管道水头损失产生原因及计算
水头损失的类型及其与阻力的关系
水头损失的类型及其与阻力的关系一、产生水头损失的原因及水头损失的分类实际液体在流动过程中，与边界面接触的液体质点黏附于固体表面，流速为零。
在边界面的法线方向上流速从零迅速加大，过水断面上的流速分布于不均匀状态。
如果选取相邻两流层来研究（如图4-1），由于两流层间存在相对运动，实际液体又具有黏滞性，所以在有相对运动的相邻流层间就会产生内摩擦力。
液体流动过程中要克服这种摩擦阻力，损耗一部分液流的机械能，转化为热能而散失。
单位重量液体从一断面流至另一断面所损失的机械能，就叫做两断面之间的单位能量损失。
图4-1在固体边界顺直的河道中，水流的边界形状的尺寸沿水流方向不变或基本不变，水流的流线便是平行的直线，或者近似为平行的直线，其水流属于均匀流或渐变流。
这种情况下产h表示。
生的水头损失，是沿程都有并随流程的长度而增加，所以叫做沿程水头损失，常用f 在边界形状和大小沿流程发生改变的流段，水流的流线发生弯曲。
由于水流的惯性作用，水流在边界突变处会产生与边界的分离并且水流与边界之间形成旋涡。
因此，在水流边界突变处的水流属于急变流（如图4-2所示）。
在急变流段内，由于水流的扩散的旋涡的形成，使水流在此段形成了比内摩擦阻力大得多的水流阻力，产生了较大的水头损失，这种能量损h表示。
失是发生在局部范围之内的，所以叫做局部水头损失，常用j图4-2综上所述，我们可以将水流阻力和水头损失分成两类：（1）由各流层之间的相对运动而产生的阻力，称为内摩擦阻力。
它由于均匀地分布在水流的整个流程上，故又称为沿程阻力。
为克服沿程阻力而引起单位重量水体在运动过程中的能量损失，称为沿程水头损失，如输水管道、隧洞和河渠中的均匀流及渐变流流段内的水头损失，就是沿程水头损失。
（2）当流动边界沿程发生急剧变化时（如突然扩大、突然缩小、转弯、阀门等处），局部流段内的水流产生了附加的阻力，额外消耗了大量的机械能，通常称这种附加的阻力为局部阻力，克服局部阻力而造成单位重量水体的机械能损失为局部水头损失。
水头损失的计算方法
水头损失的计算方法
1. 嘿，你知道吗，一种计算水头损失的办法就是沿程水头损失计算呀！就好比你走一条长长的路会觉得有点累一样，水在管道里流动也会有类似的消耗呢。
比如水流过一根长长的水管，那它在这个过程中损失的能量就可以通过相应的公式算出来哟！
2. 还有哦，局部水头损失的计算也很重要呢！这就像你跑步时突然遇到个小坡，速度会一下子受到影响。
像水在经过一些弯头、阀门这些地方时，也会产生局部的水头损失呢，这可不能忽略呀！
3. 嘿，那水力坡度法也能用来算水头损失呢！想想看，就像爬山时的坡度一样，知道了这个坡度，就能大概知道难度有多大啦。
水在流动中，根据这个水力坡度也能算出它的水头损失呢！比如说在一个有坡度变化的水道里。
4. 你可别小看了经验公式法呀！这就如同一位经验丰富的老手给你的小窍门。
有时候，通过一些简单的经验公式，就能快速地算出水头损失呢。
好比在一个常见的水流场景中，用这个方法就能轻松搞定。
5. 还有模型试验法嘞！哇，这就好像做个小实验一样有趣。
通过建立一个小模型，来模拟实际的水流情况，从而得出水头损失的数据，多有意思呀！像在一个设计新的水利设施的时候就能用上。
6. 最后呀，当量长度法也得知道呢！这就像是给不同的东西都取个一样的标准来衡量。
水在遇到各种复杂情况时，可以把它转化成当量长度来计算水头损失哟。
比如在一个管道系统里有各种不同的部件的时候。
我觉得呀，这些计算方法都各有各的用处，要根据不同的情况灵活选择，这样才能准确算出水头损失呢！。
扬程水头损失计算
扬程水头损失计算
摘要：
1.扬程水头损失计算的概述
2.扬程水头损失计算的公式
3.扬程水头损失计算的实例
正文：
扬程水头损失计算是水利工程中一个重要的环节。
