输水管道水力计算公式
第四章输气管的水力计算
第四章输气管的水力计算输气管的水力计算是为了确定管道中气体流动时产生的压力损失和流速等水力参数，从而有效地设计输气系统。
本文将从输气管的水力原理、水力计算公式以及实际应用中的注意事项等方面进行详细探讨。
一、水力原理输气管的水力原理主要依据流体的连续性方程、能量方程和阻力方程。
其中连续性方程描述了输气管中气体流动的连续性，能量方程用于计算气体在管道中的能量变化，而阻力方程则是根据经验公式，计算气体流动产生的摩阻力。
二、水力计算公式1.压力损失计算公式：压力损失（ΔP）=λ×L/D×(ρv^2/2)其中，λ为摩阻系数，L为管道长度，D为管道直径，ρ为气体密度，v为气体流速。
2.流速计算公式：流速（v）=Q/（πD^2/4）其中，Q为气体流量，D为管道直径。
3.管径计算公式：D=0.613×（Q/P）^(1/2)其中，Q为气体流量，P为设计压力。
三、实际应用注意事项1.摩阻系数的选择：摩阻系数的选择会直接影响到压力损失的计算结果，需要根据具体情况进行合理的选择，可以参考相关经验数据或者进行实验研究。
2.流量和压力的测量：水力计算需要准确的流量和压力数据，因此在实际应用中需要使用合适的流量计和压力计进行测量。
同时，还需要考虑测量误差的影响，并进行相应的修正。
3.管道布置和管径设计：在输气管的水力计算中，需要合理布置管道和选择合适的管径，以便满足系统的流量和压力要求，并减小压力损失。
在实际应用中应进行综合考虑，根据具体情况进行设计优化。
4.防止压力过高：在输气管的水力计算中，需要考虑到气体在流动过程中的压力变化，防止压力过高对设备和管道造成损坏。
因此，在设计过程中需要合理选择设计参数，进行安全性评估。
总结：输气管的水力计算是设计输气系统中重要的一环，通过合理的水力计算可以确保输气管道的正常运行。
对于水力计算公式的使用和实际应用中的注意事项，设计人员需要充分理解，并综合考虑实际情况，确保设计的合理性和安全性。
管路水力计算
精心整理一、管路水力计算的基本原理1、一般管段中水的质量流量G，kg/h，为已知。
根据G查询热水采暖系统管道水力计算表，查表确定比摩阻R后，该管段的沿程压力损失P y=Rl 就可以确定出来。
局部压力损失按下式计算Σξ----（2（式中ξd——当量局部阻力系数。
计算管段的总压力损失ΔP可写成（5）令ξzh=ξd+Σξ式中ξzh|——管段的这算阻力系数（6）又(7)则（8）设3、当是假设（式中l dΔP=P y+P j=Rl+Rl d=Rl zh（11）式中l z h为管段的折算长度，m。
当量长度法一般多用于室外供热管路的水力计算上。
二、热水采暖系统水力计算的方法1、热水采暖系统水力计算的任务a、已知各管段的流量和循环作用压力，确定各管段管径。
常用于工程设计。
b、已知各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用压力。
常用于校核计算。
c、已知各管段管径和该管段的允许压降，确定该管段的流量。
常用于校核计算。
2、等温降法水力计算方法2-1最不利环路计算（1）最不利环路的选择确定采暖系统是由各循环环路所组成的，所谓最不利环路，就是允许平均比摩阻最小一般就（2式t g—t g—（3式ΔP（4）根据R pj和各管段流量，查表选出最接近的管径，确定该管径下管段的实际比摩阻和实际流速v。
（5）确定各管段的压力损失，进而确定系统总的压力损失。
2-2其他环路计算其他环路的计算是在最不利环路计算的基础上进行的。
应遵循并联环路压力损失平衡的规律，来进行各环路的计算。
应用等温降法进行水力计算时应注意：（1）如果系统位置循环作用压力，可在总压力损失之上附加10%确定。
