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 2、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 第一节基本概念 一、管道内水流特征 进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，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征区：紊流光滑区、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。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流 给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。 从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多 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经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)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变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，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间和空间变化。 对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；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，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
第二章 蜗壳及尾水管的水力计算 第1节 蜗壳水力计算 一.蜗壳尺寸确定 水轮机的引水室是水流进入水轮机的第一个部件，是反击式水轮机的重要组成部分。引水室的作用是将水流顺畅且轴对称的引向导水机构。引水室有开敞式、罐式和蜗壳式三种。蜗壳式是反击式水轮机中应用最普遍的一种引水室。它是用钢筋混凝土或者金属制造的封闭式布置，可以适应各种水头和流量的要求。水轮机的蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳两种。 1.蜗壳形式 蜗壳自鼻端到进口断面所包围的角度称为蜗壳的包角，水头大于40m 时一般采用混凝土蜗壳，包角 ；当水头较高时需要在混凝土中布置大量的钢筋，造价可能 比混凝土蜗壳还要高，同时钢筋布置过密会造成施工困难，因此多采用金属蜗壳，包角 。本电站最高水头为174m ，故采用金属蜗壳。 2.座环参数 根据水轮机转轮直径D 1查[1].P 128页表2—16得： 座环出口直径: ()()mm D b 27252600180019001800 20002600 2850=+---= 座环进口直径: ()()mm D a 32503100180019001800 20003100 3400=+---= 蜗壳常数K =100（mm ）、r =200（mm ） 3.蝶形边锥角ɑ 取 4.蝶形边座环半径 ()m k D r a D 725.11.02 25 .32=+=+= 5.蝶形边高度h ()m k b h 29.055tan 1.02 76.0tan 20=+=+= ? 6.蜗壳圆形断面和椭圆形断面界定值s ()m h s 51.055 cos 29 .055cos == 7.座环蝶形边斜线L ()m h L 354.055sin == 8.座环蝶形边锥角顶点至水轮机轴线的距离
管道水力计算 新大技术研究所：戴颂周 2012 年3 月2 日
目录 第一章单相液体管内流动和管道水力计算 (3) 第一节流体总流的伯努利方程 (3) 一、流体总流的伯努利方程 (3) 二、流体流动的水力损失 (3) 第二节流体运动的两种状态 (6) 一、雷诺实验 (6) 二、雷诺数 (7) 三、圆管中紊流的运动学特征—速度分布 (7) 四、雷诺数算图 (8) 第三节沿程水力损失 (9) 一、计算方法： (9) 第四节局部水力损失 (14) 第五节管道的水力计算 (17) 一、管道流体的允许流速（经济流速供参考） (17) 二、简单管道的水力计算 (19) 第二章玻璃钢管道水力计算 (20) 第一节玻璃钢管道水力计算公式 (20) 一、玻璃钢管道水力计算公式 (20) 二、管道水力压降曲线 (21) 三、常用液体压降的换算 (21) 四、常用管件压降 (23) 第二节油气集输管道压降计算 (24) 第三节玻璃钢输水管线的水力学特性 (25) 一、玻璃钢输水管水流量计算 (25) 二、玻璃钢输水管水击强度计算 (25) 第三章管道水力学计算中应注意的几个问题 (28) 一、热油管道的工艺计算 (28) 二、油水两相液体的工艺计算 (28) 三、地形变化时的水力坡降 (30)
