水力计算基础
第一篇水力计算基础
第一章水流运动形态及液体的物理性质
根据以下观点对水流运动形态进行分类：
1.根据水流运动要素（如流速、压力等）在时间和空间的变化状态，将水流分成不同的类型。
2.根据水流的内部结构及影响水流形态的内在因素进行分类。
3.根据水流局部发生的特殊水流现象进行分类。
第一节水流运动类型
水流流速：一般可分为瞬时流速u、时均流速ū、脉动流速u’及断面平均流速v。
压力：分为瞬时压力、时均压力、脉动压力。
本书中没有特别说明就是指时均值。
一．根据压力在空间的特征进行分类
无压流：凡过水断面的周界不全部被固体边界所限制，具有自由表面的水流。动力主要是重力（促使流动）。1个工程大气压为10t/m2。
有压流：水流充满封闭的固体边界，没有自由表面的水流。动力主要是压力（促使流动）。二．根据水流运动要素随时间变化进行分类
恒定流（又称稳定流）:流场中每一固定点的水流质点的运动要素（如时均速度、时均压力、密度等）不随时间而改变的水流。
非恒定流（又称非稳定流）:流场中每一固定点的水流质点的诸多要素中，至少有一个是随时间而改变的水流运动。（注：由于非恒定流中运动要素随时间变化，计算时比恒定流要复杂的多，因此当观察到水流运动要素虽然随时间变化，但变化不大，而忽略这种变化又对工程实践的精确度影响不大时，往往按恒定流处理。）
三．根据水流运动要素在空间上的变化进行分类
均匀流：各个过水断面中相应点(即位于同一流线上的点)的流速（包括大小和方向）相同的水流。
在恒定流情况下，离进口一段距离的过水断面大小及形状不变的直线管道中的水流。或离进口一段距离的过水断面大小和水深及表面糙率沿程不变的直线正坡长渠中的水流。
非均匀流：同一流线上的点流速沿程发生变化的水流。
非均匀流有两种，即渐变流和急变流。
渐变流就是一种流线之间近乎平行的水流，它的极限情况便是均匀流。满足两个条件：1.流线之间的夹角很小2.流线的曲率半径r很大或曲率很小。
渐变流中的过水断面可近似看作平面，动水压强在过水断面上按静水压强分布规律分布。急变流：不满足上述2个条件之一的水流。
一（二、三）度（元、维）流，就是假设水流要素只依赖于一（二、三）坐标描述，则称该水流为一（二、三）度（元、维）流。
流管：由无数流线组成的管状封闭面。
流束：充满于流管内的液体。
总流：将流束的过水断面扩大到全部流动的边界（如管道的管壁或河渠的岸壁渠底及水面）。（常用一元分析法去研究以流束或总流为对象的液流。）
第二节 水流内部流动
一．根据水流的内在结构分类：
层流：水流质点作有条不紊的线状运动，各层间互不混杂。 层流不存在流速和压力等水流运动要素的脉动量。
对于层流运动，水流各层间的切应力τ（即单位面积上的切力），可用牛顿液体内摩擦力定律来表示。即 τ = μ
dy
du
= -μdr du
式中：u ——距管轴r 处（即距离管壁y 处）的纵向流速（对于明渠流，即是距槽底y 处的
纵向流速）。
μ——水的粘滞性系数（见下表）。 紊流（湍流）：是由大小不同尺度的涡体（或漩涡）组成的，而且对时间和空间都是随机运动。
雷诺数（Re ）：反应水流的惯性力与粘滞力之比，是一个无量纲数。（Reynolds number ）
对管流：Re = ν
υd 对明渠：Re = ν
υR
式中：υ----过水断面平均流速 d -----管道直径 R------水力半径（R=
χ
ω
；ω为过水断面，χ为湿周=管道和渠槽横断面上固壁与水流接触部分的长度。过流断面上流体与固体壁面接触的周界线，称为湿周（Wetted Perimeter ） 常用χ（希腊字母）表示，湿周是过水断面的重要水力要素之一，湿周越大水流阻力及水头损失也越大。） ν------水的运动粘滞性系数 雷诺数是反应水流流态特性的一个量，当紊流过度到层流开始出现层流时的雷诺数称为下临界雷诺数（Re k ）。
对于圆管管流：Re k ≈2000
当Re=νυd
>2000时 紊流。 当Re=ν
υd
<2000时 层流。
对明渠水流：Re k ≈500 当Re=
ν
υR
>500时 紊流 温度/℃ 0
5
10
15
20
25
30
40
50
60
70
80
90
100
粘滞性系
数μ （公斤· 秒
/cm 2）×10-8
1.829
1.549
1.336
1.167
1.029
0.913
0.816
0.666
0.560
0.479
0.415
0.364
0.323
0.289
当 Re=
ν
υR
<500时 层流。 二．明渠水流中，可从水流所具有的动能和势能的对比，或从水流的流速与干扰波波速的对比来区分水流的流态。
(一)弗汝德数（Froude number ）：用Fr 表示，是判别急流和缓流的参数，它反应过水断面上水流具有的动能和势能的对比关系，一般表示为：Fr=
B
g ω
αυ
?.
