第三章管道水力计算
第3章 建筑内部给水系统的水力计算
《建筑给水排水工程》教案 第3章 建筑内部给水系统的计算第2章 建筑内部给水系统的水力计算主要内容：1、设计秒流量（三个的公式要掌握）、给水当量（掌握）2、给水管网的水力计算管径、速度、局部水头损失大概了解3、水质防护(大概了解)4、高层建筑给水系统（自学，要掌握给水方式）2.3给水设计秒流量在讲设计秒流量时我们先要知道三个方面的知识，两个概念1、什么叫设计秒流量，作用：作用：设计秒流量是确定建筑内给水管网的管径及管道的水头损失的依据。
因此，设计流量的确定应复合建筑内部的用水规律。
设计秒流量概念：建筑内的生活用水量在一昼夜、1h 里都是不均匀的，为保证用水，生活给水管道的设计流量应为建筑内卫生器具按最不利情况组合出流时的最大瞬时流量，又称设计秒流量。
2、设计秒流量计算方法概述建筑内给水管道设计妙流量确定方法世界各国都作了大量的研究，归纳起来有以下三种：经验法、平方根法和概率法。
（1）经验法：它是根据经验制定出几种卫生器具（浴盆、洗涤盆、洗脸盆、淋浴莲蓬头）的大致出水量，将其相加得到给水管道设计流量。
对少数住户的住宅建筑中各种卫生器具，设定同时使用系数确定管中的出水量。
特点：具有简捷方便的优点，但不够精确。
（2）平方根法：基本形式为21bN q g ，但计算结果偏小。
（3）概率法：1924年美国国家标准局亨特提出运用数学概率理论确定建筑给水管道的设计流量。
其基本论点是：影响建筑给水流量的主要参数即任一栋建筑给水系统中的卫生器具总数量（N ）和放水使用概率（p ），在一定条件下有多少个同时使用，应遵循概率随机时间数量规律性。
由于n 为正整数，放水使用概率p 满足的条件，因此给水流量的概率分布复合二项分布规律。
该法理论方法正确，但需进行大量卫生器具使用频率实测工作的基础上，才能使用该计算方法。
目前一些发达国家主要采用概率法建立设计秒流量公式，并结合一些经验数据，制成图表，供设计使用十分简便。
3、卫生器具给水当量：为了计算方便，一般以卫生器具的给水额定流量和同时使用的规律来确定流量，即采用各种卫生洁具的当量数进行计算规定以一个洗涤盆的给水额定流量0.2L/s 为一个卫生洁具的当量数，然后将其它种洁具给水额定流量都折算成0.2L/s 的倍数，该倍数即为洁具的给水当量值2.4.2 当前我国使用的生活给水管网设计秒流量的计算公式（一）住宅1、根据住宅配置的卫生器具给水当量、使用人数、用水定额、使用时数及小时变化系数，计算出最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率：《建筑给水排水工程》教案 第3章 建筑内部给水系统的计算 36002.000T N mK q U g h =式中： 0U :生活给水配水管道的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率，％；0q ：最高用水日的用水定额，)/(d L ⋅人，见表2.2.1；m ：每户用水人数，人；h k ：变化系数，见表2.2.1T ：用水小时数，h ；g N ：每户设置的卫生器具给水当量数。
《管道的水力计算》PPT课件
（1）按ΣQi=0分配流量 从A点和最远点F点分配，可假设
（2）计算各管段损失并填表 注意正负号 hi SiQi2
（3）计算校正流量ΔQ
注意公共段CD
环网计算表
环 管 假定流
路 段 量Qi
Si
管段校 校正后 校正后
hi
hi /Qi
ΔQ
正流量 的流量Qi 的hi
AB +0.15 59.76 +1.3346 8.897
vB2 2g
zA
zB
pA pB
g
v
2 A
2g
1 vB2Biblioteka 2gH0——作用水头
H0
1
vB2 2g
流速
vB
1
1
2gH0 2gH0
对锐缘进口的管嘴，ζ=0.5， 1 0.82
1 0.5
流量 Q vB A A 2gH0 A 2gH0
Qi 0 b.由流量确定各管段管径
