第三章 给水排水管网水力学基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 给水排水管网水力学基础,2010,年,9,月,8,日,3.1,给水排水管网水流特征,流态特征,给水排水管网中，水流水力因素随时间变化，属于非恒定流，水力计算复杂。,在设计时一般只能按,恒定流,计算。,恒定流与非恒定流,恒定流：,水体在运动过程中，其各点的流速和压力,不随时间而变化，而与空间位置有关的流动。,非恒定流：,水体各点的流速和压力不仅与空间位置,有关，还随时间而变化的流动。,满管流动,1,）如管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，为均匀流，,管道对水流阻力沿程不变，采用,沿程水头损失公式,计算；,2,）当管道在局部分叉、转弯与变截面时，流动为非均匀流，,采用,局部水头损失公式,计算。,非满管流或明渠流,只要长距离截面不变，可以近似为均匀流，按,沿程水头损失公式,计算。,均匀流与非均匀流,非均匀流：,液体质点流速的大小和方向沿流程变,化，水流参数随时间和空间变化。,均匀流：,液体质点流速的大小和方向沿流程不变。,压力流与重力流,压力流：,水体沿流程整个周界与固体壁面接触，无自由液面，满管流动，又称管流。,压力流,输水通过封闭的管道进行，水流阻力主要依靠水,的压能克服，阻力大小只与管道内壁粗糙程度有关、管道长,度和流速有关，与管道埋设深度和坡度无关。,重力流：,水体沿流程一部分与固体壁面接触，另一,部分与空气接触，具有自由液面。非满管流动，又,称明渠流。,重力流,管渠中水面与大气相通，非满流，水流阻力依靠 水的位能克服，形成水面沿水流方向降低。,给水多压力流，排水多重力流；,长距离输水重力流，排水泵站出水管、倒虹管压力流。,水流的水头与水头损失,测压管水头,水头分为,水头损失：,流体克服流动阻力所消耗的机械能。,水头损失分为,沿程水头损失,局部水头损失,水头：,单位重量的流体所具有的机械能，,用,h,或,H,表示，单位米水柱,(mH,2,O),。,位置水头,Z,压力水头,P/r,流速水头,v,2,/2g,3.2,管渠水头损失计算,h,f,沿程水头损失，,m,；,v,过水断面平均流速，,m/s,；,C,谢才系数；,R,过水断面水力半径，,m,，圆管流,R=0.25D,；,l,管渠长度，,m,。,3.2.1,沿程水头损失计算,管渠,沿程水头损失用,谢才公式,圆管满流,，,沿程水头损失也可用,达西公式,：,C,、,与水流流态有关，一般采用经验公式,或半经验公式计算。常用公式如下：,D,管段直径，,m,；,g,重力加速度，,m/s,2,；,沿程阻力系数，,=8g/C,2,适用,:,旧铸铁管,和,旧钢管,满管紊流，水温,10,度,(,给水管道,),代入达西公式,（,1,）舍维列夫公式,适用,:,较光滑的圆管满流管紊流,（给水管道）,代入达西公式,q,流量，,m3/s,；,Cw,海曾,-,威廉粗糙系数。,（,2,）海曾,-,威廉公式,适用于,各种紊流，,是适用性和计算精度最高的公式。,简,化,为,直,接,计,算,式,（,3,）柯尔勃洛克,-,怀特公式,e,管壁当量粗糙度，,m,。,适用于,明渠流,和,非满流排水管道,计算。,代入谢才公式,（,4,）巴甫洛夫斯基公式,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。,代入谢才公式,n,M,曼宁公式粗糙系数。,（,5,）曼宁公式,3.2.2,沿程水头损失计算公式的比较与选用,4,）,舍维列夫公式在,1.0e1.5mm,之间给出了令人满意的结果，对旧金属管道较适用，但对管壁光滑或特别粗糙的管道是不适用的。,1,）,巴甫洛夫斯基公式适用范围广，计算精度也高，特别是对于较粗糙的管道，管道水流状态仍保持较准确的计算结果，最佳适用范围为,1.0e5.0mm,；,2,）,曼宁公式亦适用于较粗糙的管道，最佳适用范围为,0.5e4.0mm,；,3,）,海曾威廉公式则适用于较光滑的管道，特别,是当,e0.25mm,（,CW130,）时，该公式较其它公式,有较高的计算精度；,3.2.3,局部水头损失计算,局部阻力设施,局部阻力设施,全开闸阀,0.19,90,。