对于矩形断面的明渠流：Fr=
h
g
?α
υ
式中：B 为水面宽 h 为水深
α为动能修正系数 g 为重力加速度。
当Fr =1时，水流为临界流，水流流速与干扰波的波速相等。
当Fr >1时，水流为急流，水流流速大于干扰波的波速，干扰波不能向上游传播。 当Rr <1时，水流为缓流，水流的流速小于干扰波的波速，干扰波可向上游传播。 （二）临界水深
水流为临界流时的水深，用h k 表示。 在小底坡情况下h k 可由下式求得：
K
k B g
Q 3
2
ωα=
对于矩形断面：=k h 3
2
g q α
式中：Q 为流量 q 为单宽流量
k ω为临界流时的过水断面
B k 为临界流时的水面宽度。
急流：当水深小于临界水深，Fr 大于1的水流。表现形态为：当水流遇到障碍物时，只引起局部的水面变化，而这种变化不向上游传播。
缓流：当水深大于临界水深，Fr 小于 1的水流。表现形态为：当水流遇到障碍物时，障碍物对水流的干扰可向上游传播，表现为上游水位壅高。
第三节几种局部水流现象
离解与漩涡：在水流运动过程中，由于边界发生急剧变化，主流脱离边界而运动，在主流与边界之间形成漩涡，这种局部的水流现象称为~~
水跃：水流由急流过度到缓流，水深由小于临界水深突然跃起到大于临界水深的局部水流现象。
水跌：水流由缓流过渡到急流，水深由大于临界水深过渡到小于临界水深，这种水面突然下跌的局部水流现象。
第四节 液体的物理性质
1.密度和重率
密度（ρ）：匀质液体的质量M 与体积W 的比值。即W
M
=
ρ 重率（γ）：液体的密度与重力加速度的乘积，或液体重量G 与液体体积的比值。 即
W G g =
=ργ
2.压缩性
压缩性：液体的体积随压力的增大而减小（也即是重率和密度随压力的增大而增大）。 体积弹性系数：ρ
ρ
ρ
ρ
υd dp
d dp E ==/
或dW dp W
W dW dp E -=-=)/(υ 式中：υE ——体积弹性系数 p ——压力
ρ——密度
W ——体积
体积压缩系数（压缩率）：体积弹性系数的倒数。它反应了液体的压缩性。 3.粘滞性
液体具有抵抗剪切变形的能力。
液体切应力τ的普遍表达式：m dn
du k )(0
+=ττ
式中：0τ、m ——分别为两个常数，它们随液体的性质不同而不同。 当0=τ，m=1，μ=k 时，为牛顿式液体，则上式变为dn
du
μτ=，即液体中的切应力与剪切变形的速度成正比。
式中：μ——液体的粘滞性系数
dn
du
——液体质点剪切变形速度，即沿与流速u 垂直的方向n 上的流速梯度。 若0=τ，1≠m ，则属于非牛顿式液体。
若0≠τ，并达到不可忽略的数值时，则液体进入或接近塑体的范围。
4.表面张力
是表现在液体周界面中任意曲线或直线上的拉应力。
表面张力系数 ：单位长度上的表面张力。水的表面张力见1-1-1.
由于表面张力的作用，弯曲液面会引起液体内部的附加压力。又因液面弯曲的方向不同，附加压力有正有负。
第二章 静水压力的计算 第一节 静水压强特性及分布规律
1.压强：单位面积上所受的压力。 压强的单位可以用三种方式表示：
单位面积上的力；用工程大气压表示；用水柱高度表示。
绝对压强：由于工程计算的需要，通常将包括大气压强的总压强称为~。 相对压强：不包括大气压强的称为~。 关系：p p p a ab +=
ab p ——绝对压强 a p ——大气压强 p ——相对压强
真空度：是以大气压强与绝对压强的差值来量度的。 2.静水压强的特性
特性一：静水压强垂直于受压面。
特性二：在同一点上，各个方向的静水压强的大小均相等。 3.静水压强的分布规律
重力作用下水静力学的基本方程：h p p a ab γ+= 相对压强：h p γ=
第二节 静水压强的计算
给水管网水力计算基础
给水管网水力计算基础 为了向更多的用户供水，在给水工程上往往将许多管路组成管网。管网按其形状可分为枝状[图1(a)]和环状[图1(b)]两种。 管网内各管段的管径是根据流量Q 和速度v 来决定的，由于v d Av Q )4/(2 π==所以管径v Q v Q d /13.1/4== π。但是，仅依靠这个公式还不能完全解决问题，因为在流 量Q 一定的条件下，管径还随着流速v 的变化而变化。如果所选择的流速大，则对应的管径就可以小，工程的造价可以降低；但是，由于管道内的流速大，会导致水头损失增大，使水塔高度以及水泵扬程增大，这就会引起经常性费用的增加。反之，若采用较大的管径，则会使流速减小，降低经常性费用，但反过来，却要求管材增加，使工程造价增大。 图 1管网的形状 (a)枝状管网；(b)环状管网 因此，在确定管径时，应该作综合评价。在选用某个流速时应使得给水工程的总成本(包括铺设水管的建筑费、泵站建筑费、水塔建筑费及经常抽水的运转费之总和)最小，那么，这个流速就称为经济流速。 应该说，影响经济流速的因素很多，而且在不同经济时期其经济流速也有变化。但综合实际的设计经验及技术经济资料，对于一般的中、小直径的管路，其经济流速大致为： ——当直径d ＝100~400mm ，经济流速v ＝0.6-1.0m/s ； ——当直径d>400mm ，经济流速v=1.0~1.4m/s 。 一、枝状管网 枝状管网是由多条管段而成的干管和与干管相连的多条支管所组成。