d 4Qi ve
ve——经济流速（规范要求）
c.由控制线确定作用压力
p pi pc Spi Qi2 pc 或 H hi hc Shi Qi2 hc
d.阻力平衡，调整支管管径
（2）管网布置和作用压力已定，求di——校核计 算，扩建管网
短管的作用水头
H0
1
l d
v2 2g
1→突扩ζ=1，H0→H
H l v2
d 2g
v2
4Q
d
2
2
代入，得
(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。
第三章给水排水管道系统水力计算础
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。
第三章 管流和边界层-工程流体力学
•
早在19世纪初，水力学家发现：由于液体具 有粘性，在不同的条件下，液体的断面流速分布 不同，液流的能量损失的规律也不相同。
图2 不同条件下的圆管流速分布图
1883年，英国科学家雷诺(Osborne Reynolds)做了著名 的雷诺实验，试图找到流动中由于粘性存在而产生的能量损 失规律。 ——雷诺实验（Reynolds experiment ）
水力光滑和水力粗糙管
•
• 水力光滑壁面（管）（hydraulic smooth wall）：
•
雷诺 生平简介
•
雷诺（O.Reynolds，1842－1912）： 英国力学家、 理学家和工程师，1842年8月23日生 于爱尔兰，1867年毕业于剑桥大学王后 学院，1868年出任曼彻斯特欧文学院 （后改名为维多利亚大学）首席工程学教 授，1877年当选为皇家学会会员，1888 年获皇家勋章。雷诺于1883年发表了一 篇经典性论文—《决定水流为直线或曲线 运动的条件以及在平行水槽中的阻力定律 的探讨》。这篇文章用实验说明水流分为 层流与紊流两种形态，并提出以无量纲数 Re作为判别两种流态的标准。雷诺于 1886年提出轴承的润滑理论，1895年在 湍流中引入应力的概念。他的成果曾汇编 成《雷诺力学和物理学课题论文集》两卷。
v x (r)
x
边界条件 r r0
x r
，
x
0
2
r
2
ro 4
d dx
p
gh
速度分布
r 0 处
x m ax
ro
2
d
4 dx
p gh
最大速度
阻力的计算方法
hf p 8 l U r g
建筑给排水 第3章 建筑内部给水系统水力计算
总目录
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概率法：
影响建筑给水流量的主要参数，即任一幢 建筑给水系统中的卫生器具总数量n和 放水使用概率p，在一定条件下有多少 卫生器具同时使用，应遵循概率随机事 件数量规律性。
3.2
给水所需的水量 3.2.2 给水设计秒流量
总目录
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1、工业企业生活间、公共浴室、洗衣房、公共食堂、 影剧院、体育馆等建筑设计秒流量计算公式
均值（L/h）；
—— 小时变化系数，最大日中最大小时用水量与 该日平均小时用水量之比。
3.2
3.2.1 给水系统所需水量
给水所需的水量
总目录 总目录
本章总目录 本章总目录
生产用水量确定：可按消耗在单位产品上的水 量或单位时间内消耗在生产设备上的水量计算 确定。
建筑内消防水量:消防用水量大而集中，与建筑 物的使用性质、规模、耐火等级和火灾危险程 度等密切相关，为保证灭火效果，应按需要同 时开启的消防用水灭火设备用水量之和计算。 其计算方法详见第五章。
3.2
给水所需的水量 3.2.2 给水设计秒流量
总目录
本章总目录
3 集体宿舍、旅馆、宾馆、医院、疗养院、幼儿园、 养老院、办公楼、商场、客运站、会展中心、中小学 教学楼、公共厕所等建筑的生活给水设计秒流量计算 公式：
q g 0 .2 N g