第一章 单相液体管内流动和管道水力计算 第一节 流体总流的伯努利方程 一、流体总流的伯努利方程 1. 流体总流的伯努利方程式（能量方式） =++g c g P Z 22 1111αρw h g c g P Z +++22 2222αρ 2. 方程的分析 (1) 方程的意义 物理意义：不可压缩的实际流体在管道内流动时的能量守恒，或者说，上游机械能=下游机械能+能量的损失。 (2) 各项的意义 -21,z z 单位重量流体所具有的位能，或位置水头，m ，即起点、终点标高。-g p g p ρρ/,/21单位重量流体所具有的压能，或压强水头，m ；即P 1 P 2为起点、 终点液流压力，-g c g c 2/,2/2 22211αα单位重量流体所具有的动能，或速度水头， m ；即C 1 C 2为液流起、终点的流速。 -21,αα单位重量流体的动能修正系数；-w h 单位重量流体流动过程的水力损失，m 。 二、流体流动的水力损失 1. 水力损失的计算 液体所以能在管道中流动，是由于泵或自然位差提供的能量。液体流动过程中与各种管道、阀件、管件发生摩擦或撞击而产生阻力。同时液体质点间的互相摩擦和撞击也要产生阻力。为了使液体继续流动，就必须供给能量，以克服这些阻力。用于克服液流阻力的能量，就是管路摩阻损失。水力损失一般包括两项，即沿程损失 f h 与局部损失 m h 。因此，流体流动时上、下游截面间的总水力损失 w h 应等于两截面间的所有沿程损失与局部损失之和，即
流体力学第五章压力管路的水力计算
第五章压力管路的水力计算 主要内容 长管水力计算 短管水力计算 串并联管路和分支管路 孔口和管嘴出流 基本概念： 1、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。（管路中的压强可以大于大气压，也可以小于大气压） 注：输送气体的管路都是压力管路。 2、分类： 按管路的结构特点，分为 简单管路：等径无分支 复杂管路：串联、并联、分支 按能量比例大小，分为 长管：和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。短管：流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路。
第一节管路的特性曲线 一、定义：水头损失与流量的关系曲线称为管路的特性曲线。 二、特性曲线 l l L g V d L g V d l l g V d l d l g V d l g V h h h f j w + = = + = ?? ? ? ? ? + = + = + = 当 当 当 其中， 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 λ λ λ λ λ ζ （1） 把2 4 d Q A Q V π = = 代入上式得： 2 2 5 2 2 2 28 4 2 1 2 Q Q d g L d Q g d L g V d L h w α π λ π λ λ= = ? ? ? ? ? = = （2） 把上式绘成曲线得图。 第二节长管的水力计算 一、简单长管 1、定义：由许多管径相同的管子组成的长输管路，且沿程损失较大、局部损失 较小，计算时可忽略局部损失和流速水头。 2、计算公式：简单长管一般计算涉及公式 2 2 1 1 A V A V=（3） f h p z p z+ + + γ γ 2 2 1 1 ＝ （4） g V D L h f2 2 λ = （5） 说明：有时为了计算方便，h f的计算采用如下形式：
水管网流量简单算法如下： 自来水供水压力为市政压力大概平均为0.28mpa。 如果计算流量大概可以按照以下公式进行推算，仅作为推算公式， 管径面积×经济流速（DN300以下管选1.2m/s、DN300以上管选1.5m/s）=流量如果需要准确数据应按照下文进行计算。 水力学教学辅导 第五章有压管道恒定流 【教学基本要求】 1、了解有压管流的基本特点，掌握管流分为长管流动和短管流动的条件。 2、掌握简单管道的水力计算和测压管水头线、总水头线的绘制，并能确定管道的压强分布。 3、了解复杂管道的特点和计算方法。 【容提要和学习指导】 前面几章我们讨论了液体运动的基本理论，从这一章开始将进入工程水力学部分，就是运用水力学的基本方程（恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程）和水头损失的计算公式，来解决实际工程中的水力学问题。本章理论部分容不多，主要掌握方程的简化和解题的方法，重点掌握简单管道的水力计算。 有压管流水力计算的主要任务是：确定管路过的流量Q；设计管道通过的流量Q所需的作用水头H和管径d；通过绘制沿管线的测压管水头线，确定压强p沿管线的分布。 5.1 有压管道流动的基本概念 （1）简单管道和复杂管道 根据管道的组成情况我们把它分为简单管道和复杂管道。直径单一没有分支而且糙率不变的管道称为简单管道；复杂管道是指由两根以上管道组成管道系统。复杂管道又可以分
