章难点：无压圆管的水力计算

第一节 大体概念

一、管道内水流特点

进行水力计算前第一要进行流态的判别。判别流态的标准采纳临界雷诺数Rek，临界雷诺数多数稳固在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一样为层流，当Re大于4000时，一样为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳固，属于过渡流态。

对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑

紊流流态又分为三个阻力特点区：紊流滑腻区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。二、有压流与无压流

水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。 水体沿流程一部份周界与固体壁面接触，另一部份与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流

给水管道大体上采纳有压流输水方式，而排水管道多数采纳无压流输水方式。从水流断面形式看，在给水排水管道中采纳圆管最多

三、恒定流与非恒定流

给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的常常性转变，均处于非恒定流状态，可是，非恒定流的水力计算专门复杂，在设计时，一样也只能按恒定流(又称稳固流)计算。

四、均匀流与非均匀流

液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程转变的流动，称为非均匀流。从整体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时刻和空间转变。

关于满管流动，若是管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，那么管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失能够采纳沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一样较短，采纳局部水头损失公式进行计算。

关于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也能够近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，关于短距离或特殊情形下的非均匀流动那么运用水力学理论按缓流或急流计算。

五、水流的水头和水头损失

水头是指单位重量的流体所具有的机械能，一样用符号 h或H表示，经常使用单位为米水柱

(mH2O)，简写为米(m)。水头分为位置水头、压力水头和流速水头三种形式。位置水头是指因为流体的位置高程所得的机械能，又称位能，用流体所处的高程来气宇，用符号Z表示；压力水头是指流体

因为具有压力而具有的机械能，又称压能，依照压力进行计算，即p?(式中的p为计算断面上的压力，?为流体的比重)；流速水头是指因为流体的流动速度而具有的机械能，又称动能，依照动能进行计算，即v22g（式中v为计算断面的平均流速，g为重力加速度）。

位置水头和压力水头属于势能，它们二者的和称为测压管水头，流速水头属于动能。流体在流动进程中，三种形式的水头(机械能)老是处于不断转换当中。给水排水管道中的测压管水头较之流速水头一样大得多，在水力计算中，流速水头往往能够忽略不计。

实际流体存在粘滞性，因此在流动中，流体受固定界面的阻碍（包括摩擦与限制作用），致使断面的流速不均匀，相邻流层间产生切应力，即流动阻力。流体克服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（如断面大小，流动方向沿流程不变的流动）时，流动阻力中只有沿程不变的切应力，称沿程阻力。由沿程阻力所引发的水头损失称为沿程水头损失。当流体的固定边界发生突然转变，引发流速散布或方向发生转变，从而集中发生在较短范围的阻力称为局部阻力。由局部阻力所引发的水头损失称为局部水头损失。

在给水排水管道中，由于管道长度较大，沿程水头损失一样远远大于局部水头损失，因此在进行管道水力计算时，一样忽略局部水头损失，或将局部阻力转换成等效长度的管道沿程水头损失进行计算。

第二节管渠水头损失计算

一、沿程水头损失计算

管渠的沿程水头损失经常使用谢才公式计算，其形式为：

式中 h

f

沿程水头损失，m；

h ? v2

f C2R

l （m） （3-1）

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，即过水断面面积除以湿周，m，圆管满流时R?0.25D

（D为圆管直径）；

l—管渠长度，m。

关于圆管满流，沿程水头损失也可用达西公式计算：

h ??

f

l v2D2g

（m） （3-2）

式中 D—圆管直径，m；

g—重力加速度，m/s2；

?—沿程阻力系数，??8g。

C2

沿程阻力系数或谢才系数与水流流态有关，一样只能采纳体会公式或半体会公式计算。目前国内外较为普遍利