—— 计算管段中的设计秒流量（L/s）； —— 计算管段上的卫生器具当量总数； —— 根据建筑物用途而定的系数，按表2-7 选用。
总目录
3.2
建筑内部给水管网水力计算
本章总目录
给水管道单位长度水头损失应按下式计算：
i 105Ch
kPa／m； —— 管段计算内径，（m）； —— 给水管段设计流量，（m3/s）； —— 海澄—威廉系数。
给水排水管道系统水力计算
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。
第3章 建筑内部给水系统的计算
前言 3-1 给水设计秒流量的计算。 3-2 给水管网的水力计算。
熟悉：管网水力计算基本知识。 掌握：设计秒流量的计算方法。
第三章
前言
前言
目的：确定管径和系统所需压力，校核外网压 力是否满足系统要求。若压力不满足要求，还 要考虑其它设备的选择。 在完成给水管线的布置，绘出管道轴测图后， 就可进行给水系统的计算。
3-1 设计秒流量
根据建筑物用途而定的系数值(α 值)
建筑物名称 幼儿园、托儿所、养老院 门诊部、诊疗所 办公楼、商场 学校 医院、疗养院、休养所 集体宿舍、旅馆、招待所、宾馆 客运站、会展中心、公共厕所 α值 1.2 1.4 1.5 1.8 2.0 2.5 3.O
第三章
3-1 设计秒流量
注意： ①若建筑为一综合性建筑，总引入管的
2
4qg d πV
式中：qg——计算管段设计秒流量，m3/s； V——管段中的流速，m/s；
d——计算管段的管径，m；
第三章
3-2 给水管网的水力计算
由式（3-5）可知，d与qg、V有关，qg确定后， 只与V有关。 节约管材； 易产生水锤、噪音大； 增加水头损失。
V↑→d↓
第三章
3-2 给水管网的水力计算
L/S。
（2）大便器自闭式冲洗阀单列计算，当单列计算值小于1.2L／s时，以1.2计； 大于1.2时，以计算值。
第三章
3-1 设计秒流量
工业企业生活间、公共浴室、剧院化妆间、 体育场馆运动员休息室等卫生器具同时给水百分数 同时给水百分数(％) 卫生器具名称 工业企业 公共 剧院 体育场馆运 生活间 浴室 化妆间 动员休息室 洗涤盆(池) 33 15 15 15 洗手盆 50 50 50 50 洗脸盆、盥洗槽水嘴 60～100 60～100 50 80 浴盆 50 无间隔淋浴器 100 100 100 有间隔淋浴器 80 60～80 60～80 60～100 大便器冲洗水箱 30 20 20 20 大便器自闭式冲洗阀 2 2 2 2 小便器自闭式冲洗阀 10 10 10 10 小便器(槽)自动冲洗水箱 100 100 100 100 净身盆 33 饮水器 30～60 30 30 30 小卖部洗涤盆 50 50 注：健身中心的卫生间可采用本表体育场馆运动员休息室的同时给水百分数
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16 ZRT b 2 D5
a S P ( 1 a S ) P b M L ( 1 ) 2
2 Q 2 Z 2
2 2 5 [ P (1 a S ) P ] D Q Z M a S 4 Z R T L ( 1 ) 2
2g a ZRT
上式是忽略了流速的变化，考虑了高差的输气管道基本公式
3.5 地形起伏地区输气管道的基本公式
把b值代入，得
2 2 5 p p 1 a S D π Q Z M 4 a n λ Z R T L 1 S i S i 1L i 2 L i 1
线路纵断面特征 1 6 + 0 2 3 — 4 5 + 7
a n 1 (Si Si1)Li L i1 2
•每一项为每一段管路的线路纵断面与通过起点的水平线围成的面积； •各项之和为线路纵断面面积代数和； •线路纵断面面积代数和 F 较小的输气管有较大的输气能力； •输气管道沿线压力变化，密度随之改变，压力大，密度大，压力小， 密度小，上坡段的能量损失不能用下坡段的能量补偿。