（2）各并联循环环路应尽量做到阻力平衡，以保证各环路分配的流量符合设计要求。
（但各并联环路的阻力做到绝对平衡是不可能的，允许有一个差额，但不能过大，否则会造成严重失调。
（3）散热器的进流系数跨越式热水采暖系统中，由于一部分直接经跨越管流入下层散热器，散热器立管中的出现近下进行算方法使设计开始。
自来水管网水力计算
自来水管网水力计算1）计算公式的选用1）管径计算公式①按经济流速计算管径：D=18.8*(Q/V)1/2式中：Q---管中流量（m3/h）；D---管道内径(mm)；V---管中流速（m/s）。
可参考下列范围取值：输水管和配水干管：V=0.5～1.2m/s；配水支管：V=0.75～1.0m/s；水泵吸水管：V=1.0～1.2m/s；水泵出水管：V=1.5～2.0m/s。
②按拟定的水力比降计算管径：式中：I---水力比降，其余符号见管网水头损失计算公式。
2）管网水头损失计算公式式中：Q---管中流量（m3/h）；D---管道内径(mm)；h f ---管道沿程水头损失（m）；L---管道长度（m）。
f、m、b---与管材有关的参数，见表3-1。
表3-1 不同管材的f、m、b取值范围注：当Q以m3/s计时，d以m计时，f取(f)对应列的值。
3）局部水头损失（h j）为简化计算，局部水头损失可按沿程水头损失的10％计算。
（2）确定管网控制点（管网中压力最低的节点）一般是离管网入口处较远、地面标高较高的节点，通过水力计算比较确定管网控制点。
（3）确定干管、支管干管：从控制点到管网入口处的最短距离的管线。
控制点→节点………节点→管网入口节点。
支管：非干管管线，要分别列出所经过的节点。
（4）节点出流量Q i计算先将配水管网总流量扣除集中出流节点流量（工业企业集中用水量）后分摊到各管段，再将分摊到各管段的流量分摊到各节点。
1）管段分摊流量通常采用以下几种方法计算①按每管段负担的供水户数分摊管段分摊流量按下式计算：式中：---计算管段分摊流量（L/s）；---工业企业集中用水量（L/s）；----配水管段负担的供水户数（户）；其余符号同前。
按表3-2格式计算。
表3-2 管段分摊出流量计算表②按每管段负担的供水人口数分摊管段分摊流量按下式计算：式中：----配水管段负担的供水人口数（人）；其余符号同前。
按表3-2格式计算。
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。
管路的水力计算
为保证虹吸管能通过设计流量，工程上一般限制管中最 大允许的真空度为[hv]＝7～8.5m。
.
[例1] 如图所示虹吸管，通过虹吸作用将左侧水流引向下游。 已知虹吸管管径d=100mm，H1=2.5m，H2=3.7m，l1=5m，l2=5m。 管道沿程损失因素λ=0.025，进口设有滤网，其局部损失因 素ζe=8，弯头阻力因素ζb=0.15。试求： (1) 通过虹吸管流量； (2) 计算虹吸管最高处A点的真空度。
.
解（1）首先取两过流断面1—1和2—2，以右侧水面 为零基准面，在两断面之间建立伯努利方程，计算点 取在各断面的液面上，其压强均为大气压强，相对压 强为零
H1
hw
l d
v2 2g
( 进
b
出)
v2 2g
v 2.05m / s
q 16.1103 m3 / s 16.1L / s
.
（2）管道最高点A处的真空度为最大，在1—1段面和管 道A断面之间建立伯努利方程,并仍以左侧水面为零基准 面，有
H1
pa
g
(H1
H2)
pA
g
v2 2g
( 进
b
l1 ) d
v2 2g
pa pA
g
H2
(1 进
b
l1 ) d
v2 2g
pv pa pA 5.93m
.