在水利工程中，由于水流经过管道、渠道等物体时，会因为摩擦、弯曲、起伏等原因而产生能量损失，这种能量损失被称为扬程水头损失。
计算扬程水头损失，可以为水利工程的设计、运行和管理提供重要的参考数据。
扬程水头损失计算的公式一般为：H=K*L*(Q^1.85)/(g*R^2)，其中H 表示扬程水头损失，K 表示摩擦系数，L 表示管道或渠道的长度，Q 表示水流量，g 表示重力加速度，R 表示管道或渠道的半径。
例如，假设一条管道的长度为100 米，半径为0.5 米，水流量为1 立方米/秒，重力加速度为9.8 米/秒^2，摩擦系数为0.02。
根据上述公式，可以计算出该管道的扬程水头损失为：
H=0.02*100*(1^1.85)/(9.8*(0.5)^2)=0.02*100*1.85/4.9=0.0375 米。
扬程水头损失计算不仅可以用于管道或渠道，还可以用于其他形式的水流，如水库、河流等。
在这些情况下，计算公式可能会有所不同，但基本的原理是相同的。
水头损失计算公式
水头损失计算公式
水头损失是指水流经过管道或渠道时由于阻力而产生的能量损失。
水头损失通常由以下几个因素引起：摩擦损失、弯头损失、收缩损失和扩散损失。
摩擦损失是指水流通过管道或渠道内壁时与壁面摩擦而产生的能量损失。
摩擦损失与水流速度、管道直径和壁面粗糙度有关。
当水流速度增加、管道直径减小或壁面粗糙度增加时，摩擦损失也会增加。
弯头损失是指水流在管道弯头处由于改变流动方向而产生的能量损失。
弯头损失与弯头角度、弯头半径和流量有关。
当弯头角度增大、弯头半径减小或流量增加时，弯头损失也会增加。
收缩损失是指水流通过管道或渠道收缩段时由于断面缩小而产生的能量损失。
收缩损失与收缩段的几何形状和流量有关。
当收缩段几何形状不合理或流量增加时，收缩损失也会增加。
扩散损失是指水流通过管道或渠道扩散段时由于断面扩大而产生的能量损失。
扩散损失与扩散段的几何形状和流量有关。
当扩散段几何形状不合理或流量增加时，扩散损失也会增加。
水头损失的计算需要考虑摩擦损失、弯头损失、收缩损失和扩散损失等因素。
通过合理设计管道或渠道的几何形状、选择合适的材料和控制流量，可以有效降低水头损失，提高输水效率。
管道水头损失计算公式总结
管道水头损失计算公式管道的水头损失主要分为：沿程水头损失 f和局部水头损失 j两类。
某管道的总水头损失 w为各分段的沿程水头损失和沿程各种局部水头损失的总和。
1.沿程水头损失计算公式1.1达西——魏斯巴赫公式达西——魏斯巴赫（Darcy-Weisbach）公式：f=λLdv2 2g式中： f—沿程水头损失（m）;λ—沿程水头损失系数；L—管长（m）;d—管径（m）;v—管道水流速度（m/s）。
运用达西——魏斯巴赫（Darcy-Weisbach）公式，主要是确定沿程阻力系数λ，目前主要是一些经验公式：（1）根据尼古拉兹实验分区对沿程阻力系数λ进行计算①层流区层流区λ与相对粗糙度无关，只与雷诺数R e有关。
λ=64R e（R e<2000）②紊流水力光滑区紊流水力光滑区λ与相对粗糙度无关，只与雷诺数R e有关布拉休斯公式：λ=0.3164R e0.25（104<R e<105）普朗特—尼古拉兹公式（J.Nikuradse）：λ=2lg(R eλ)-0.8（105<R e<3ⅹ106）③紊流水力粗糙过度区紊流水力粗糙过度区λ与相对粗糙度kd和雷诺数R e都有关柯列布鲁克—怀特（Colebrook-White）公式:1λ−2lg(2.51R eλk3.71d)公式中：R e—雷诺数;k—管道当量粗糙度（mm）;d—管道直径一般适用于紊流光滑区、紊流过渡区和粗糙区，其适用范围较为宽泛、准确性高，④紊流水力粗糙区紊流水力粗糙过度区λ与雷诺数R e无关，只与相对粗糙度kd相关。
