第章给水排水管网水力学基础(1)
水力学 (完整版)PPT
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第一章 绪论
1.3 作用在液体上的力
1.3.1 表面力定义
表面力是作用于液体的表面上的力，是相邻液体 或其他物体作用的结果，通过相互接触面传递。
表面力按作用方向可分为： 压力： 垂直于作用面。 切力： 平行于作用面
lim p
P
A0 A
lim
T
A0 A
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第一章 绪论
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第一章 绪论
第1章 绪 论 第2章 水静力学 第3章 液体运动学 第4章 水动力学基础 第5章 流动阻力和水头损失 第6章 量纲分析与相似原理 第7章 孔口、管嘴出流和有压管流 第8章 明渠均匀流 第9章 明渠非均匀流 第10章 堰流及闸孔出流 第11章 渗流
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第一章 绪论
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第一章 绪论
Isaac Newton(1642-1727)
➢ Laws of motion
➢ Laws of viscosity of Newtonian fluid
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第一章 绪论
19th century
Navier (1785-1836) & Stokes (1819-1905)
N-S equation
viscous flow solution
Reynolds (1842-1912) 发现紊流（Turbulence） 提出雷诺数（ReynoldsNumber）
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第一章 绪论
20th century
Ludwig Prandtl (1875-1953) Boundary theory(1904)
第3章-给水排水管网水力学基础讲解
图3.1 圆形管道非满管流和满管流示意图 （a）非满管流；（b）满管流
图3.2 圆形管道充满度示 意图
3.3.1 非满流管道水力计算公式 管渠流量公式：
q
Av
A
R
2 3
I
1 2
式中
A―过水断面面积（m2）；
n
I―水力坡度，对于均匀流，为管渠底坡。
N mn
d ( din ) m i 1
当并联管道直径相同时，等效直径：
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
沿程水头损失计算公式的指数形式为：
或
或 hf sf qn
式中，k、n、m─指数公式的参数。见表3.6； α―比阻，即单位管长的摩阻系数， α =k/Dm； sf―摩阻系数，sf= α l=kl/Dm。
沿程水头损失指数公式的参数
表3.6
3.3 非满流管渠水力计算
在排水管网中，污水管道一般采用非满管流设计，雨水管网一般采用 满管流设计，如图3.1所示。在两者的运行过程中，大多数时间内，均 处于非满管流状态。
第3章 给水排水管网水力学基础
3.1 给水排水管网水流特征
3.1.1 管网中的流态分析
在水力学中，水在圆管中的流动有层流、紊流及过渡流三种流态，可以根据雷诺数 Re进行判别，其表达式如下：
Re
VD
式中，V－管内平均流速（m/s）；D－管径(m)；ν－水的运动粘性系数，当水温为 10oC时，ν＝1.308 x 10-6m2/s，当水温为30oC时，ν＝0.804 x 10-6m2/s，当水温为 50oC时，ν＝0.556 x 10-6m2/s。 当Re小于2000时为层流，当Re大于4000时为紊流，当Re介于2000到4000之间时， 水流状态不稳定，属于过渡流态。
给水排水管网系统资料
