水力计算基础

hf
kq
n
Dm
n
l
式中 k、n、m——指数公式参数； a——比阻，即单位管长的摩
h f aq l h f s f qn
a 阻系数，
k Dm
;
kl D
m
s f — —摩阻系数，s f al
。
2．局部水头损失公式的指数形式为：
hm s m q
n
式中 Sm——局部阻力系数；
3．沿程水头损失与局部水头损失之和
管网简化：利用水力等效简化原理 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。
3．4．1 串联或并联管道的简化
1．串联
hf kq n
kq n dm
l
N kq n l i l m dm d i 1 i 1 N li d (l / )m m d i 1 i
hg hm h f (sm s f )q s g q
式中 Sg——管道阻力系数； s g
。
n
n
sm s f
3．3 非满流管渠水力计算 h 水力计算目的：确定 q、v、D、 、i之间的水力关系。 D
3．3．1非满流管渠水力计算公式 1．非满流管渠水力计算公式
2 D2 h D h h h 1 A＝A（D，h / D）＝ cos (1 2 ) (1 2 ) (1 ) 4 D 2 D D D
v 1.2m/s
v 1.2m/s
2 0.00107v l 1.3 D hf 0.3 2 0.000912v 0 . 867 1 l v D1.3
v 1.2m/s
v 1.2m/s
2．海曾－威廉公式
适用：较光滑圆管满流紊流（给水管道）

4. 巴甫洛夫斯基公式 适用：明渠流、非满流排水管道
R C＝ nB
y
式中 y 2.5 nB 0.13 0.75 R ( nB 0.10) nB 巴甫洛夫斯基公式粗糙系数。 hf nB v R
2 2 2 y 1
l
5．曼宁公式
曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中y=1/6时
v2 v2 Z , 忽略 2g 2g P
v C Ri
i
v2 C2R
水头损失：流体克服流动阻力所消耗的
沿程水头损失 机械能 局部水头损失
3．2 管渠水头损失计算 3．2．1 沿程水头损失计算
管渠沿程水头损失用谢才公式
v C Ri
i
v2 C2R
h f il
2
1
AR 3 I 2
nM
――非满流管渠水力计算基本公式
v、q、D、h/D、I五个变量，已知三个，求另两 个。
简化： 水力计算表，按两个公式制成图表。简单，精
度较差，且只适用于一种管材。
借助满流水力计算公式并通过一定的比例变换
进行计算。假设一条满流管渠与待计算的非满 流管渠具有相同的D和I，满流时，
2 3 2 ) 3 ＝f 3(
h
D
)
R v h ) ＝ ＝ f ( 4 D vo R o
3．3．2 非满流管渠水力计算方法
1．常采用水力计算图或表进行计算
水力计算图适用于混凝土及钢筋混凝土管道， 其粗糙系数 n＝0.014。每张图适用于一个指定的
管径。图上的纵座标表示坡度 I，即是设计管道
的特例，适用于明渠或较粗糙的管道计算。
C
6R
nM
式中 n M －曼宁粗糙系数，与巴甫洛夫斯基公式n B 相同。 hf
2 2 nM v
R 1.333
l或h f
2 2 10.29n M q
D 5.333
l
3．2．2 沿程水头损失计算公式的比较与选用

巴甫洛夫斯基公式适用范围广，计算精度也较高， 特别是对于较粗糙的管道，管道水流状态仍保持较 准确的计算结果，最佳适用范围为1.0≤e≤5.0mm； 曼宁公式亦适用于较粗糙的管道，最佳适用范围为 0.5≤e≤4.0mm； 海曾－威廉公式则适用于较光滑的管道，特别是当 e≤0.25mm（CW≥130）时，该公式较其它公式有较 高的计算精度； 舍维列夫公式在1.0≤e≤1.5mm之间给出了令人满意 的结果，对旧金属管道较适用，但对管壁光滑或特 别粗糙的管道是不适用的。