卡门(Karman)公式：1λ=−2lgk3.7d公式中：k—管道当量粗糙度（mm）;d—管道直径（2）齐恩（jain,A.k）公式齐恩（jain,A.k）公式一般用于紊流过渡区λ=1.14-2lg(kd+21.25R e0.9)（5000<R e<108）(3)哈兰德公式λ=−1.8lg[k3.7d1.11+6.8R e)(4)阿尔特舒尔公式λ=0.11（kd+68R e）0.251.2谢才公式谢才公式只有谢才系数C一个影响参数，一般能适用于不同的流态区。
管道水头损失产生原因及计算
流体力学二类考核指导老师：冯亮花——小组成员：蒙伦智、周肖、王桐供水管道水头损失产生原因及计算摘要：水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失，根据边界条件的不同把水头损失分为两类：对于平顺的边界，水头损失与沿程成正比的称为沿程水头损失，用hf表示；由局部边界急剧改变导致水流结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而引起的水头损失称为局部水头损失，用hj表示，两者的计量单位都为米。
关键词：水头损失原因计算真空有压流1．在分析水头损失产生原因之前，首先应该明确两个概念。
1.1水流阻力水流阻力是由于固体边界的影响和液体的粘滞性作用，使液体与固体之间、液体内有相对运动的各液层之间存在的摩擦阻力的合力，水流阻力必然与水流运动方向相反。
1.2水头损失水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失。
其中边界对水流的阻力是产生水头损失的外因，液体的粘滞性是产生水头损失的内因，也是根本原因。
根据边界条件的不同把水头损失分为两类：对于平顺的边界，水头损失与流程成正比的称为沿程水头损失，用hf表示；由局部边界急剧改变导致水流结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而列起的水头损失称为局部水头损失，用hj表示，两者的计最单位都为米。
由水头损失所产生的能量消耗，将直接影响供水水泵的选型，管道材质与内径的确定，增加机械能损耗，这一直是水利工作者在给水工程设计过程中想要尽量减小的设计因子，要想将水头损失降低到最低限度，就要了解水头损失产生的真正原因。
2．水头损失产生的原因2.1供水管道的糙率是产生沿程水头损失的外部原因，也是直接原因。
在理想的状态下，液体在管道内部流动是不受管道内壁影响的，但由于现在市场上供应的各种管材，内壁绝对光滑的材质是不存在，现有的技术只是尽量减小管道材质的糙率（即粗糙度，一般用n表示）。
如给水用的PVC管，管道内壁糙率为一般取值0.009，球墨铸铁给水管道内壁糙率一般取值0.012-0.0 1 3，其它管材糙率国家都有相应的技术标准。
管道水头损失计算
管道水头损失计算，应包括沿程水头损失和局部水头损失。
1. 沿程水头损失，可按下式计算：
h1= iL
式中h1—沿程水头损失，m；
L—计算管段的长度，m；
i—单位管长水头损失，m/m；
1) PVC-U、PE等硬塑料管的单位管长水头损失，可按下式计算：
i=0.000915Q 1.774/d 4.774
式中 Q—管段流量，m3/s；
d—管道内径，m；
2) 钢管、铸铁管的单位管长水头损失，可按下列公式计算：
当ν＜1.2m/s时，i=0.000912v2(1+0.867/v)0.3/d 1.3(6.0.12-3)
当ν≥1.2m/s时，i=0.00107v2/d 1.3（6.0.12-4）
式中 v—管内流速，m/s；
d—管道内径，m；
3) 混凝土管、钢筋混凝土管的单位管长水头损失，可按下式计算：
i=10.294n2Q2/d5.333 (6.0.12-5)
式中 Q—管段流量，m3/s；
d—管道内径，m；
n—粗糙系数，应根据管道内壁光滑程度确定，可为0.013～0.014.