第一章第一节1·给水的用途通常分为生活用水、工业生产用水和市政消防用水2·废水可分为生活污水、工业废水和雨水3·给水排水系统应具备三项主要功能：1.水量保障2.水质保障3.水压保障4·给水排水系统可划分为以下子系统；1.原水取水系统2.给水处理系统3.给谁管网系统4.排水管网系统5.废水处理系统6.排放和重复利用系统第二节5·城市用水量6类：1.居民生活用水量2.公共设施用水量3.工业企业生产用水量和工作人员生活或用水量 4.消防用水量 5.市政用水量 6.未预见用水量及给水管网漏失水量用水量6·(简答)用水量方式表达：1.平均日用水量：规划年限里，用水量最多的年总用水量除以用水天数。
该值一般作为水资源规划和确定城市设计污水量的依据2.最高日用水量：用水量最多的一年内，用水量最多的一天的总用水量。
该值一般作为取水工程和水处理工程规划和设计的依据3.最高日平均时用水量：最高日用水量除以24小时，得到的最高日小时平均用水量4.最高日最高时用水量；用水量最高日的24小时中，用水量最大的一小时用水量。
该值一般作为给水管网工程规划与设计的依据7·用水量变化系数日变化系数：最高日用水量与平均日用水量的比值Kd=365Qd/QyQd:最高日用水量Qy：全年用水量时变化系数：用水量与平均时用水量的比值Kh=24Qh/QdQh：最高时用水量第三节8·水头：水的机械能有位能、压能和动能三种形式，位能与压能之和称为测压管水头，工程上又称压力水头，简称水头水头+动能=机械能（势能压能）（给水系统以压力输水为主，排水以重力输水为主）9·水在输送中的压力方式有：1.全重力给水2.一级加压给水3.二级加压给水（最常用）4.多级加压给水（二级为最常用方式）第四节10·给水管网系统承担供水的输送、分配、压力调节（加压、减压）和水量调节任务，起到保障用户用水的作用·排水管网承担污废水收集、输送、高程或压力调节和水量调节任务，起到防止环境污染和防治洪涝灾害的作用·给水管网系统和排水管网系统均应具有以下功能：1.水量输送：实现一定水量的位置迁移，满足用水与排水的地点要求2.水量调节：采用贮水措施解决供水、用水与排水的水量不平均问题3.水压调节：采用加压与减压措施调节水的压力，满足水输送、使用和排放的能量要求11·给水管网系统一般由输水管、配水管网、水压调节设施（泵站、减压阀）及水量调节设施（清水池、水塔、高位水池）等构成·输水管(渠)：是指在较长距离内输送水量的管道或渠道，输水管一般不沿线向外供水。
第3章-给水排水管网水力学基础
13.16gD0.13 λ＝ 1.852 0.148 Cw q 式中 q－流量，m3 / s Cw－海曾－威廉粗糙系数
hf＝ l 1.852 4.87 Cw D
3．柯尔勃洛克－怀特公式 ．柯尔勃洛克－
适用：各种紊流， 适用：各种紊流，是适应性和计算精度最高的公式
10.67q
1.852
C e C＝－ .71lg 17 + 14.8R 3.53 Re 2.51 e 或 = −2 lg + λ 3.7D Re λ 1
管渠沿程水头损失用谢才公式 v = C Ri
i=
v2 C2R
h f = il =
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： 圆管满流，沿程水头损失也可以用达西公式表示：
l v2 hf = λ D 2g 式中 λ－沿程阻力系数，λ＝ C2 8g
(m)
C、λ与水流流态有关，一般采用经 与水流流态有关， 验公式或半经验公式计算。常用： 验公式或半经验公式计算。常用：
1 2 Ao = πD 4
D Ro = 4
1 2 qo = Ao Ro / 3 I 1/ 2 nM
1 2 / 3 1/ 2 vo = Ro I nM
h h h 2(1 − 2 ) (1 − ) R D D D ＝− 1 ＝f1 (h ) D h Ro −1 cos (1 − 2 ) D A 1 h 2 h h h −1 ＝ cos (1 − 2 ) − (1 − 2 ) (1 − )＝f 2 (h ) D Ao π D π D D D q A R ( = qo Ao Ro
0.00107v 2 l D1.3 hf = 0.000912v 2 0.867 0.3 1 + l 1.3 v D
管道流量流速压损计算
v1.2m/s
v1.2m/s
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将上述公式带入达西公式
hf
λl v2 D2g
(m)
λC 8g2 沿程阻力系数
0.0D01.13027lv hf
0.0D01.0391221v0.8v670.3l
v1.2m/s v1.2m/s
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力 特性。
1.串联