它的特点是管网内任一点只能由一个方向供水。若在管网内某一点断流，则该点之后的各管段供水就有问题。因此供水可靠性差是其缺点，而节省管料，降低造价是其优点。 技状管网的水力计算．可分为新建给水系统的设计和扩建原有给水系统的设计两种情况。 1．新建给水系统的设计 对于已知管网沿线的地形资料、各管段长度、管材、各供水点的流量和要求的自由水头(备用水器具要求的最小工作压强水头)，要求确定各管段管径和水塔水面高度及水泵扬程的计算，属于新建给水系统的设计。 自由水头由用户提出需要，对于楼房建筑可参阅下表。 建筑物层数 1 2 3 4 5 6 7 8 自由水头Hz （m ） 10 12 16 20 24 28 32 36 这一类的计算，首先应从各管段末端开始，向水塔方向求出各管段的流量，然后选用经
蜗壳及尾水管的水力计算
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
智慧树知到《工程水力计算》章节测试含答案
智慧树知到《工程水力计算》章节测试含答案 第一章单元测试 1、水在标准状态下，密度是（）。 A.9800 kg/m3 B.1000 kg/m3 C.98kg/m3 D.1kg/m3 正确答案：1000 kg/m3 2、水银的容重是（）。 A.9.8KN/ m3 B.9800KN/ m3 C.133.3KN/ m3 D.13600KN/ m3 正确答案：133.3KN/ m3
3、连续介质概念提出者是（）。 A.欧拉 B.拉格朗日 C.谢才 D.曼宁 正确答案：欧拉 4、理想液体与实际液体最主要的区别是考虑不考虑（）。 A.惯性 B.万有引力 C.压缩性 D.粘滞性 正确答案：粘滞性 5、1升水的重量是（）。 A.9.8N B.9.8KN
C.1N D.1000N 正确答案：9.8N 6、1升水的质量是（）。 A.1kg B.1000kg C.9.8kg D.9800kg 正确答案：1kg 7、液体的基本特性是（）。 A.易流动 B.不易压缩 C.易结冰 D.连续介质 正确答案：易流动;不易压缩;连续介质
8、汽油的密度比水大。（） A.对 B.错 正确答案：错 9、静止的液体就是理想液体。（） A.对 B.错 正确答案：对 10、水利工程中一般不考虑水的表面张力特性。（） A.对 B.错 正确答案：对 第二章单元测试 1、一个工程大气压相当于（）m水柱高。 A.9.8
B.10 C.98 D.1000 正确答案：10 2、液体中某点的真空度为1m水柱，则该点的相对压强为（）。 A.9.8 kN/m2 B.-9.8kN/m2 C.1 kN/m2 D.-1 kN/m2 正确答案：-9.8kN/m2 3、图示容器中，液面压强与当地大气压的关系是（）。 A. B. C. D.
枝状管网水力计算
9）4.10 3.88 单定压节点树状管网水力分析 某城市树状给水管网系统如图所示,节点(1)处为水厂清水池,向整个管网供水,管段[1]上设有泵站,其水力特性为:s p1=311、1(流量单位:m 3/S,水头单位:m),h e1=42、6,n=1、852。根据清水池高程设计,节点(1)水头为H1=7、80m,各节点流量、各管段长度与直径如图中所示,各节点地面标高见表,试进行水力分析,计算各管段流量与流速、各节点水头与自由水压。 以定压节点(1)为树根,则从离树根较远的节点逆推到离树根较近的节点的顺序就是:(10),(9),(8),(7),(6),(5),(4),(3),(2);或(9),(8),(7),(10),(6),(5),(4),(3),(2);或(5),(4),(10),(9),(8),(7),(6),(3),(2)等,按此逆推顺序求解各管段流量的过程见下表。 ,即: q 1+Q 1=0,所以,Q 1=- q 1=-93、21(L/s) 根据管段流量计算结果,计算管段流速及压降见表。计算公式与算例如下: 采用海曾威廉-公式计算(粗糙系数按旧铸铁管取C w =100)
管道摩阻系数 管段水头损失 泵站扬程按水力特性公式计算: 管段编号［1］［2］［3］［4］［5］［6］［7］［8］［9］ 管段长度(m) 600 300 150 250 450 230 190 205 650 管段直径(mm) 400 400 150 100 300 200 150 100 150 管段流量(L/s) 93、21 87、84 11、04 3、88 60、69 18、69 11、17 4、1 11、26 管段流速(m/s) 0、74 0、70 0、63 0、49 0、86 0、60 0、63 0、52 0、64 管段摩阻系数109、72 54、86 3256、05 39093、49 334、04 1229、92 4124、33 32056、66 14109、56 水头损失(m) 1、35 0、61 0、77 1、34 1、86 0、77 1、00 1、22 3、48 泵站扬程(m) 38、76 0 0 0 0 0 0 0 0 管段压降(m) -37、41 0、61 0、77 1、34 1、86 0、77 1、00 1、22 3、48 以定压节点(1)为树根,则从离树根较近的管段顺推到离树根较远的节点的顺序就是:［1］,［2］,［3］,［4］,［5］,［6］,［7］,［8］,［9］; 或［1］,［2］,［3］,［4］,［5］,［9］,［6］,［7］,［8］; 或［1］,［2］,［5］,［6］,［7］,［8］,［9］,［3］,［4］等,按此顺推顺序求解各定流节点节点水头的过程见下表。 