,弯头,0.9,50%,开启闸阀,2.06,45,。,弯头,0.4,截止阀,35.5,三通转弯,1.5,全开蝶阀,0.24,三流直流,0.1,局部阻力系数,3.2.4,水头损失公式的指数形式,沿程水头损失,计算公式的指数形式：,参数,海曾威廉公式,曼宁公式,舍维列夫公式,K,10.67/C,w,1.852,10.29n,M,2,0.001798,n,1.852,2.0,1.911,m,4.87,5.333,5.123,沿程水头损失指数公式参数,局部水头损失,公式的指数形式：,沿程水头损失,与,局部水头损失,之和：,式中,Sg,管道阻力系数；,3.3,非满流管渠水力计算,排水管网,和,长距离输水,工程常采用非满管流。,水力计算目的：确定,3.3.1,非满流管渠水力计算公式,h,D,充满度,h/D:,设计流量下，管道内有效水深与管径之比,过水断面,A=A,（,D,，,h/D,）,水力半径,R=R(D,h/D),3.3.1,非满流管渠水力计算公式,采用谢才公式计算水头损失，将曼宁公式代人并转换：,5,个水力参数,q,、,D,、,h,、,I,、,v,已知其中,3,个才能求出另一个，水力计算很复杂。采用,简化法,。,由流量和流速关系,将,A,，,R,代入上两式,A=A,（,D,，,h/D,）,R=R(D,h/D),方法,：,首先根据已知资料，计算出流量,Q,，,根据,Q,值可初步确定管径,D,；,然后，根据,Q,、,D,值，求,I,、,h/D,、,v,值。在这三个未知数中，还需知道一个参数，才能求得另外两个，此时可以在三个参数中先假设一个值，比如流速为最小流速，或是坡度为最小坡度，或是充满度满足一定要求等，之后进行查表或查图，就可得出其余两个未知数；最后要进行校核，若得出的两个参数满足其规定的要求，则计算完成，若不满足要求，则需调整假设值，甚至管径,D,，,重新进行计算。,水力计算图适用于,混凝土,及,钢筋混凝土管道,，其粗糙系数,n,0.014,。每张图适用于一个指定的管径。我国,室外排水设计规范,和,给水排水设计手册,推荐此法。,非满流管渠水力计算简化法一,水力计算图表,例,1,已知,n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求,v,和,h/D,精度低,通用性差,坡度,充满度,流速,流量,例,1,已知,n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求,v,和,h/D,可证明满流,A,0,、,R,0,、,q,o,、,v,o,，,与 非满流相应,A,、,R,、,q,、,v,的比,例,A,/A,0,、,R/R,0,、,q/,q,o,、,v/,v,o,只和充满度有关。,非满流管渠水力计算简化法二,比例变换法,假设有一条满流管渠,与待计算的非满流管渠具,有相同的管径,D,和水力坡,度,I,，其过水断面面积为,A0,，水力半径为,R0,，通过,流量为,qo,，流速为,vo,，,满流时：,2,）根据充满度,h/D,，查表,3.7,得,A/A,0,，然后用下式计算流速,v,。,充满度,h/D,流速,v,已知,求,流量,q,管径,D,水力坡度,I,1,）先由下式计算,q/q0,，反查表,3.7,的充满度,h/D,；,例,2,已知某污水管道设计流量为,q=100L/s,，根据地形条件可以采用水力坡度为,I=7%,，初拟采用管径,D=400mm,的钢筋混凝土管，粗糙系数,n,M,=0.014,，求其充满度,h/D,和流速,v,。,解用粗糙度系数、管径和水力坡度带入式,3.32,计算,：,反查表,3.7,的充满度,h/D=56.9%,，相应,A/AO=0.587,，,由式,3.33,计算：,3.4,管道的水力等效简化,多条管道串联或并联，等效为单条管道；,管道沿线分散出流或入流，等效为集中出流或入流；,泵站多台水泵并联工作可以等效为单台水泵。,采用水力等效原理，将局部管网简化成简单的形式。,l,1,l,2,l,N,d,1,d,2,d,N,1,、,串联管道的简化,l,根据水力等效的原则：,2,、并联管道的简化,将它们等效为一条直径为,d,，长度为,l,的管道，输送流量,q=q,1,+q,2,+,q,N,。,d,1,q,1,d,2,q,2,d,N,q,N,q,根据水力等效的原则：,