等效为一条直径为d，长度为l=l1+l2+…+ln的管道，管道中的流量相同
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第3章 给水排水管网水力学基础
3.5管道的水力等效简化
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。
1.并联
等效为并联管道的长度长度为，总流量等于各管道中的流量相加
(m)
λC 8g2沿程阻力系数hf
v2 ilC2Rl
(m)
C
1 n
1
R6
v
1
21
R 3i 2
n
QAvA1R32i21 n
vC Ri
v2 2g
ld
dλζ
dζC2 8g
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第3章 给水排水管网水力学基础
计算：
圆形污水管道直径600mm，管壁粗糙系数n=0.014，管底坡度i=0.0024。求最大设计充满度时
第3章 给水排水管网水力学基础
3.2管渠水头损失计算
3.2.1沿程水头损失计算
2.海曾－威廉公式 适用：较光滑圆管满流（压力管道）
＝13.16 gD 0.13
第章-给水排水管网工程规划(1)
第章-给水排水管网工程规划(1)第章-给水排水管网工程规划在城市化进程加快的当今社会，给水排水管网是城市基础设施建设中不可或缺的一部分。
给水排水管网工程规划的合理与否不仅关乎城市排水与供水的效率，还关系到城市的人们生活品质与生态环境。
一、给水管网规划1.水源选择和调度：根据城市当地的气候特点和水资源状况选择合适的水源，并制定详细的调度计划，确保水源各个环节的顺畅。
2.水厂建设与改造：根据对水质要求和市容市貌的理念，科学规划水厂区域及其设备结构，确保水厂的生产效率和质量稳定。
3.管网设计：通过对地形的分析和管网流量的计算，科学规划管道的长度、管径、线路布局等，确保供水的质量和供水网的稳定性。
4.供水监测：通过建立水质监测站、漏损监测系统等手段，及时发现管网的漏损和水质变化，并进行有效的治理。
5.管网维护管理：建立完善的管网信息系统，对管网的维护和管理进行监督和控制，确保管道的安全和无障碍供水。
二、排水管网规划1.污水处理设施的选址和规划：根据城市人口密度、污水排放量和地形地貌等因素，选址和规划污水处理厂，确保排放污水经处理后水质达标。
2.管网设计：根据群众需求和科学计算，规划排水管道的长度、管径、线路网络等，确保排水管网稳定性和损失率低。
3.管道施工：专业制造人员应根据设计方案进行管道安装，保证方案的可行性性和施工进度的合理性。
4.管网监测：建立排水网系统的流量监测站和排尺站等，及时发现管网的漏水和下水道疏通，进行治理和维修。
5.管网维护管理：建立完善的管网信息系统，对排水管网的维护和管理进行监督和控制，确保排水管道的安全和治理。
给水排水管网工程规划是基础设施建设中不可忽视的一部分。
对于城市发展，水源利用和调度是重中之重，保证水厂建设与改造，规划管网设计、监测管理以及管道施工技术等条款都必须秉承合理、先进与科技的基本原则。
只有坚持这些原则，才能确保给水排水管网工程建设的高效与可持续发展。
第一章 水力学基础知识
γ = G / V = mg / V = ρg
第一章 水力学基础知识
液体的粘滞性 定义： 定义：运动状态下的液体具有抵抗切应变能 力的特性称为液体的粘滞性。 力的特性称为液体的粘滞性。 判断：静止状态下的液体不具有粘滞性。 判断：静止状态下的液体不具有粘滞性。
第一章 水力学基础知识
液体的压缩性 定义：液体受压时体积压缩变形， 定义：液体受压时体积压缩变形，压力除去 后又恢复原状， 后又恢复原状，液体的这种性质称为压缩 性。
（ （
形） 形） 形） 形）
形Re 形 k=2320
3、水流形态及水流损失 、
沿程阻力（均匀流或渐变流）： 沿程阻力（均匀流或渐变流）：
h f = il
（2）水头损失 ）
非均匀流或急变流）： 局部阻力（非均匀流或急变流）：
v2 hj = ζ 2g
总水头损失： 总水头损失：hw = ∑ h f + ∑ h j
3、室外排水管网 、
2、液体的力学概念 、
）、水动力学概念 （2）、水动力学概念 ）、
过水断面、 过水断面、流量和流速 过水断面A：与流线正交的液流横断面。 过水断面 ：与流线正交的液流横断面。 注：过水断面可能是平面也可能是曲面。 过水断面可能是平面也可能是曲面。 流量Q：单位时间内通过过水断面的液体体积。 流量 ：单位时间内通过过水断面的液体体积。 单位： 单位：m3 / s 断面平均流速 v ： v = Q / A