为串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流管和管网。 （2） 短管和长管 在有压管道水力计算中，为了简化计算，常将压力管道分为短管和长管： 短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道； 长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失，在计算中可以忽略的管 道为，一般认为（ ）＜（5~10）h f %可以按长管计算。 需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区分的。将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。但在不能判断流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前，按短管计算不会产生较大的误差。 5.2简单管道短管的水力计算 （1）短管自由出流计算公式 （5—1） 式中：H 0是作用总水头，当行近流速较小时，可以近似取H 0 = H 。 μ称为短管自由出流的流量系数。 （5—2） （2）短管淹没出流计算公式 （5—3） 式中：z 为上下游水位差，μc 为短管淹没出流的流量系数 （5—4） 请特别注意：短管自由出流和淹没出流的计算关键在于正确计算流量系数。我们比较短管自由出流和淹没出流的流量系数（5—2）和（5—4）式，可以看到（5—2）式比（5—4）式在分母中多一项“1”，但是计算淹没出流的流量系数μc 时，局部水头损失系数中比自由出流多一项管道出口突然扩大的局部水头损失系数“1”，在计算中不要遗忘。 （3）简单管道短管水力计算的类型 简单管道短管水力计算主要有下列几种类型： 1）求输水能力Q:可以直接用公式（5—1）和（5—3）计算。 2）已知管道尺寸和管线布置，求保证输水流量Q 的作用水头H 。 这类问题实际是求通过流量Q 时管道的水头损失，可以用公式直接计算，但需要计算管流速，以判别管是否属于紊流阻力平方区，否则需要进行修正。 3）已知管线布置、输水流量Q 和作用水头H ，求输水管的直径 d 。 j h g v ∑+22 02gH A c Q μ=ζλμ∑++= d l 11 z g A c Q 2μ=ζλμ∑+=d l c 1
2.2给水系统 2.2.1 给水用水定额及时变化系数 本设计建筑用水主要为住宅部分和商场卫生间。因为本商住楼一层商业区用 水量由市政供水管网直接供水，住宅区采用水泵并联分区供水的方式。参考《建 筑给水排水设计规范》 （GB50015-2003）的有关规定的用水量标准及时变化系数，本设计中采用的用 水量标 准见表2-1： 用水量表2-1 序号用水类别用水量标准使用单位数使用时间时变化系数 1 住宅200L/人.d 476人1 2 2.5 2 商场6L/m2.d 1210m224 1.5 注：在此住宅用水人数是按每套房 3.5 人计 2.2.2 最高日用水量 Q d=m·q d ? 式中：Q d——最高日用水量，L/d； m——用水单位数； q d——最高日生活用水定额，(L/人·d） 则： Q d1=m1·q d1=476×200=95200L/s=95.2m3/d Q d2=m2·q d2=1210×6=7260L/s=7.26m3/d 未预见用水量按总用水量的10%计算，即： Qd'=10%×(Q d1+Q d2)=(95.2+7.26)=10.25m3/d 2.2.3则本建筑的最高日用水量为： Q d=Q d1+Q d2+Q d'=95.2+7.26+10.25=112.71m3/d Q h=K h·Q p 式中： Q h——最大小时用水量，m3/h； K h ——小时变化系数； Q p ——平均小时用水量，m3/h 。 则： Q h1=K h1·Q p1=2.5×95.2÷24=9.58m3/h Q h2=K h2·Q p2=1.5×7.26÷24=0.45m3/h Q'=10%（Qh1+Q h2）=(Q h1+Q h2)=10%(9.58+0.45)=1.00m3/h Q h=Q h1+Q h2+Q'=9.58+0.45+1.00=11.00m3/h 2.2.4设计秒流量 进行给水管网最不利管段的水力计算，目的是算出各管段的设计秒流量，各
热力管道水力计算表
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： ?