步骤树枝管段号管段能量方程节点水头求解节点水头(m) 1 ［1］H 1-H 2 =h 1 H 2 =H 1 -h 1 H 2 =45、21 2 ［2］H 2-H 3 =h 2 H 3 =H 2 -h 2 H 3 =44、60 3 ［3］H 3-H 4 =h 3 H 4 =H 3 -h 3 H 4 =43、83 4 ［4］H 4-H 5 =h 4 H 5 =H 4 -h 4 H 5 =42、49 5 ［5］H 3-H 6 =h 5 H 6 =H 3 -h 5 H 6 =40、63 6 ［6］H 6-H 7 =h 6 H 7 =H 6 -h 6 H 7 =39、86 7 ［7］H 7-H 8 =h 7 H 8 =H 7 -h 7 H 8 =38、86 8 ［8］H 8-H 9 =h 8 H 9 =H 8 -h 8 H 9 =37、64 9 ［9］H 6-H 10 =h 9 H 10 =H 6 -h 9 H 10 =34、16 节点编号i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 地面标高(m) 9、80 11、50 11、80 15、20 17、40 13、30 12、80 13、70 12、50 15、00 节点水头(m) 7、80 45、21 44、60 43、83 42、49 40、63 39、86 38、86 37、64 34、16 自由水头(m) —33、71 32、80 28、63 25、09 27、33 27、06 25、16 25、14 19、16
PPR水力计算表
建筑给水聚丙烯管道(PP—R)应用技术规程 前言 建筑给水聚丙烯管道(PP—R)是国际上九十年代发展起来的化学建材，它与钢管、铜管相比，具有卫生、质轻、耐压、耐腐蚀、阻力小、隔热保温、连接方便可靠、使用寿命长、废料可回收利用等特点，可广泛用于冷、热水供应系统和纯净水系统，有良好的推广应用前景和显著的社会效益、经济效 益。 本规程是参照国外有关资料和上海市建筑产品推荐性应用标准《建筑给水聚丙烯管道(PP—R)工程技术规程》DBJ／CT501—99基础上编制的。由于经验有限，难免有不足之处，有待在实践中不断完 善。在使用中如有意见和建议，请寄至：广东省南海市松岗镇沙水工业区，南海市彩虹塑胶实业有限公司，邮政编码528234，以便修订时采用。 本规程编写单位及起草人名单如下： 主编单位：广州市建设委员会广东省土木建筑学会广东省给排水技术专业委员会 参编单位：南海市彩虹塑胶实业有限公司广西省土木建筑学会 主要起草人：曲申酉、李大鹏、何枫，郭秀英 参加起草人：劳锦华、陈永昌、杜吉军、张海忠、刘勇、余敏 第一章总则 1．0．1 为了使建筑给水系统中采用聚丙烯管道的工程，在设计、施工及验收中做到技术先进、安全卫生、经济合理、保证质量，特制订本规程。 1．0．2 本规程适用于各种民用建筑和工业建筑中生活给水、生活热水和饮用洁净水的管道系统的设计、施工及验收。本规程规定的系统工作压力不大于0．6MPa，水温不大于70℃。 1．0．3 聚丙烯管道不得用作消防管道。聚丙烯管道用于输送化工流体介质时，应探讨其化学稳定性，应参考有关资料或做试验确定。
1．0．4 本规程采用的聚丙烯管材、管件的规格、尺寸及性能，均应符合南海市彩虹塑胶实业有限公司产品企业标准Q／CHl.1— 1999、Q／CHl.2—1999的要求，该企业标准中管材等同采用德国工业标准 DIN8077—1996及DIN8078—1996中第三类型管的要求。管件等同采用德国工业标准DINl6962E中第5、6、7、8部分的规定。 1．0．5给水聚丙烯管道工程的设计、施工及验收，除执行本规程外，还应符合国家有关标准、规范的规定。 第二章术语 2．0．1 热熔连接由相同热塑性塑料制作的管材与管件互相连接时，采用专用热熔机具将连接部位表面加热，连接接触面处的本体材料互相熔合，冷却后连接成为一个整体。热熔连接有对接式热熔连接、承插式热熔连接和电熔连接。 2．0．2 公称压力管材在介质温度为20℃，使用期限为50年，以MPa为单位的允许压力称为公称压力。 2．0．3 允许压力在某一介质温度下，对应一定的使用年限，管道系统可以承受的最大压力，称为允许压力。 2．0．4 工作压力为确保管道系统在使用期限内安全运行，各公称压力等级的管道，将其允许压力乘以安全系数后确定的压力，称为工作压力。 2．0．5 自然补偿利用管道敷设中自然存在的曲折或加设的曲折，吸收管道因温差产生的变形，称为自然补偿。 2．0．6 自由臂自然补偿时，利用折角管段的悬臂位移，吸收管道自固定点起至转弯处的伸缩变形，该对应的转弯管段称为自由臂。 2．0．7 电熔连接由相同的热塑性塑料管道连接时，插入特制的电熔管件，由电熔连接机具对电熔管件通电，依靠电熔管件内部预先埋设的电阻丝产生所需要的热量进行熔接，冷却后管道与电熔管件连接成为一个整体。 2．0．8 法兰连接件由金属法兰盘及PP—R过渡接头组成，过渡接头与管材用热熔连接套入法兰盘形成法兰连接件。法兰连接件是PP—R管道法兰连接的专用型式，构造示意图如下：