2 g s i n P M 2 2 2 2 2 2 Z P Z R T D Z D T 2 A D L ( ) l n R l nZ 0 2 2 s i n P M P 2s gi n g 2 Q Q 2 2 2 2 Z R T 2 A D
3.4 简化的同坡度输气管道基本公式
0 .5
如化为标准状况下的体积流量，则
2 2 5 p p 1 a S D Q Z QC n a λ Z T L 1 S i S i 1L i 2 L i 1
形起伏地区的输气管道基本方程。
Ⅱ
Ⅰ
dx
v
A
Ⅰ Ⅱ
①稳定流动： ②连续性方程：
2 d p d v v v g s i n d x d x D 2
3.2 平坦地区输气管道基本公式
平坦地区输气管道，指的是高差为0，或高差不足以影响计算精确性的 输气管道（高差小于200m），可以忽略高差影响； 用公式描述天然气沿管道输送过程中压力与流量的关系。 假定等温输送，忽略温度的影响。 选择微元 管段
3.5 地形起伏地区输气管道的基本公式
2 2 5 p p 1 a S D Q Z QC n a λ Z T L 1 S i S i 1L i L i1 2
0 .5
S
Ⅰ
SZ
SQ
Ⅲ Ⅱ
L
沿线不同高程的线路方案
3.6 水力摩阻系数与常用输气公式
一、雷诺数Re
v D QD 4 Q R e A D
a
Q 4 a Q 1.536 Re D D
3.1 气体一元流动基本方程
一、连续性方程 基础是质量守恒 定律。 Ⅰ
d
dx
Ⅱ
w
F
连续性方程：
(w) 0 x
d( w) 0 dx
Ⅰ
Ⅱ
稳定流动连续性方程：
管道任意截面上的密度与流速成反比
ห้องสมุดไป่ตู้
3.1 气体一元流动基本方程
二、运动方程 运动方程以动量定理推导，基础是牛顿第二定律。
M
PQ
L
PZ
3.2 平坦地区输气管道基本公式
进一步整理为：
(P P)D T 0 R a Q 4 P Z T L 0
2 Q 2 Z 5
QC
(P P )D
2 Q 2 Z
5
ZTL
T0 R a C 4 P0
Q
D
天然气标况体积流量，m3/s 天然气相对密度 内径，m
101325Pa， 293.15K 287.1J/kgK C=0.0384
0 .5
以上两公式为既考虑了高差的影响，又考虑了沿线地形的影响，即所谓地
3.5 地形起伏地区输气管道的基本公式
2 2 5 p p 1 a S D Q Z QC n a λ Z T L 1 S i S i 1L i 2 L i 1
C
常数
T
水力摩阻系数
Ra Z
L
空气气体常数，J/kg· K 天然气压缩系数 长度，m
平均温度，K
3.3 同坡度输气管道基本公式
s
高差较大时，地形起伏时； 压力较高时，高差引起的 能量损失增大； 地形高差超过200m时，需
dx pQ
PZ
L ds ∆s
要考虑高差影响。
x
同一坡度的直管段
3.3 同坡度输气管道基本公式
0 .5
aS
• 是输气管终点与起点高差对输气管输送能力的影响； • 终点比起点位置越高，则输气能力越低，反之亦然．
a n (Si Si1)Li 2L i1
• 是考虑线路中间各点相对高程（线路纵断面特征）对输气能力的影响。 • 沿线地形起伏对输气管道输量有影响。
3.5 地形起伏地区输气管道的基本公式
2 M Z R T 2 2 P P L 1 Z Z A P d p d p d x 2 2 P P 0 Qg Qg s i n Z R T M s i n Z R T M P 2 P 2 Z R T 2 AP D Z R T 2 AP D
2 2 g s i n M g s i n M 2 2 P 2 P 2 2 2 22 Z 2 22 Z P Z R T Z D D T 2 A D Z R T 2 A D Z l nR l n l n L 2 2 2 s i n M g s i n M P 2 g s i n g 2 2 Q P P Q Q 2 22 2 2 22 2 Z R T 2 A D Z R T 2 A D