非充满管道水力计算
管道水力计算
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）=++gc g P Z 221111αρw h g c g P Z +++222222αρ 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/,2/222211αα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。
管道的水力计算
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；若管段的管径是变化的(即过流断面的面积A是变化的)，那么管段中各过流断面处的流速也随着管径的变化而变化。
污水管道水力计算公式.
国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库
污水管道水力计算公式
均匀流计算公式：
• 式中：Q——流量（m3/s）； A——过水断面面积（m2）； v——流速（m/s）； 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。
国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库
污水管道水力计算公式
对于非满流管渠水力计算公式：
• 式中：h/D为管道充满度，其余参数A、v、R、I、n意义同前。
国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库
污水管道水力计算公式•Fra bibliotek谢谢！
国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库
给排水管道技术课件 给排水管道技术
知识点
污水管道水力计算公式
程永伟 讲师
国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库
污水管道水力计算公式
污水管道水力计算公式
• 1、污水管道的特点：
– 1）重力流 – 2）污水中有一定悬浮物，但99%以上是水，故认为污 水的流动遵循一般流体流动的规律 ，设计时仍按水力 学公式计算 。 – 3）设计时对每一设计管段都按均匀流公式进行计算 。
(整理)第三章给水排水管道系统水力计算基础
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。
对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。
给水排水管网水力学基础
∑
当并联管道直径相同时
d1 = d 2 = d =
n m/n m ( Nd i )
= d N = di =
n (N ) m
di
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
t
假设沿线出流是均匀 的，则管道的任一断 面上的流量
管道的水力等效简化
n kq n l kq1n l kq 2 l = m = m = m d d1 d2
n kq N l = m dN
d = (∑ d )
i =1
N
m n i
n m
当并联管道直径相同时， 有：
d = (N ) di
n m
3.1 给排水管网水流特征 3．1．1 流态特征
Re ⎧层流： < 2000 ⎪ ⎪ 1.流态 ⎨过渡流 : 2000 < Re < 4000 ⎪ Re （给排水管网一般按紊 流考虑） ⎪紊流： > 4000 ⎩
第3章 给水排水管网水力学基础 －－管渠稳定流方程 谢才公式：
式中
v2 hf = 2 l C R
（m）
hf――沿程水头损失，m；v――过水断面平均流速，m/s； C――谢才系数； l――管渠长度，m； R――过水断面水力半径，即断面面积除以湿周，m， 对于圆管满流R=0.25D（D为直径）。
圆管满流－达西公式：
n
kq n d m
N
l
kq n l i kq l = ∑ m m d i=1 d i d = (l /
m i=1 d i
∑
N
非满流圆管水力半径
非满流圆管水力半径
【原创版】
目录
1.介绍非满流圆管的概念
2.解释湿周和水力半径的定义
3.阐述如何计算非满流圆管的湿周和水力半径
4.说明湿周和水力半径在圆管水力计算中的应用
正文
非满流圆管是指管道内水流未充满整个管道的情况。
在这种情况下，管道中的水流会形成一个环状流，湿周是指这个环状流的周长。
水力半径则是用来描述环状流在管道内的分布情况的一个参数。
湿周的计算公式为：XdB/2，其中 d 是管道的内径，B 是充满角，即水深对应的圆心角，以弧度为单位。
水力半径的计算公式为：R(d/4)(1-sinB/B)，其中 d 是管道的内径，B 是充满角，以弧度为单位。
在圆管水力计算中，湿周和水力半径都是非常重要的参数。
它们可以用来计算管道内的流速、流量等水力要素。
此外，湿周和水力半径还可以用来判断管道是否处于满流状态。
如果湿周和水力半径的值接近理论值，那么管道就可以被认为是满流的；如果它们的值偏离理论值较大，那么管道就不处于满流状态。
第1页共1页。
排水管道水力计算表格(自编)
钢筋混凝土管 粗糙系数 0.014
公称直径dn（mm） dn200 dn300 dn400 计算内径（mm） 200 300 400 对应流速v（m/s） 0.61 0.8 0.97 对应流量q(L/s） 9.58 28.27 60.95 备注：计算内径即为管道内径，钢筋混凝土管管道内径即为公称直径，不
硬聚氯乙烯双壁波纹管 粗糙系数 0.009
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
dn280 243 1.09 25.28 备注：计算内径即为管道内
管道水力计算
dn200 188.8 0.92 12.88 dn250 dn315 236 297.8 1.07 1.24 23.4 43.18
dn75 dn90 dn110 dn125 dn160 69.6 83 102.4 117.4 150.8 0.47 0.53 0.61 0.67 0.79 0.89 1.43 2.51 3.63 7.05 T5836.1-2006《建筑排水用硬聚氯乙烯管材》P2。
dn200 202.4 0.67 10.78
dn250 dn300 255.2 304 0.78 0.87 19.95 31.57
dn500 dn600 dn700 dn800 dn900 500 600 700 800 900 1.13 1.28 1.41 1.54 1.67 110.94 180.96 271.32 387.04 531.2 管道内径即为公称直径，不同级别壁厚要求不一样。
柔性接口铸铁管（A型TB 级） 粗糙系数 0.013
公称直径dn（mm） dn50 计算内径（mm） 50 对应流速v（m/s） 0.26 对应流量q(L/s） 0.26 备注：计算内径即为管道内径，取值参照GBT12772-1999《排水用柔性接口
第3章-给水排水管网水力学基础
n
d (N)m di
kqNn l
d
m N
干管配水情况
3.4.2 沿线均匀出流的简化
给水管网中的配水管沿线向用户供水，如图3.6所示。假设沿线出流是 均匀的，则管道内任意断面x上的流量可以表示为：
qx
qt
l
l
x
ql
沿程水头损失：
h f
l
k (qt
l
l
x
2y) D
或
y / D (1 cos ) / 2
2
式中，θ的单位为弧度。
过水断面面积、湿周 和水力半径依次为，
A D2 ( sin ) ，
8
D 和
2
R A D ( sin ) 4
设该管道的坡度为I，满管流时的过水断面面积、水力半径、流量和流速分别 为A0、R0、q0和v0，可得
A0 D2 / 4 ， R0 D / 4 ，
3.1.2 恒定流与非恒定流 由于用水量和排水量的经常性变化，给水排水管道中的流量和流速随时间变化，
水流经常处于非恒定流（又称非稳定流）状态。但是，非恒定流的水力计算 比较复杂，在管网工程设计和水力计算时，一般按恒定流（又称稳定流）计 算。 随着计算机技术快速发展与普及，国内外已经开始研究和采用非恒定流计算给水 排水管网，而且得到了更接近实际的结果。
hf
l v2
D 2g
式中 D──管段直径（m）；g──重力加速度（m/s2）； λ──沿程阻力系数， 8g。 C2
常用管材内壁当量粗糙度e（mm）
表3.1
3.2.3 局部水头损失计算
计算公式 ：
局部阻力系数ζ
式中，hm ──局部水头损失，m； ζ──局部阻力系数，见表3.5。