给水管网水力计算
第1章建筑内部给水系统1.7给水管网的水力计算
1.7.1确定管径求得各管段的设计秒流量后，根据流量公式即可求定管径： 式中q j ——计算管段的设计秒流量，m 3/s ；d ——计算管段的管内径，m ； v ——管道中的水流速，m/s 。 建筑物内的给水管道中不同材质管径流速控制范围可按 不同材质管径流速控制范围表选取。但最大不超过2m/s 。v d q g 42π=v q d g π4=不同材质管径 流速控制范围表 点击查看
1.7.2给水管网和水表水头损失的计算１. 给水管道的沿程水头损失 式中h y——沿程水头损失，kPa； L ——管道计算长度，m； i——管道单位长度水头损失，kPa/m，按下式计算：
后退前进返回本章总目录返回本书总目录 式中i ——管道单位长度水头损失，kPa/m ； d j ——管道计算内径，m ； q g ——给水设计流量，m 3/s ； C h ——海澄-威廉系数： 塑料管、内衬（涂）塑管C h = 140； 铜管、不锈钢管C h = 130 ；衬水泥、树脂的铸铁管C h = 130； 普通钢管、铸铁管C h = 100。 i 1.７给水管网的水力计算 1.7.2给水管网和水表水头损失的计算
1.7.2给水管网和水表水头损失的计算 ２. 生活给水管道的局部水头损失 管段的局部水头损失计算公式式中h j ——管段局部水头损失之和，kPa ； ζ ——管段局部阻力系数； v ——沿水流方向局部管件下游的流速，m/s ； g ——重力加速度，m/s 2。 ∑=g v h j 22 ζ
1.7.2给水管网和水表水头损失的计算 根据管道的连接方式，采用管（配）件当量长度计算法 管（配）件当量长度： 螺纹接口的阀门及管件的摩阻损失当量长度，见阀门和螺 纹管件的摩阻损失的当量长度表。 管（配）件产生的局部水头损失大小同管径某一长度管道 产生的沿程水头损失 则：该长度即为该管（配）件的当量长度。 等于阀门和螺纹管件的摩阻损失的 当量长度表点击查看
溢流坝水力计算说明书
溢流坝水力计算说明书 基本资料见《任务指导书》 一、 按明渠均匀流计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线 （1） 由《资料》可知，坝址处河道断面为矩形断面 （2） 计算公式（按明渠均匀流计算，即谢才公式计算）： V=C Ri Q=AC Ri C=n 1 R 6/1 A=bn X=b+2h R= X A （3） 计算（五十年一遇Q 和一百年一遇Q 相对应的水深，采用迭代法计算 水深，即矩形断面迭代公式为：b h b i nQ h 5 /25 /3) 2()( += a 、迭代法计算五十年一遇 Q=12503m /s 的水深h 将已知数据代入公式（Q=12503m /s ，i=0.001,n=0.04，b=52m ）得： 52 )2.52() 001 .0125004.0( 5 /35 /3h h +?= 首先设水深h 01=0,代入上式，则得h 02=7.759,再将h 02代入上式得h 03=8.613,用同种方法可有：h 04=8.699,h 05=8.708,h 06=8.709,h 07=8.709,综上所述最后得h=8.709m. b 、用迭代法计算一百年一遇Q=14003m /s 相对应水深h 如a 所示，用同种方法可解得一百年一遇Q=14003m /s 相对应水深h=9.395m. (4)计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线 (图一):溢流坝剖面图
下游河道水位与流量关系计算表 （表一） （图二）
二、 确定溢流堰得堰顶高程并溢流面剖面 （1） 坝顶高程的确定（参考例8-5） a 、 坝上水头H 0计算: 3/2)2( 0g mB Q H σε= 计算：1、初步估算 H 0可假定H O ≈H,由于侧收缩系数与上游作用水头有关，侧可先假设侧收缩系数ε，求出H ，再校核侧收缩系数的值。因堰顶高程和水头H0未知，先按自由出流计算，取σ=1.0，然后再校核。由题意可知Q=12503m /s ,设ε=0.90，则; 3/2)8 .9285502.090.00.11250 (0??????=H =6.25(m) 2、计算实际水头H 。查课本教材8-13及8-14表得边墩形状系数为0.7，闸门形状系数为0.45，因825.60= b H <0,应按b H 0 计算。 ε=1-0.2[][]923.08 525 .645.0)15(7.02.0100)1(=???-+?-=-+nb H n k ξξ 用求得的ε近似值代入上式重新计算H 0 )(145.6)8 .9285502.0923.00.11250 (03/2m H =??????= 又因 0.10 城给水管网水力计算程序及例题
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