热力管道水力计算表(一） Kｄ=0.5mm r＝９58.4kg/m３ DN 25 32 4０50 DN 2５３２40 50 70 D w×δ３2×25 ３8×2.545×2．557×３．５D w×δ3２×2.５38×2．545×2.557×3.573×３.5 G(t／ｈ) W R W R W R ＷR G(t/h）W ＲW R W R W R ＷＲ 0.２0.1 0． 95 １.2５0.63 34.2 ０.4 2 １ 1.6 ０.2 9 4．2 0.１ 8 1． ３4 0.22 0.11 1.1 ４ １．3 0． 66 37 0． ４4 １ 2.6 0.3 4.5 １ 0.１ 9 1.４ ４ 0． 11 0． 34 ０.２4 0.1 ２ 1．3 ５ 1.35 0.68 ３9. ９ 0.46 13.6 ０.3 1 4． ８6 0.２ １ ．55 ０ ．１ 1 0.37 0.２6 0.13 1.59 1.40 0．7 １ 42.9 0． 47 1 ４ ．6 0.３ 2 ５.2 1 ０.2 1 1． ６ ７ 0.1 ２ ０.3 ９ ０.28 0.１ 4 1． 82 1.4５0.73 46 0.49 15 ．７ 0.33 5.5 ９ ０.2 １ 1.78 0． 12 0.42 0.30 0． 15 ２.0 ８ １.５0 0． 76 49.2 ０ ．５ １ 16.8 ０.3 ５ ５.9 8 0.2 ２ 1.91 0.１ 3 0.4 ５ 0.３２０.1 6 ２.3 ７ 1.５5 0.７ ９ 52.6 0.53 17 ．９ 0.３ 6 ６ ．３ 8 ０ ．23 2.02 0.13 0.48 ０.3４0.17 2.7 １ 1．6 0.8 １ 5６ 0.5 ４ 19.1 0.３ 7 6．8 0.２ 4 2.14 0． 13 0.5
一、空调水系统的设计原则： 1、力求水力平衡； 2、防止大流量小温差； 3、水输送符合规范要求； 4、变流量系统宜采用变频调节； 5、要处理好水系统的膨胀与排气； 6、解决好水处理与水过滤； 7、切勿忽视管网的保冷与保温效果。 二、冷冻水、冷却水管的计算 1、压力式水管道管径计算 D=103πνL 4（mm ） 公式中 L------水流量（m 3/s ） v-------计算流速（m/s ） 一般水管系统的管内水流速可参考表13-12的推荐值取用 表13-13选择。 2、直线管段的阻力计算 Δh=d l λ×2 2v ρ=R ×l 式中Δh---长度为l （m ）的直管段的摩擦阻力（Pa ） λ---水与管内壁间的摩擦阻力系数； l----直管段的长度（m ）； d----管内径（m ）； ρ----水的密度（kg/m 3），当4℃时为1000kg/m 3 R-----长度为1m 直管段的摩擦阻力（Pa/m ） 三、空调设备流量计算 由Q=CM ΔT 可得出：M=Q/C*ΔT （Kg/S ） Q-----空调制冷或制热量（Kw ） C-----水的比热容，4.2KJ/Kg*℃ ΔT---进出空调设备的供回水温差，ΔT =T G -T H 四、风机盘管选择 1、计算室内空调冷负荷Q （W ），简单依单位面积指标及经验估算。 2、考虑机组的盘管用后积垢积尘对传热的影响，对空调冷负荷要进行修正，冷负荷应乘以系数a 仅冷却使用 a=1.10 作为加热、冷却两用 a=1.20 仅作为加热用 a=1.15 3、依据空调冷负荷选择风机盘，一般按中档运行能力选择。 4、校核风量：L=) (3600s n h h Q -ρ L-----风机盘管名义风量（m 3/h ）
水管水力计算 一、加载 1.将KtCnPub.dll拷入系统软件目录下。 2.加载ACSSgSlJs.arx之前请先加载KtCnCad.arx:。 二、运行 1.在命令行键入SgJs，回车，将出现程序的主界面。 2.界面说明 搜索分支：当用户需要从图面上提取数据时，点取搜索分支按钮，根据程序提示选取计算水管。当成功搜索出图面管道系统后，最长环路按钮可用，单击可以得到最长的管段组。 冷凝水量：当计算水管系统是冷凝水管系统时，该项可用，冷凝水管的水量是根据水管承担的负荷和用户设定的冷凝水量两者数据计算出来。 设备缺省水阻：风机盘管或者空调器的设备水阻，程序计算时会将此阻力计入到小计中去。 末端局阻系数：风机盘管或者空调器接管出一般还有阀门、过滤网等局阻系数，在此输入此局阻系数。相对于设备的水阻，此数值较小。 流量单位：根据用户选择不同的流量单位，显示的流量进行单位换算。