2、液体的力学概念 、
）、水静力学概念 （1）、水静力学概念 ）、 静止状态的理解 静水压强： 静水压强： 静水压强的基本方程
p = p0 + γh
静水压强的特性 • 静水压强的方向； 静水压强的方向； 静水压强分布图的画 • 静水压强的大小 静水压强的大小. 法。
第一章给水排水管网系统概论
排水管道系统的构成——街道排水管网
排水管道系统的构成——工厂排水管网系统
提升泵站
提升泵站
废水排放口
排水管网系统构成：
排水 管网 系统 构成
废水收集设施 排水管网 排水调节池
提升泵站 废水输水管（渠） 废水排放口
1.4 给排水管网系统的类型与体制
1.4.1 给水管道系统的类型
按水源数目分类：（1）单水源给水管网系统 （2）多水源给水管网系统
水压调节设施
泵站
是输配水系统 中的加压设施 ，一般由多台 水泵并联组成
减压设施
用减压阀和节 流孔板降低和 稳定输配水系 统局部的水压
给水泵站
减压阀门
水量调节设施
有清水池、水塔和高位水池等形式。其主 要作用是调节供水与用水的流量差，也称调节 构筑物。水量调节设施也可用于贮存备用水量， 以保证消防、检修、停电和事故等情况下的用 水，提高供水的安全可靠性。
给排水系统的三个水质变化过程
水质 变化
给水处理
用户用水
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废水处理
除此以外，由于管道材料的溶解、析出、结垢和 微生物滋生等原因给水管网的水质也会发生变化。
1.Байду номын сангаас.3 给排水系统的水压关系
给水系统 中水的输
送方式
全重力给水 一级加压给水 二级加压给水 多级加压给水
排水系统的输水方式
1.4.2 排水管道系统的体制
截流式合流制排水系统
特点： 投资较 省、污 染不大、 有污水 厂
适用： 干旱地 区、旧 城改建
1.4.2 排水管道系统的体制
完全分流制排水系统
特点：投 资大、污 染小、有 污水厂
适用：新 建地区
第三章第3章给水排水管网水力学基础.
第3章给水排水管网水力学基础3.1 基本概念3.2 管渠水头损失计算3.3 非满流管渠水力计算3.4 管道的水力等效简化3.1基本概念3.1.1管道内水流特征Re=ρvd/μ3.1基本概念3.1.2有压流与无压流有压流：水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面（压力流、管流）无压流：水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，其余与空气接触，具有自由液面（重力流、明渠流）3.1基本概念3.1.3恒定流与非恒定流恒定流：水体在运动过程中，其各点的流速与压力不随时间而变化，而与空间位置有关的流动称为恒定流非恒定流：水体在运动过程中，其流速与压力不与空间位置有关，还随时间的而变化的流动称为非恒定流3.1基本概念3.1.4均匀流与非均匀流均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流程不变的流动称为均匀流非均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流程变化的流动称为非均匀流3.1基本概念3.1.5水流的水头与水头损失水头：指的是单位质量的流体所具有的能量除以重力加速度，一般用h或H表示，常用单位为米（m）3.1基本概念3.1.5水流的水头与水头损失水头损失：流体克服阻力所消耗的机械能3.2管渠水头损失计算 3.2.1沿程水头损失计算管渠的沿程水头损失常用谢才公式计算对于圆管满流，沿程水头损失可用达西公式计算R 为过水断面的里半径，及过水断面面积除以湿周，圆管满流时R=0.25D流体在非圆形直管内流动时，其阻力损失也可按照上述公式计算，但应将D 以当量直径de 来代替 3.2管渠水头损失计算3.2.1沿程水头损失计算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。