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; for(k=0;k<=M-1;k++) { p=abs(io[k]);q=abs(jo[k]); Q[k]=Q[k]+dq[p]+(dq[q]*sgn(jo[k])); } ko=ko+1; if(flag==0) goto loop; like: printf("\n\n"); for(i=1;i<=N;i++) {printf("%f\n",f[i]);} printf("ep=%f\n",0.01); printf("n=%d,m=%d,ko=%d\n",N,M,ko); for(k=0;k<=M-1;k++) { printf("%d)",k+1);
(完整版)水力计算
室内热水供暖系统的水力计算 本章重点 ? 热水供热系统水力计算基本原理。 ? 重力循环热水供热系统水力计算基本原理。 ? 机械循环热水供热系统水力计算基本原理。 本章难点 ? 水力计算方法。 ? 最不利循环。 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式 当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件 ( 如阀门、弯头、三通、散热器等 ) 时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要损失能量。前者称为沿程损失，后者称为局部损失。因此，热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示： Δ P ＝Δ P y + Δ P i ＝R l + Δ P i Pa 〔 4 — 1 〕 式中Δ P ——计算管段的压力损失， Pa ；
Δ P y ——计算管段的沿程损失， Pa ； Δ P i ——计算管段的局部损失， Pa ； R ——每米管长的沿程损失， Pa ／ m ； l ——管段长度， m 。 在管路的水力计算中，通常把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段组成的。 每米管长的沿程损失 ( 比摩阻 ) ，可用流体力学的达西．维斯巴赫公式进行计算 Pa/m （ 4 — 2 ） 式中一一管段的摩擦阻力系数； d ——管子内径， m ； ——热媒在管道内的流速， m ／ s ； 一热媒的密度， kg ／ m 3 。 在热水供暖系统中推荐使用的一些计算摩擦阻力系数值的公式如下： ( — ) 层流流动 当 Re ＜ 2320 时，可按下式计算；
长距离输水水力计算
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 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 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; 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。 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; 管网水力计算 ?管网水力计算都是新建管网的水力计算。 ?对于改建和扩建的管网，因现有管线遍布在街道下，非但管线太多，而且不同管径交接，计算时比新设计的管网较为困难。其原因是由于生活和生产用水量不断增长，水管结垢或腐蚀等，使计算结果易于偏离实际，这时必须对现实情况进行调查研究，调查用水量、节点流量、不同材料管道的阻力系数和实际管径、管网水压分布等。 1§树状网计算 树状网特点 1)管段流量的唯一性 ?无论从二级泵站起顺水流方向推算或从控制点起向二级泵站方向推算，只能得出唯一的管段流量，或者可以说树状网只有唯一的流量分配。每一节点符合节点流量平衡条件q i+∑q ij＝0 2)干线与支线的区分 ?干线：从二级泵站到控制点的管线。一般是起点（泵站、水塔）到控制点的管线，终点水压已定，而起点水压待求。 ?支线：起点的水压标高已知，而支线终点的水压标高等于终点的地而标高与最小服务水头之和。 ?划分干线和支线的目的在于两者确定管径的方法不同： ?干线——根据经济流速 ?支线——水力坡度充分利用两点压差? ? ? ??=D v f i 【例】某城市供水区用水人口5万人，最高日用水量定额为150L／(人·d)，要求最小服务水头为16m。节点4接某工厂，工业用水量为400m3/d，两班制，均匀使用。城市地形平坦，地面标高为5.00m，管网布臵见图。 水泵水塔 01 2 3 48 5 67 450 300 600 205 650 总用水量 ?设计最高日生活用水量： 50000×0.15=7500m3/d=312.5m3/h=86.81L/s ?工业用水量： 两班制，均匀用水，则每天用水时间为16h 工业用水量（集中流量）=400/16=25m3/h=6.94L/s ?总水量： ∑Q=86.81+6.94=93.75L/s 市政给水管网水力计算问题研究 摘要：目前市场上出现的排水给水管材的规格和类别非常多，这给水力计算带来了很大的麻烦。以往管理给水管网时基本属于经验式管理，存在科学性差。