2.输水管和配水管网的局部水头损失，可按其沿程水头损失的5%～
10%计算（局部水头损失一般可不作详细计算，只进行估算。
局部水头损失估算系数应根据管线上弯头、三通、附属设施等局部损失点的数量确定，局部损失点多时取高值）。
环状管网水力计算时，水头损失闭合差绝对值，小环应小于0.5m，大环应小于1.0m。
管道水头损失产生原因及计算
流体力学二类考核指导老师：冯亮花——小组成员：蒙伦智、周肖、王桐供水管道水头损失产生原因及计算摘要：水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失，根据边界条件的不同把水头损失分为两类：对于平顺的边界，水头损失与沿程成正比的称为沿程水头损失，用hf 表示；由局部边界急剧改变导致水流结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而引起的水头损失称为局部水头损失，用hj 表示，两者的计量单位都为米。
关键词：水头损失 原因 计算 真空有压流1．在分析水头损失产生原因之前，首先应该明确两个概念。
1.1水流阻力水流阻力是由于固体边界的影响和液体的粘滞性作用，使液体与固体之间、液体内有相对运动的各液层之间存在的摩擦阻力的合力，水流阻力必然与水流运动方向相反。
1.2水头损失水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失。
其中边界对水流的阻力是产生水头损失的外因，液体的粘滞性是产生水头损失的内因，也是根本原因。
根据边界条件的不同把水头损失分为两类：对于平顺的边界，水头损失与流程成正比的称为沿程水头损失，用hf 表示；由局部边界急剧改变导致水流结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而列起的水头损失称为局部水头损失，用hj 表示，两者的计最单位都为米。
由水头损失所产生的能量消耗，将直接影响供水水泵的选型，管道材质与内径的确 定，增加机械能损耗，这一直是水利工作者在给水工程设计过程中想要尽量减小的设计 因子，要想将水头损失降低到最低限度，就要了解水头损失产生的真正原因。
2．水头损失产生的原因2.1供水管道的糙率是产生沿程水头损失的外部原因，也是直接原因。
在理想的状态下，液体在管道内部流动是不受管道内壁影响的，但由于现在市场上 供应的各种管材，内壁绝对光滑的材质是不存在，现有的技术只是尽量减小管道材质的 糙率（即粗糙度，一般用n 表示）。
如给水用的PVC 管，管道内壁糙率为一般取值0.009，球墨铸铁给水管道内壁糙率一般取值0.012-0.0 1 3，其它管材糙率国家都有相应的技术标 准。
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流体力学二类考核
指导老师：冯亮花——小组成员：蒙伦智、周肖、王桐
供水管道水头损失产生原因及计算
摘要：水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失，根据边界条件的不同把水头损失分为两类：对于平顺的边界，水头损失与沿程成正比的称为沿程水头损失，用hf 表示；由局部边界急剧改变导致水流结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而引起的水头损失称为局部水头损失，用hj 表示，两者的计量单位都为米。
关键词：水头损失 原因 计算 真空有压流
1．在分析水头损失产生原因之前，首先应该明确两个概念。
1.1水流阻力
水流阻力是由于固体边界的影响和液体的粘滞性作用，使液体与固体之间、液体内有相对运动的各液层之间存在的摩擦阻力的合力，水流阻力必然与水流运动方向相反。
1.2水头损失
水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失。
其中边界对水流的阻力是产生水头损失的外因，液体的粘滞性是产生水头损失的内因，也是根本原因。
根据边界条件的不同把水头损失分为两类：对于平顺的边界，水头损失与流程成正比的称为沿程水头损失，用hf 表示；由局部边界急剧改变导致水流结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而列起的水头损失称为局部水头损失，用hj 表示，两者的计最单位都为米。
由水头损失所产生的能量消耗，将直接影响供水水泵的选型，管道材质与内径的确 定，增加机械能损耗，这一直是水利工作者在给水工程设计过程中想要尽量减小的设计 因子，要想将水头损失降低到最低限度，就要了解水头损失产生的真正原因。
2．水头损失产生的原因
2.1供水管道的糙率是产生沿程水头损失的外部原因，也是直接原因。