3．2．3 局部水头损失计算
v hm 2g
式中 hm——局部水头损失，m；
2
ξ——局部阻力系数。
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。
3．2．4水头损失公式的指数形式
有利于管网理论分析，便于计算机程序设计。 1．沿程水头损失公式的指数形式为：
第3章 给水排水管网
水力学基础
3.1 给排水管网水流特征
3．1．1 流态特征
Re 2000 层流： 1.流态过渡流 : 2000 Re 4000 Re 4000 （给排水管网一般按紊 流考虑） 紊流：
2 阻力平方区（粗糙管区 ） h v（管径 D较大或管壁较粗糙） 2 2.紊流过渡区 h v1.2～（管径 D较小或管壁较光滑） 水力光滑区 h v1.75
（2）（指示积算仪）组成。
2
（二次仪表）
指示积算仪
1 Q
涡轮流量 传感器 （一次仪表）
Q
4.2.2
火灾参数的监测方法
火灾 能量转换 燃烧产生物（悬浮物）
热对流
感温探测
热辐射
火焰探测
气体
燃气探测
烟雾
离子感烟 光电感烟
根据水力等效原则
(qt ql ) ( qt ql ) hf k lk dm (n 1)d m ql
n
n 1
n 1 qt
l
qt 1 2 令n 2， ，代入上式，得 ql 3 管网起端，qt ql， ， 0.5 f（） 管网末端，qt ql， 0， 0.577
＝
13.16 gD 0.13
.852 0.148 C1 q w
式中 q－流量，m 3 / s C w－海曾－威廉粗糙系数
hf＝
10.67q
1.852
1.852 4.87 Cw D
l
3．柯尔勃洛克－怀特公式
适用：各种紊流，是适应性和计算精度最高的公式
C e C＝－17.71lg 14.8R 3.53 Re 2.51 e 或 2 lg 3.7 D Re 1
v2 C 2R
l
(m)
圆管满流，沿程水头损失也可以用达西公式表示：
l v2 hf D 2g 式中 －沿程阻力系数，＝ 8g C2
(m)
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。常用：
1．舍维列夫公式
适用：旧铸铁管和旧钢管满管紊流，水
温100C0（给水管道计算）
0.00214g 0.3 D 0.3 0.001824g 0.867 1 0.3 v D
的管底坡度，横座标表示流量 Q，图中的曲线分 别表示流量、坡度、流速和充满度间的关系。当 选定管材与管径后，在流量 Q、坡度 I、流速 v、 充满度 h/D四个因素中，只要已知其中任意两个，
就可由图查出另外两个。
2．借助于满流水力计算公式并通过一定的比例变 换进行计算。
3．4 管道的水力等效简化
拍卖预展 龙威


2．并联
n kq1 l kq l dm d1m m n N d ( d in ) m i 1 n n kq2 l d2m

n kqN l dN m

当并联管道直径相同时
d1 d 2 d N d i d
n ( Nd im / n ) m

n (N ) m d
1 v R I n
2 3
1 2
D h
图9.2 充满度示意图
R —— 水力半径（ｍ）； I —— 水力坡度（即水面坡度，等于管底坡
度）。 n —— 管壁粗糙系数（见表）。
排水管渠粗糙系数表 管渠类别 石棉水泥管、 钢管 木槽 粗糙系数 n 0.012 0.012～0.014 0.013 管渠类别 浆砌砖渠道 浆砌块石渠 道 粗糙系数 n 0.015 0.017 0.020～0.025
1 2 Ao D 4
D Ro 4
qo
1 nM
2 / 3 1/ 2 Ao Ro I
vo
1 nM
2 / 3 1/ 2 Ro I
R ＝1 Ro
2(1 2
h h h ) (1 ) D D D ＝f 1 ( h ) D h 1 cos (1 2 ) D
A 1 h 2 h h h ＝ cos 1 (1 2 ) (1 2 ) (1 )＝f 2 ( h ) D Ao D D D D q A R ( qo Ao Ro
i
3．4．2 沿线均匀出流的简化 干管配水情况
配水支管
Q 1 q1 q 3 Q2 q2
q5 q4
Q3
q7
配水干管
Q4
q6
图 14-1 干管配水情况
ql q x qt (l x) l
沿程水头损失
q
t
假设沿线出流是均匀 的，则管道的任一断 面上的流量
q
t
qt
q t + q l1
x
2
qt
lx k ( qt ql ) n n 1 n 1 l ( q q ) q l l t hf dx k t l 0 (n 1)d m ql dm