随着测流点、测压点在市政给水管网中的设置，管网建模逐渐进入了实用化阶段。通过介绍给水管网模型，介绍管网水力计算方程的研究问题。 关键词：水力计算；市政给排水；建模 在市政给水管网的设计中，水力计算是管网设计的计算基础。根据管网形状和管材不同，采用的参数或公式就不同。随着管材市场的不断发展，目前市场上出现的给水排水水管的规格和类别越来越多，这给水力计算带来了很大的麻烦。虽然有设计给水排水管道的相关设计手册中规定了针对各种管材的水力计算公式，但是还是不能够满足日益增多的管材规格，另外在查算时也非常不方便。在目前的管网设计中，通常通过建立微观管网模型来获取动态水力信息，进而进行水力计算，但是由于技术限制，这种方法在使用过程中受到限制。因此探究市政给水管网水力计算研究问题具有非常重要的意义。 供水管网模型 就目前研究的供水管网模型类型来看，管网模型的类型包括了宏观和微观两种管网模型。建立管网宏观模型时运用回归计算的方法，运用此方法的前提是基于大量的运行数据以及模型服从管网流量“比例负荷”。通过这种计算方法，能够建立控制点压力分布以及在管网中各个水厂的供水压力的函数关系。由于建立宏观模型是建立在统计的回归模型上，它的计算速度非常快，所以这种建模方法通常用在给水系统模块调度中，而在扩建、改建或者新建给水管网模块中并不适合。根据实际的管网情况，管网中的管段、水泵以及阀门等全部的元素，不通过简化处理而建立的模型即为微观模型。通过解环方程、解节点方程以及解管段方程能够将管网中节点以及管段的信息。通过建立微观模型能够将给水管网中水力的全部运行状态准确表达出来，其重点表达的是水力实时状态和信息。由于受到技术限制，一些管道的基础参数和拓扑关系的完整性很难获取，尤其是受到设备的限制，不能准确地将管网节点流量的动态数据准确获取。所以不能直接建立微观模型，必须将管网通过简化处理，利用简化后的管网进行水利计算。 管网水力计算方程 在管网设计中，水力计算是基础，也是分析管网中动态工况以及模拟管网系统的基础。进行管网水力计算的基础任务是在已知管网管径以及水管流量的前提下，求出各个管段的流量，用qij表示，并计算出水压（H）、流量（Q），同时各个节点的水压也需要计算出来。计算管网的基础方程包括回路方程、压降方程以及节点方程等。 给水管网水力计算基础-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 给水管网水力计算基础 为了向更多的用户供水，在给水工程上往往将许多管路组成管网。管网按其形状可分为枝状[图1(a)]和环状[图1(b)]两种。 管网内各管段的管径是根据流量Q 和速度v 来决定的，由于 v d Av Q )4/(2π==所以管径v Q v Q d /13.1/4==π。但是，仅依靠这个公式还不能完全解决问题，因为在流量Q 一定的条件下，管径还随着流速v 的变化而变化。如果所选择的流速大，则对应的管径就可以小，工程的造价可以降低；但是，由于管道内的流速大，会导致水头损失增大，使水塔高度以及水泵扬程增大，这就会引起经常性费用的增加。反之，若采用较大的管径，则会使流速减小，降低经常性费用，但反过来，却要求管材增加，使工程造价增大。 图 1管网的形状 (a)枝状管网；(b)环状管网 因此，在确定管径时，应该作综合评价。在选用某个流速时应使得给水工程的总成本(包括铺设水管的建筑费、泵站建筑费、水塔建筑费及经常抽水的运转费之总和)最小，那么，这个流速就称为经济流速。 应该说，影响经济流速的因素很多，而且在不同经济时期其经济流速也有变化。但综合实际的设计经验及技术经济资料，对于一般的中、小直径的管路，其经济流速大致为： ——当直径d ＝100~400mm ，经济流速v ＝-1.0ms ； ——当直径d>400mm ，经济流速v=~1.4m/s 。 一、枝状管网 枝状管网是由多条管段而成的干管和与干管相连的多条支管所组成。它的特点是管网内任一点只能由一个方向供水。若在管网内某一点断流，则该点之后的各管段供水就有问题。因此供水可靠性差是其缺点，而节省管料，降低造价是其优点。 技状管网的水力计算．可分为新建给水系统的设计和扩建原有给水系统的设计两种情况。 1．新建给水系统的设计 对于已知管网沿线的地形资料、各管段长度、管材、各供水点的流量和要求的自由水头(备用水器具要求的最小工作压强水头)，要求确定各管段管径和水塔水面高度及水泵扬程的计算，属于新建给水系统的设计。 自由水头由用户提出需要，对于楼房建筑可参阅下表。 表 自由水头Hz 值 在《供热工程》P97和P115有下面两段话：可以看出对于单元立管平均比摩阻的选择需要考虑重力循环自然附加压力的影响，试参照下面实例，分析对于供回水温60/50℃低温热水辐射供暖系统立管比摩阻的取值是多少？ 实例： 附件6.2关于地板辐射采暖水力计算的方法和步骤（天正暖通软件辅助完成） 6.2.1水力计算界面： 菜单位置：【计算】→【采暖水力】（cnsl）菜单点取【采暖水力】或命令行输入“cnsL”后，会执行本命令，系统会弹出如下所示的对话框。 功能：进行采暖水力计算，系统的树视图、数据表格和原理图在同一对话框中，编辑数据的同时可预览原理图，直观的实现了数据、图形的结合，计算结果可赋值到图上进行标注。 