短管水力计算的问题
例1 已知短管l=200m，d=400mm，H=10m，相同
的两个弯头局部水头损失系数为0.25，闸门全开的
给水管道工程计算公式
给水管道工程计算公式在给水管道工程设计中，计算公式是非常重要的工具，它可以帮助工程师准确地计算管道的尺寸、流量、压力损失等参数，从而保证管道系统的正常运行。
本文将介绍一些常用的给水管道工程计算公式，希望能对工程师们在实际工作中有所帮助。
1. 管道流量计算公式。
在给水管道工程设计中，计算管道的流量是一个非常重要的步骤。
通常情况下，管道的流量可以通过以下公式来计算：Q = A v。
其中，Q表示流量，单位为m3/s；A表示管道的横截面积，单位为m2；v表示流速，单位为m/s。
2. 管道压力损失计算公式。
在给水管道系统中，管道的压力损失是一个非常重要的参数，它直接影响着管道系统的运行效率。
通常情况下，管道的压力损失可以通过以下公式来计算：ΔP = f (L/D) (v^2/2g)。
其中，ΔP表示压力损失，单位为Pa；f表示摩擦阻力系数；L表示管道长度，单位为m；D表示管道直径，单位为m；v表示流速，单位为m/s；g表示重力加速度，单位为m/s2。
3. 管道直径计算公式。
在给水管道工程设计中，确定管道的直径是一个非常重要的步骤。
通常情况下，管道的直径可以通过以下公式来计算：D = (4Q/πv)^0.5。
其中，D表示管道直径，单位为m；Q表示流量，单位为m3/s；v表示流速，单位为m/s。
4. 管道材料选型计算公式。
在给水管道工程设计中，选择合适的管道材料是一个非常重要的步骤。
通常情况下，管道材料的选型可以通过以下公式来计算：C = (P D)/S。
其中，C表示管道的材料选择系数；P表示管道的压力，单位为Pa；D表示管道的直径，单位为m；S表示管道的拉伸强度，单位为Pa。
5. 管道支架间距计算公式。
在给水管道工程设计中，确定管道支架的间距是一个非常重要的步骤。
通常情况下，管道支架的间距可以通过以下公式来计算：L = (E D (P+Q))/(2F)。
其中，L表示管道支架的间距，单位为m；E表示管道的弹性模量，单位为Pa；D表示管道的直径，单位为m；P表示管道的压力，单位为Pa；Q表示管道的流量，单位为m3/s；F表示管道支架的安全系数。
输气管道水力计算相关公式
潘汉德尔A式
Q= C2ED2.6182[(PQ2-PZ2)/(Z△0.8539TL)]0.5394
潘汉德尔B式
Q= C3ED2.53[(PQ2-PZ2)/(Z△0.961TL)]0.51
前苏联早期公式 Q= C4D2.7[(PQ2-PZ2)/(Z△TL)]0.5
前苏联近期公式 Q= C5αφED2.6[(PQ2-PZ2)/(Z△TL)]0.5
离输气管道， 公式进行了简
化
0.0384 C的数值见右表
Q=C[(PQ2-PZ2)D5/(λZ△TL)]0.5
104m3/d
式
838.0317
道计算公式(下面只列出了平坦地区的部分公式)
104m3/d
126.2601499 154.2288288 136.449569 128.6290579 128.8599581
C1=
0.3967
C2=
0.3144
C3=
0.3931
C4=
0.4102
C5=
0.393
则α=1/(1+2.92D2/Q)0.1,其中，D--管道内径，m，Q-，φ=0.975；垫环间距6m， φ=0.95。
λ/λr)0.5,
式
系数；λ--设计中采用的
E=Βιβλιοθήκη 0.9道沿线各点的压力Px=[PQ2-(PQ2-PZ2)*x/L]0.5
管道内径 起点压力 终点压力
mm
MPa
MPa
管线长度 km
640
5.8
3.51
110
平坦地区输气管道基本公式
输气管道质量流量 M=
kg/s
管道内径
D=
计算段起点压力 PQ= 5800000 Pa 水力摩阻系数 λ= 0.0094
简单长管的水力计算
简单长管的水力计算由前可知，长管中的局部水头损失、流速水头两项之和与沿程水头损失的比小于５％，局部水头损失及流速水头可忽略不计，因而可使管道计算大为简化，而且对计算精度影响不大。
一般情况下，给水管路、抽水机的压水管、输油管道等均可按长管计算。
（一）简单长管水力计算的基本公式由长管的定义，长管水力计算时，局部水头损失和流速水头忽略不计，能量方程式可简化为1. 由谢才公式计算沿程水头损失 水利工程中的有压管道，水流一般属于紊流的水力粗糙区，其水头损失可直接由谢才公式计算。
，， lH l h J f ==，联立求解有l RC A Q H 222=令即得 l KQ H 22= （5-15）或 lH KQ = (5-16)式中Ｋ——流量模数。
由上式可以看出，当水力坡降J =1时，Q =K ，故K 具有与流量相同的量纲，在水力学中称为流量模数，或特性流量。
它综合反映管道断面形状、尺寸及边壁粗糙对输水能力的影响。
水力坡度J 相同时，输水能力与流量模数成正比。
对于粗糙系数n 为定值的圆管，K 值为管径的函数。
不同直径及糙率的圆管，当谢才系采用611R nC =计算时，其流量模数K 值如表（5-2）所示。