计算控制：程序在计算中根据用户选择的控制类型选取合适的管径。 控制数据设定：可以新建控制数据方案，可以更改已有的控制方案。 计算结果：显示包含搜索分支里面选取的管段的一条回路的各个管段数据。 3.使用说明 a．从图面上提取数据 单击搜索分支按钮 命令行提示： 命令: sgjs ESC返回 / 请选择要计算水管的远端: 选取要计算的水管的远端以后，程序返回到主界面。主界面如下： b．从文件中提取数据（如果是从图面上提取数据则这步可以跳过） 单击打开按钮 从打开文件对话框从选取要计算的文件，确定即可。
c.对于控制数据设定按钮：单击此按钮，将会出现如下对话框： 在此对话框中，可以修改已有的方案，可以添加新的控制数据方案。 注意：默认方案是不可以修改和删除的。 单击新建方案按钮，会出现新建方案对话框： 提示用户数据新的方案名称。 注意：新方案名称不能和已有的方案名称同名。
1．高压、中压燃气管道水力计算公式： Z T T d Q L P P 0 5 210 2 2 2 110 27.1ρ λ ?=- 式中：P 1 — 燃气管道起点的压力（绝对压力，kPa ）； P 2 — 燃气管道终点的压力（绝对压力，kPa ）； Q — 燃气管道的计算流量（m 3/h ）； L — 燃气管道的计算长度（km ）； d — 管道内径（mm ）； ρ — 燃气的密度（kg/m 3）；标准状态下天然气的密度一般取0.716 kg/m 3。 Ｚ — 压缩因子，燃气压力小于1.2MPa （表压）时取1； Ｔ — 设计中所采用的燃气温度（K ）； Ｔ0 — 273.15（K ）。 λ— 燃气管道的摩擦阻力系数； 其中燃气管道的摩擦阻力系数λ的计算公式： 25 .06811.0??? ? ??+ =e R d K λ K — 管道内表面的当量绝对粗糙度（mm ）；对于钢管，输送天然 气和液化石油气时取0.1mm ，输送人工煤气时取0.15mm 。 R e — 雷诺数（无量纲）。流体流动时的惯性力Fg 和粘性力(内摩擦 力)Fm 之比称为雷诺数。用符号Re 表示。层流状态，R e ≤ 2100；临界状态，R e =2100～3500；紊流状态，R e >3500。 在该公式中，燃气管道起点的压力1P ，燃气管道的计算长度L ，燃气密度ρ，燃气温度T ，压缩因子Z 为已知量，燃气管道终点的压力2P ，燃气管道的计算流量Q ，燃气管道内径d 为参量，知道其中任意两个，都可计算其中一个未知量。 如燃气管道终点的压力2P 的计算公式为： ZL T T d Q P P 0 5 210 2 1210 27.1ρ ?-= 某DN100中压输气管道长0.19km ，起点压力0.3MPa ，最大流量1060 m 3/h ，输气温度为20℃,应用此公式计算，管道末端压力2P =0.29MPa 。
长距离输水管道水力计算公式的选用 1． 常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ （1） 谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2） 海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852.1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中h f ------------沿程损失，m λ―――沿程阻力系数 l ――管段长度，m d-----管道计算内径，m g----重力加速度，m/s 2 C----谢才系数 i----水力坡降； R ―――水力半径，m Q ―――管道流量m/s 2 v----流速 m/s C n ----海澄――威廉系数 其中大西公式，谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中 ，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2． 规范中水力计算公式的规定 3． 查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力 计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式
3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用教广.