快捷工具条：可在工具菜单中调整需要显示的部分，根据计算习惯定制快捷工具条容；树视图：计算系统的结构树；可通过【设置】菜单中的【系统形式】和【生成框架】进行设置； 原理图：与树视图对应的采暖原理图，根据树视图的变化，时时更新，计算完成后， 可通过【绘图】菜单中的【绘原理图】将其插入到dwg中，并可根据计算结果进行标注；数据表格：计算所需的必要参数及计算结果，计算完成后，可通过【计算书设置】选择容输出计算书； 菜单：下面是菜单对应的下拉命令，同样可通过快捷工具条中的图标调用； [文件] 提供了工程保存、打开等命令； 新建：可以同时建立多个计算工程文档； 打开：打开之前保存的水力计算工程，后缀名称为.csl； 保存：可以将水力计算工程保存下来； [设置] 计算前，选择计算的方法等； [编辑] 提供了一些编辑树视图的功能； 对象处理：对于使用天正命令绘制出来的平面图、系统图或原理图，有时由于管线间的连接处理不到位，可能造成提图识别不正确，可以使用此命令先框选处理后，再进行提图； [计算] 数据信息建立完毕后，可以通过下面提供的命令进行计算； [绘图] 可以将计算同时建立的原理图，绘制到dwg图上，也可将计算的数据赋回到原图上； [工具] 设置快捷命令菜单； 6.2.2采暖水力计算的具体操作： 1.下面以某住宅楼为例进行计算：住宅楼施工图如下： 水工隧洞水力计算的内容，一般有：泄流能力计算、水头损失计算、绘制压坡线（有压流）、水面线的计算（无压流）。 1、泄流能力 水工隧洞泄流能力计算，分有压流和无压流两种情况。实际工程中，多半是根据用途先拟定隧洞设置高程及洞身断面和孔口尺寸，然后通过计算校核其泄流量。若不满足要求，再修改断面或变更高程，重新计算流量，如此反复计算比较，直至满意为止。 （1）有压流的泄流能力 有压流的泄流能力按公式（1）计算： 02gH A Q μ= (1) 式中Q ——泄流量； μ——流量系数； A ——隧洞出口断面面积； g ——重力加速度。 g H H 220 0υ+= 式中 H ——出口孔口静水头； g 220υ——隧洞进口上游行近流速水头。 流量系数μ随出流条件不同而略有差异，自由出流和淹没出流分别按公式（2）和 公式（3）计算： ∑∑???? ??+???? ? ?+= 222211i j i j j j A A R C gl A A ζμ (2) ∑∑???? ??+???? ??+???? ??= 2222221i I I i J j A A R C gl A A A A ζμ (3) 式中 A ——隧洞出口断面面积； A 2——隧洞出口下游渠道过水断面面积； ζj ——局部水头损失系数； A j ——与ζj 相应流速之断面面积； L i 、A i 、R i 、C i ——某均匀洞段之长度、面积、水力半径和谢才系数。 上述泄流能力计算公工适用于有压泄水隧洞，对发电的有压引水隧洞，其过流能力决定于机组设计流量，即流量为已知，要求确定洞径。 （2）无压流的泄流能力 无压泄水隧洞的洞身底坡常大于临界坡度，洞内水流呈急流状态，其泄流能力不受洞长影响，而受进口控制，若进口为深孔有压短管，仍可按公式(2)和公式(3)计算，而忽略 第2章建筑内部给水系统 2.4给水管网的水力计算 在求得各管段的设计秒流量后，根据流量公式，即可求定管径： 给水管网水力计算的目的在于确定各管段管径、管网的水头损失和确定给水系统的所需压力。 υπ42d q g =πυg q d 4=式中 q g ——计算管段的设计秒流量，m 3/s ； d j ——计算管段的管内径，m ； υ——管道中的水流速，m/s 。 （2-12） 当计算管段的流量确定后，流速的大小将直接影响到管道系统技术、经济的合理性，流速过大易产生水锤，引起噪声，损坏管道或附件，并将增加管道的水头损失，使建筑内给水系统所需压力增大。而流速过小，又将造成管材的浪费。 考虑以上因素，建筑物内的给水管道流速一般可按表2-12选取。但最大不超过2m/s。 工程设计中也可采用下列数值： DN15~DN20，V =0.6~1.0m/s ；DN25~DN40，V =0.8~1.2m/s 。 生活给水管道的水流速度 表2-12 2.4.2 给水管网和水表水头损失的计算 2.4.2 给水管网和水表水头损失的计算 给水管网水头损失的计算包括沿程水头损失和局部水头损失两部分内容。 １. 给水管道的沿程水头损失 （2-13）——沿程水头损失，kPa； 式中 h y L——管道计算长度，m； i——管道单位长度水头损失，kPa/m，按下式计算： 2.4 给水管网的水力计算 2.4.2 给水管网和水表水头损失的计算 式中i——管道单位长度水头损失， kPa/m ； d j ——管道计算内径，m； q g——给水设计流量，m3/s； C h ——海澄-威廉系数： 塑料管、内衬（涂）塑管C h = 140； 铜管、不锈钢管C h = 130； 衬水泥、树脂的铸铁管C h = 130； 普通钢管、铸铁管C h = 100。 （2-14）城给水管网水力计算程序及例题
给水排水管道系统水力计算
城给水管网水力计算程序及例题
给水管网水力计算
市政给水管网水力计算问题研究
给水管网水力计算基础
采暖系统水力计算
水工隧洞水力计算
02-4给水管网的水力计算