表5-2 给水管道的流量模数数值 （按611=R nC ） 单位：L/sfhH =Av Q =RJ C v =R AC K =K R AC K =对于一般给水管道，一般流速不太大，可能属于紊流的粗糙区或过渡区。
可以近似认为当米/秒时，管流属于过渡区，h f 约与流速v 的1.8次方成正比。
计算水头损失时，可在公式（5-15）中乘以修正系数k ，即l KQ k H 22= （5-17）对于钢管或铸铁管，修正系数可查表5-3表 5-3 钢管及铸铁管修正系数k 值2. 按《标准》（灌溉排水卷）公式计算管道沿程水头损失L DQ f h b mf = （5-18）式中 Q —— 流量，m 3/h ；f —— 管材摩阻系数； L —— 管长，m ；D —— 管道直径，mm ； m —— 流量指数； b —— 管径指数。
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输水管道水力计算公式
1．常用的水力计算公式：
供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西(DARCY ）公式：
g
d v l h f 22
**=λ
(1）
谢才（chezy ）公式：
i R C v **= （2）
海澄－威廉（HAZEN —WILIAMS ）公式：
87
.4852
.1852.167.10d C l
Q h h f ***= （3） 式中 h f —-——--——--—沿程损失,m
λ——-——-----沿程阻力系数 l ----——-—--—管段长度，m
d----—--————管道计算内径,m
g-——-————-—-重力加速度，m/s 2 C ——-----—---谢才系数
i---——-———---水力坡降； R---—---—---水力半径，m
Q ——--——--—-—管道流量m/s 2 v —---—--—---—流速 m/s
C n -—-—-——----海澄―威廉系数
其中达西公式、谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。
海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式,在国内外被广泛用于管网系统计算。
三种水力计算公式中 ，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。
2．规范中水力计算公式的规定
3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异，见表1：
表1 各规范推荐采用的水力计算公式
3．1达西公式
达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式,该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流.公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出.舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F 。
COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。
舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10—6 m 2/s ，适用于旧钢管和旧铸铁管，紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用较广。
柯列勃洛可公式
)Re 51
.27.3lg(
21
λ
λ
+∆*-=d （Δ为当量粗糙度，Re 为雷诺数）是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式，该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合,适用范围为4000〈Re<108。
大量的试验结果表明柯列勃洛克公式与实际商用圆管的阻力试验结果吻合良好，不仅包含了光滑管区和完全粗糙管区,而且覆盖了整个过渡粗糙区，该公式在国外
得到极为广泛的应用。
布拉修斯公式25
.0Re 316
.0=λ是1912年布拉修斯总结光滑管的试验资料提出的，
适用条件为4000<Re<105，一般用于紊流光滑管区的计算。
3.2 谢才公式
该式于1775年由CHEZY 提出，实际是达西公式的一个变形，式中谢才系数
C 一般由经验公式y e R n C *=1计算得出，其中6
1
=y 时称为曼宁公式，y 值采用
)1.0(75.013.05.2---=n R n y (n 为粗糙系数)公式计算时称为巴浦洛夫斯
基公式,这两个公式应用范围均较广。
就谢才公式本身而言，它适用于有压或无
压均匀流动的各阻力区,但由于计算谢才系数C 的经验公式只包括反映管壁粗糙状况的粗糙系数n 和水力半径R ，而没有包括流速及运动粘度，也就是与雷诺数Re 无关，因此该式一般仅适用于粗糙区.曼宁公式的适用条件为n 〈0.02、R 〈0。
5m ；巴浦洛夫斯基公式的适用条件为0.1m ≤R ≤3m ；0。
011≤n ≤0。
04.