1.舍维列夫公式适用：旧铸铁管和旧钢管满管湍流，水温10C0（压力管道）将上述公式带入达西公式2.海曾－威廉公式适用：较光滑圆管满流（压力管道）将上述公式带入达西公式3.柯尔勃洛克-怀特公式适用：各种湍流（压力管道）4.巴甫洛夫斯基公式适用：明渠流、非满流管道将上述公式带入谢才公式5.曼宁公式适用：曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中y=1/6时的特例，适用于明渠或较粗糙的管道计算将上述公式带入谢才公式3.2管渠水头损失计算3.2.1沿程水头损失计算3.2管渠水头损失计算3.2.1沿程水头损失计算✓给水排水管道计算时水流流态均按照湍流考虑✓给水排水管道用得最多的是圆管✓给水排水管道计算一般按照恒定流考虑✓如果管道截面在一定距离内不变且没有转弯和交汇，则管内流动按照均匀流考虑，水头损失按照沿程水头损失公式计算（谢才公式、达西公式）；非均匀流（即管截面发生变化、转弯、汇合)采用局部水头公式计算3．2．3 局部水头损失计算式中hm——局部水头损失，m；ξ——局部阻力系数P50 表3-4。
给水排水管网系统PPT演示文稿
2.5 规划布置
布置原则与形式
✓ 布置原则 参见教材 ✓ 布置形式 树状、环状
输水管渠定线 给水管网定线
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给水管网定线
城市管网
✓ 内容：在地形平面图上确定管线的走向和位置。一般仅限于干管及联络管， 不包括分配管和进户管。
✓ 影响因素：城市平面布置、供水区地形、水源和调节水池位置、街区和用 户分布、河流铁路桥梁等位置
✓ 确定工艺流程及水质保 证措施
系统在本分区内的主体设施和工程管网，制定针 对本分区的技术规定和实施措施
✓ 管网规划和干管布置与 ✓ 详细规划 提出调整意见和建议基础上，具体布
定线
置本详规范围所有的室外工程设施和工程管线，
✓ 其它
提出相应的工程建设技术要求和实施措施
13
2.2 规划原则及工作程序
规划原则
31
给水管网模型
管网模型化
管网抽象
管网的抽象
目的：表达为仅由管段和节点组成的管网模型 管段：（1）特征：输送水量而不改变水量，可以改变水的能量。
（2）属性：长度、直径、粗糙系数（构造属性）；管段方向、起 点、终点（拓扑属性）；流量、流速、扬程、摩阻、压降（水力属性） 节点：（1）特征：管线交叉点、端点或大流量出入点；传递能量，不能 改变水的能量，有流量的输入与输出。
给水管网系统
任课教师：梁建军 重庆大学城环学院
2007年3月
0 绪论
0.1 给水系统组成及任务 0.2 管网系统在给水系统的地位 0.3 管网系统主要内容 0.4 本课程的目的
2
0.1 给水系统组成及任务
系统组成
主要设施
取水
取水泵房、取水头部等
净水
水厂
输水
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第章给水排水管网水力学基础(1)
随着城市化进程的快速发展，城市给水排水事业也得到了飞速的发展。
而给水排水管网的水力学基础则是整个城市给水排水事业的重要基石。
本章将重点介绍关于城市给水排水管网水力学基础的相关内容。
一、管道流动基础
1.管道中的压力：
对于流体的流动来说，压力是非常重要的一个参数。
管道中的压力与
其内径、流量、介质等有关。
由于管道的长度为有限长度，因此我们
通常采用单位长度的压缩来表示管道内的压力变化。
2.流动阻力：
在管道中，随着流速的增加，管道中所受到的阻力也会随之增大。
因此，流速与管道内径、流量、介质等有关系。
流动阻力是产生管道压
力充分分布的主要因素。
二、管道流量计算
1.标准流量：
标准流量是指在大气压力和温度下，单位时间内流过管道的物质质量。
我们通常采用标准流量作为管道流量计算的基础单位。
2.管道流量的计算：
对于管道中的流量计算，我们需要同时考虑多个因素，如管道的长度、有效截面积、水的密度等。
其中，管道的有效截面积是影响流量计算
最为关键的因素之一。
三、给水排水管网的设计
1.管道的类型选择：
在给水排水管网的设计中，我们通常会选择不同类型的管道来满足不
同的需求。
如水压力较大区域通常采用钢管或铸铁管道，而水压力较
小的区域则会采用PVC管道。
2.管道计算与结构设计：
管道设计时需要考虑到其施工方式、管道材料以及所需的水力计算等
方面的问题。
在具体的施工过程中，我们需要根据管道所需的水力计
算数据以及管道的结构设计来决定管道的规格。
通过以上介绍，我们可以了解到给水排水管网的水力学基础对于整个
城市给水排水事业具有非常重要的作用。
在进行管道设计时需要综合
考虑各种相关因素，以确保城市给水排水事业的安全和可靠性。