一、 喷嘴选型 根据要求查雾的池内样本，选10个除磷喷嘴3/8 TDSS 40027kv-lcv(15°R)。 参数：喷角区分40°，额定压力5MPa ，喷量27.7L/min ，喷嘴右倾15°。 二、水泵选型计算 1、水泵必须的排水能力 Q B =20 16.2242024max ?=Q = 19.44 m 3/h 其中，系统需要最大流量16.2）601027.7（10-3max =???=Q m 3/h 2、水泵扬程估算 H=K （H P +H X ）= 1.3 ?（178+2）=234 m 其中：H P ：排水高度，160+18=178m ；（16mPa ，扬程取160m ） H X ：吸水高度，2m ； K ：管路损失系数，竖井K=1.1—1.5，斜井?＜20°时K=1.3～1.35，?=20°～30°时6K=1.25～1.3，?＞30°时K=1.2～1.25，这里取1.3。 查南方泵业样本，故选轻型立式多级离心泵CDL42-120-2，扬程238m ，流量42 m 3/h ，功率45kW ，转速2900r/min 。 三、管路选择计算 1、管径：泵出水管道86.2290042'900'=?== ππV Q d n mm 泵进水管道121.91 90042'900'=?== ππV Q d n mm 其中： Qn ：水泵额定流量； 'V 经济流速m/s ；'Vp =1.5～2.2m/s ；='Vx 0.8～1.5m/s ；'dx ='dp +0.025 m ，这里泵进水管流速为1m/s ，泵出水管流速为1.5m/s 。 查液压手册，选泵出水管道内径89mm ，泵进水管道内径133mm 2、管壁厚计算 泵进水口
第三章管道的水力计算及强度计算 第一节管道的流速和流量 流体最基本的特征就是它受外力或重力的作用便产生流动。如图3—1所示装置，如把管道中的阀门打开，水箱内的水受重力作用，以一定的流速通过管道流出。如果水箱内的水位始终保持不变，那么管道中的流速也自始至终保持不变。管道中的水流速度有多大?每小时通过管道的流量是多少?这些都是实际工作中经常遇到的问题。 图3—1水在管道内的流动 为了研究流体在管道内流动的速度和流量，这里先引出过流断面的概念。图3—2为水通过管道流动的两个断面1—1及2—2，过流断面指的是垂直于流体流动方向上流体所通过的管道断面，其断面面积用符号A来表示，它的单位为m2或cm2。 图32管流的过流断面 a)满流b)不满流
流量是指单位时间内，通过过流断面的流体体积。以符号q v表示，其单位为m3／h，cm3／h或m3／s，cm3／s。 流速是指单位时间内，流体流动所通过的距离。以符号。表示，其单位为m／s或cm／s。 图3—3管流中流速、流量、过流断面关系示意图流量、流速与过流断面之间的关系如下： 以水在管道中流动为例，如图3—3所示，在管段上取过流断面1—1，如果在单位时间内水从断面1—1流到断面2—2，那么断面1—1和断面2—2所包围的管段的体积即为单位时间内通过过流断面1—1时水的流量q v，而断面1—1和断面2—2之间的距离就是单位时间内水流所通过的路程，即流速。 由上可知，流量、流速和过流断面之间的关系式为 q v=vA (3—1) 式(3—1)叫做流量公式，它说明流体在管道中流动时，流速、流量和过流断面三者之间的相互关系，即流量等于流速与过流断面面积的乘积。如果在一段输水管道中，各过流断面的面积及所输送的水量一定，即在管道中途没有支管与其连接，既没有水流出，也没有水流入，那么管道内各过流断面的水流速度也不会变化；若管段的管径是
输水管道水力计算公式 1．常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ （1） 谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2） 海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852.1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中 h f -----------沿程损失，m λ----------沿程阻力系数 l -----------管段长度，m d-----------管道计算内径，m g-----------重力加速度，m/s 2 C-----------谢才系数 i------------水力坡降； R-----------水力半径，m Q-----------管道流量m/s 2 v------------流速 m/s C n -----------海澄―威廉系数 其中达西公式、谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中 ，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐 采用的水力计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式
