第三章第3章给水排水管网水力学基础要点.docx
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第三章第3章给水排水管网水力学基础要点
第3章给水排水管网水力学基础
3.1基本概念
3.2管渠水头损失计算
3.3非满流管渠水力计算
3.4管道的水力等效简化
3.1基本概念
3.1.1管道内水流特征
Re=ρvd/μ
3.1基本概念
3.1.2有压流与无压流
有压流:
水体沿流程整个周界与固体壁面接触,而无自由液面(压力流、管流)
无压流:
水体沿流程一部分周界与固体壁面接触,其余与空气接触,具有自由液面(重力流、明渠流)
3.1基本概念
3.1.3恒定流与非恒定流
恒定流:
水体在运动过程中,其各点的流速与压力不随时
间而变化,而与空间位置有关的流动称为恒定流
非恒定流:
水体在运动过程中,其流速与压力不与空间位
置有关,还随时间的而变化的流动称为非恒定流
3.1基本概念
3.1.4均匀流与非均匀流
均匀流:
水体在运动过程中,其各点的流速与方向沿流程
不变的流动称为均匀流
非均匀流:
水体在运动过程中,其各点的流速与方向沿流
程变化的流动称为非均匀流
3.1基本概念
3.1.5水流的水头与水头损失
水头:
指的是单位质量的流体所具有的能量除以重力加速度,一般用h或H表示,常用单位为米(m)
3.1基本概念
3.1.5水流的水头与水头损失
水头损失:
流体克服阻力所消耗的机械能
3.2管渠水头损失计算
3.2.1沿程水头损失计算
管渠的沿程水头损失常用谢才公式计算
对于圆管满流,沿程水头损失可用达西公式计算
R为过水断面的里半径,及过水断面面积除以湿周,圆管满流时R=0.25D
流体在非圆形直管内流动时,其阻力损失也可按照上述公式计算,但应将D以当量直径de来代替
3.2管渠水头损失计算
3.2.1沿程水头损失计算
C、λ与水流流态有关,一般采用经验公式或半经验公式计算。
1.舍维列夫公式
适用:
旧铸铁管和旧钢管满管湍流,水温10C0(压力管道)
将上述公式带入达西公式
2.海曾-威廉公式
适用:
较光滑圆管满流(压力管道)
将上述公式带入达西公式
3.柯尔勃洛克-怀特公式
适用:
各种湍流(压力管道)
4.巴甫洛夫斯基公式
适用:
明渠流、非满流管道
将上述公式带入谢才公式
5.曼宁公式
适用:
曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中y=1/6时的特例,适用于明渠或较粗糙的管道计算
将上述公式带入谢才公式
3.2管渠水头损失计算
3.2.1沿程水头损失计算
3.2管渠水头损失计算
3.2.1沿程水头损失计算
✓给水排水管道计算时水流流态均按照湍流考虑
✓给水排水管道用得最多的是圆管
✓给水排水管道计算一般按照恒定流考虑
✓如果管道截面在一定距离内不变且没有转弯和交汇,则管内流动按照均匀流考虑,水头损失按照沿程水头损失公式计算(谢才公式、达西公式);非均匀流(即管截面发生变化、转弯、汇合)采用局部水头公式计算
3.2.3局部水头损失计算
式中hm——局部水头损失,m;
ξ——局部阻力系数P50表3-4。
给水排水管网中局部水头损失一般不超过沿程水头损失的5%,常忽略局部水头损失的影响,不会造成大的计算误差。
3.3无压圆管的水力计算
计算时给出管径,可通过P52表3-5查出相应的过水断面积和水力半径
注意:
1.污水管道按照非满流计算,雨水管道和合流制管道按照满流计算
2.排水管的最小设计流速:
对于污水管当管径≤500mm,为0.7m/s;当管径>500mm,为0.8m/s
3.4非满流管渠的水力计算
非满流管渠内的水流状态基本上都处于阻力平方区,接近于均匀流,所以在非满流管渠的水力计算中都采用均匀流公式:
K称为流量模数
上述公式中谢才系数C如采用曼宁公式计算,则可写成
3.5管道的水力等效简化
水力等效简化原则:
简化后,等效的管网对象与原来的实际对象具有相同的水力特性。
1.串联
等效为一条直径为d,长度为l=l1+l2+…+ln的管道,管道中的流量相同
3.5管道的水力等效简化
水力等效简化原则:
简化后,等效的管网对象与原来的实际对象具有相同的水力特性。
1.并联
等效为并联管道的长度长度为,总流量等于各管道中的流量相加
3.5管道的水力等效简化
3.5.3局部水头损失计算的简化
将局部水头损失等效于一定长度的管道(称为当量管道长度ld)的沿程水头损失
即令其局部水头损失与当量管道长度的沿程水头损失相等(圆管满流)
课后习题
计算:
Ø圆形污水管道直径600mm,管壁粗糙系数n=0.014,管底坡度i=0.0024。
求最大设计充满度时的流速v和流量q
Ø已知某管道直径为700mm,长度800m,管壁粗糙系数n=0.013,管道上有45°弯头2个,直流三通3个,全开闸阀2个,输水流量为480L/s,计算沿程水头损失和局部水头损失
Ø某排水管道采用铸铁管,曼宁粗糙系数为0.014,设计流速为1m/s,水力坡度i=0.005,求其水力半径R和充满度及沿程阻力损失
Ø某排水管道粗糙系数n=0.014,设计流量195L/s,充满度为最大设计值,计算管径为600mm时的水力坡度i
◆在给水排水管网中,沿程水头损失一般与流速的多少次方成正比,为什么?
◆对于非满流而言,管渠的充满度越大过流能力越强吗,为什么?
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- 第三 给水 排水 管网 水力学 基础 要点