3.3 海澄-威廉公式是在直径≤3.66m 工业管道的大量测试数据基础上建立的著名经验公式，适用于常温的清水输送管道，式中海澄—威廉系数Ch 与不同管材的管壁表面粗糙程度有关。
因为该式参数取值简单，易用，也是得到广泛应用的公式之一。
此公式适用范围为光滑区至部分粗糙度区，对应雷诺数Re 范围介于104—2＊106。
通过对各相关规范所推荐计算公式的比较,除混凝土管仍然推荐采用谢才公式外,其它管材大多推荐采用达西公式。
在新版《室外给水设计规范》中取消舍维列夫公式的相关条文，笼统采用达西公式，但未明确要求计算λ值采用的经验公式。
由于舍维列夫公式是建立在对旧钢管及旧铸铁管研究的基础上，然而现在一般采用的钢或铸铁材质管道，内壁通常需进行防腐内衬,经过涂装的管道内壁表面均比旧钢管、旧铸铁管内壁光滑得多,也就是Δ值小得多，采用舍维列夫公式显然也就会产生较大得计算误差，该公式得适用范围相应较窄。
经过内衬的金属管道采用柯列勃洛克公式或谢才公式计算更为合理。
PVC-U,PE 等塑料管道,或者内衬塑料的金属管道，因为其内壁Δ值很低，一般处于0.0015-0.015，管道流态大多位于紊流光滑区,采用适用光滑区的布拉修斯公式以及柯列勃洛克公式一般均能够得到与实际接近的计算结果。
因此, 《埋地硬聚氯乙稀给水管道工程技术规程》及《埋地聚乙稀给水管道工程技术规程》中对塑料管道水力计算公式均是合理的且与《室外给水设计规范》并不矛盾。
海澄—威廉公式可以适用于各种不同材质管道的水力计算，其中海澄—威廉系数Ch 的取值应根据管材确定。
对于内衬水泥砂浆或者涂装有比较光滑的内防腐涂层的管道,其海澄—威廉系数应该参考类似工程经验参数或者实测数据，合理取用。
因此，无论采用达西公式，谢才公式或者海澄—威廉公式计算，不同管材的差异均表现在管内壁表面当量粗糙程度的不同上，各公式中与粗糙度相关系数的取值是影响计算结果的重要因素.值得一提的是,同种材质管道由于采用不同的加工工艺,其内表面的粗糙度也可能有所差异,这一因素在设计过程种也应重视（常用管材得粗糙度系数参考值见表2）.
表2 常见管材粗糙度相关系数参考值
5.管径对选择计算公式的影响
根据雷诺数计算公式v
Vd
Re ，雷诺数与流速v,管径d 成正比，与运动粘度成反比，因此对应管道的不同设计条件应对所使用计算公式的适用范围进行复核，保证计算得准确性.
大多数供水工程的设计按照水温10℃，运动粘度1.3＊10-5 m 2/s 的条件考虑,因此雷诺数实际受流速及管道口径的影响。
以塑料管道为例，在正常设计流速范围条件下，管道内径大于100mm 时，虽然管道仍然处于紊流光滑区，但其雷诺数Re 〉105，也就是说已经超出了布拉修斯公式的适用范围,而且误差大小与雷诺数成正比。
对PVC-U 管，采用布拉修斯公式与柯列勃洛克公式对比计算，当管内径为500mm ，流速1。
5 m/s 时，采用布拉修斯公式得出得水力坡降比柯列波列克的结果低11%以上。
采用《埋地硬聚氯乙稀给水管道工程技术规程》推荐的修正公式与柯式对比计算，修正公式计算结果,小口径管偏安全，中等口径与柯式符合较好，大口径管得负误差达5％以上。
因此,大口径塑料管或采用塑料内衬管不宜采用布拉修斯公式计算，而更宜于采用如柯列波洛克公式等适用条件更宽的其它经验公式,或应通过试验等对其进行修正。
与上述情况类似，采用谢才公式计算时，如果管道内径大于2m 时则不采用曼宁公式计算谢才系数。
如果采用巴甫洛夫斯基公式,其适用管径可以达到12m ，对一般输水工程管道已完全足够了。
海澄-威廉公式的数据基础是WILLIAMS 和HAZEN 在大量工业管道现场或试验测量获得的。
该公式因为简单易用，被广泛运用在管网水力计算中,国内外不少管道水力计算软件均采用该公式编制.由此可见,对于口径大于2m 的管道应尽量避免采用海澄-威廉公式计算。
6.值得提出的是,上述所有水力计算公式中采用的管径均为计算内径，各种管道均应采用管道净内直径计算，对于采用水泥砂浆内衬的金属管道应考虑内衬层厚
度的影响。
大口径管道计算应尽量避免采用海澄—威廉公式，建议采用柯列勃洛克公式计算，大量试验结果证明该公式计算结果与实际工业管道符合性好，水力条件适用范围广，虽然运用该式需要进行多次迭代计算才能得到λ值，较为麻烦，不过运用计算机简单编程既能方便地得到较为准确的结果,手工计算时也可以通过查表或者查图辅助计算。