3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。 舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用较广. 柯列勃洛可公式)Re 51.27.3lg(21 λ λ+?*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式，该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合，适用范围为4000 给水排水管道工程 课程设计指导书 环境科学与工程学院 第一部分城市给水管网水力计算程序及习题一、程序 #define M 18 #define N 6 #define ep 0.01 #include { Q[k]=Q[k]*sgn(io[k]); } ko=0; loop: for(k=0;k<=M-1;k++) { h[k]=10.67*pow(fabs(Q[k]),1.852)*l[k]; h[k]=h[k]/(pow(100,1.852)*pow(D[k],4.87))*sgn(Q[k]); } for(i=1;i<=N;i++) { f[i]=0;r[i]=0; dq[i]=0; for(k=0;k<=M-1;k++) { if(abs(io[k])!=i) goto map; f[i]=f[i]+h[k]; r[i]=r[i]+(h[k]/Q[k]); map: if( abs(jo[k])!=i) continue; f[i]=f[i]+h[k]*sgn(jo[i]); r[i]=r[i]+(h[k]/Q[k]); } dq[i]=-(f[i]/(r[i]*2)); } { if (fabs(f[N])<=ep) flag=1; } if (flag==1) goto like; 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0.1--0.6MPa，水在水管中流速在1--3米/秒，常取1.5米/秒。 流量=管截面积X流速=0.002827X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（m3/s） C ——Chezy糙率系数（m1/2/s） A ——断面面积（m2） 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 f——沿程水头损失（mm3/s） 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 ——管道流速（m/s） g ——重力加速度（m/s2） 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。 1.1 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 精品文档长距离输水管道水力计算公式的选用常用的水力计算公式：．1目前工程设计中普遍采用的管道水力计供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，: 算公式有DARCY）公式：达西（2v?l??h 1）（f g?d2 chezy）公式：谢才（v?C?R?i（2） 海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS）公式： 1.852?l?10.67Qh? 3）（f1.8524.87C?d h式中h------------沿程损失，m fλ―――沿程阻力系数 l――管段长度，m d-----管道计算内径，m 2 m/sg----重力加速度， C----谢才系数 i----水力坡降； R―――水力半径，m 2 m/sQ―――管道流量v----流速m/s C----海澄――威廉系数n其中大西公式，谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式 精品文档． 4．公式的适用范围： 3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截λ值的确定是水头损失计面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数算的关键，一般采用经验公式计算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。 -62舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10 m/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用教广. 1?2.51?lg()2??? (Δ为当量粗糙度,Re为雷诺数柯列勃洛可公式)是 3.7d??Re 根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式,该式实际上 精品文档． 精品文档8大量的试是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合,适用范围为4000 天然气由气田或气体处理厂进入输气干线，其流量和压力是稳定的。在有压缩机站的长输管道两站间的管段，起点与终点的流量是相同的，压力也是稳定的，即属于稳定流动。长输管道的末段，有时由于城镇用气量的不均衡，要承担城镇日用气量的调峰，则长输管道末段在既输气又储气、供气的条件下，它的起点和终点压力，以及终点流量二十四小时都是不同的，属不稳定流动(流动随时间而变)。天然气的温度在进入输气管时，一般高于(也可能低于)管道埋深处的土壤温度。并且随着起点到终点的压力降，存在焦耳-汤姆逊节流效应产生温降，但由于管道与周围土壤的热传导，随着天然气在管道的输送过程，天然气的温度会缓慢地与输气管道深处的地层温度逐渐平衡。