在理想的状态下，液体在管道内部流动是不受管道内壁影响的，但由于现在市场上 供应的各种管材，内壁绝对光滑的材质是不存在，现有的技术只是尽量减小管道材质的 糙率（即粗糙度，一般用n 表示）。
如给水用的PVC 管，管道内壁糙率为一般取值0.009，球墨铸铁给水管道内壁糙率一般取值0.012-0.0 1 3，其它管材糙率国家都有相应的技术标 准。
由于管道糙率的存在，使的水流在行进过程液体与固体接触面产生摩擦阻力，水流 消耗动能，产生沿程水头损失。
对沿程水头损失的计算可以参照如下经验公式。
经验公式：
3
16222**n *16*35.6h d
L
Q f π=
— 哈森—威廉斯公式：
公式中：hf-沿程水头损失 d —管道内径
L 一 同一内径管道长度 Q — 与L 对应的流量 N 一 糙率
C — 谢才系数 ：852.1871
.49
)(**
10*13.1h C
Q d L
f = 有诸多经验，施工地段较复杂，地形起伏较大的地段管道水头损失计算采用经验公式，施
工地段较为平缓，形起伏不大的区域采用哈森一一一威廉斯公式计算。
沿程水头损失遵从叠加原理，总水头损失等于各分支水头损失之和。
2.7弯头和部件是产生局部水头损失的直接原因
供水工程涉及的地段大多较为复杂，这样就需要在整个供水管线上增加弯头、三通或阀门等一系列配套部件。
当水流流经这些部件时，由于部件内壁糙率的变化、水流行进受阻等原因，水的流态由层流变为不稳定的紊流，甚至形成漩涡，产生局部的水能消耗，这样就产生了局部水头损失。
不同部件之间的阻力系数不同，水流流经部件之后的速度不同，这两点因素也正是计算局部水头损失的重要因子。
一般在计算中参照如下公式进行。
g
V j 2*h 2
ξ=
公式中：ξ 一 管道局部阻力系数 V — 管道流速（管件出口流速），m/s g 一 重力加速度，m/s 2
由于配套部件（管件）较多，阀门完全开启与半开启状态下局部阻力系数变化不同，以甲阀为例，全开时 ξ= 1 、半启闭状态时 ξ= 0.2 ；而止回水阀全开时享ξ =0.5，未启闭时 ξ= 1.7 ，计算较为复杂。
一般根据经验，局部水头损失取沿程水头损失的l0%—30%，具体取值根据阀门、弯头等管件的数量而定。
2.3水的物理性状是产生水头损失的内在原因
水是一种流体，具备流体的一切物理性状，其粘滞系数的存在是产生水头损失的内在原因，也就是根本原因。
当水流在管道中行进流速较小时，管道较直的情况下，水以层流的形态流动，此时水流内部作用发生在层与层之间，存在部分能量损耗，当流速达到一定的极限或局部水流受阻时，层流遭到破坏，水流以紊流的方式行进，导致不同的 水单元之间相互挤压和碰撞，大量水能消耗，产生水头损失。
200pvc 管道
管径 流量（ml 3/s ）
流速 水头损失（m/100m ）
140
2.10
0.67
200m 120 1..68 0.50
100 1.30 0.34
80 1.00 0.22 流量管径（mm）流速水头损失
120cm3200 1.00 0.50 180 1.30 0.87 160 1.68 1.63 140 2.10 3.32
我们可以从pvc供水管材同一管径不同流量的水头损失和不同管径同一流量的水头损失对比中发现水的物理性状是产生水头损失的根本原因。
从以上比较数字我们可以看出，由于流量和管径引起的流速变化导致水流行进过程中流态发生变化，从而就产生了水头损失。
水头损失的计算公式上面已经列出，这里不再详述。
2.4管道内空气阻力是产生水头损失不可忽略的因素
管道铺设路线大多经过地形起伏区域，这样就需要在管道隆起最高处设置排气阀，以便排出管内空气，防止管道爆裂。
但排气阀有一定设计公称压力，只有空气压力达到一定限值才能够开启，在未达到限值之前，管道内窒气阻力是客观存在的。
水流在行进过程中夹带着大量的气泡，气泡被释放聚集在高处时很容易形成高压气带，由于高压气带的存在，水体流动受阻，产生水头损失。
同时，夹带气泡的水流由于气泡的存在，紊流变得更加复杂，也会消耗水流部分动能。
这里我们引用一个试验，在引用试验之前我们先了解一下什么是”真空流”。
真空流是根据类似于真空隧道列车可以达到1万公里／小时等级的高运行速度原理，在输水管内的某部位形成高速运行所必须的高真空，再利用工程水头（落差）势能的拉动牵引，将流体以更高的流速推进。
下面是一个具体试验。
水厂高位水池池底标高58米，某城内一座20层高楼，顶层标高52米，距水厂8公里。
测试结果：采用”重力流”供水，水压低，10层以上均供不到水；采用”真空流”供水，水自行上到20层，20层出流量仍然很充沛。
这就印证了管道内空气阻力是产水头损失的不可忽略的因素。
┃
参考文献：
【l】《关于水头损失根源的水力学理论探讨一一管道水力输送中能量损失分析》论文作者：翁友彬翁怡萌
【2】《水力学》，武汉水利水电出版社
【3】《PVC管材性能》，河北任大塑胶。