所以天然气在输气干管中流动状态，也不完全是等温过程，为便于理解，我们先给出稳定流动下的水力计算基本公式，再介绍沿线温度分布规律和平均温度。 计算公式随地形条件差异而不同。 在平坦地带，由于气体密度低，对于输气管道任意两点间的相对高差小于200 m的管道，可视为水平输气管段。在稳定输送状态下，管道输送量与管道起、终点压力的函数关系如下： 式中Q——管道标准状态下的体积流量，m3/s； C——常数，按此处所取各参数单位时，C值为··s/kg； p1——计算管段起点压力，Pa； p2——计算管段终点压力，Pa； λ——水力摩阻系数； d——管道内直径，m； L——管道计算段长度，m； △*——天然气相对密度； T——管道中天然气平均温度，K； Z——管输平均压力与平均温度下天然气压缩系数。 在地形起伏较大地带，当输气管道沿线任意两点高差大于200m，位差对输气管道流量的影响就不能忽略不计了。在稳定输送状态下，非水平输气管段的基本流量公式为： 水力学教学辅导 第五章 有压管道恒定流 【教学基本要求】 1、了解有压管流的基本特点，掌握管流分为长管流动和短管流动的条件。 2、掌握简单管道的水力计算和测压管水头线、总水头线的绘制，并能确定管道内的压强分布。 3、了解复杂管道的特点和计算方法。 【内容提要和学习指导】 前面几章我们讨论了液体运动的基本理论，从这一章开始将进入工程水力学部分，就是运用水力学的基本方程（恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程）和水头损失的计算公式，来解决实际工程中的水力学问题。本章理论部分内容不多，主要掌握方程的简化和解题的方法，重点掌握简单管道的水力计算。 有压管流水力计算的主要任务是：确定管路中通过的流量Q ；设计管道通过的流量Q 所需的作用水头H 和管径d ；通过绘制沿管线的测压管水头线，确定压强p 沿管线的分布。 5.1 有压管道流动的基本概念 （1） 简单管道和复杂管道 根据管道的组成情况我们把它分为简单管道和复杂管道。直径单一没有分支而且糙率不变的管道称为简单管道；复杂管道是指由两根以上管道组成管道系统。复杂管道又可以分为串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流管和管网。 （2） 短管和长管 在有压管道水力计算中，为了简化计算，常将压力管道分为短管和长管： 短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道； 长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失，在计算中可以忽略的管 道为，一般认为（ ）＜（5~10）h f %可以按长管计算。 需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区分的。将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。但在不能判断流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前，按短管计算不会产生较大的误差。 5.2简单管道短管的水力计算 （1）短管自由出流计算公式 （5—1） 式中：H 0是作用总水头，当行近流速较小时，可以近似取H 0 = H 。 μ称为短管自由出流的流量系数。 j h g v ∑+22 02gH A c Q μ=μ= l 1 长距离输水管道水力计算公式的选用 1． 常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22**=λ （1） 谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2） 海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852 .1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中h f ------------沿程损失，m λ―――沿程阻力系数 l ――管段长度，m d-----管道计算内径，m g----重力加速度，m/s 2 C----谢才系数 i----水力坡降； R ―――水力半径，m Q ―――管道流量m/s 2 v----流速 m/s C n ----海澄――威廉系数 其中大西公式，谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式 4．公式的适用范围： 3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计 算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。 舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用教广. 柯列勃洛可公式 )Re 51 .27.3lg( 21 λ λ +?*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式,该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合,适用范围为4000城给水管网水力计算程序及例题
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