长距离输水管道阻力损失计算.pdf

长距离输水管道水力计算公式的选用长距离输水管道水力计算公式的选用 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：gdvlhf22=（1）谢才（chezy）公式：iRCv=（2）海澄威廉（HAZEN-WILIAMS）公式：87.4852.1852.167.10dClQhhf=（3）式中 hf-沿程损失，m 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/s2 C-谢才系数 i-水力坡降；R水力半径，m Q管道流量 m/s2 v-流速 m/s Cn-海澄威廉系数 其中大西公式，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 序号序号 推荐公式推荐公式 参数（参数计算公式）参数（参数计算公式）适用管道适用管道 规范名称规范名称 1 达西公式达西公式（舍维列夫公式）（舍维列夫公式）旧钢管，旧铸铁管旧钢管，旧铸铁管 室外给水设计规室外给水设计规范范 GBJ14-87,已废已废止。止。2 谢才公式谢才公式 C（漫宁公式，巴浦洛夫斯基公（漫宁公式，巴浦洛夫斯基公式）式）混凝土管和钢筋混凝土管混凝土管和钢筋混凝土管 3 达西公式达西公式 塑料管塑料管 室外给水设计规室外给水设计规范范（GB50013-2006 4 谢才公式谢才公式 C（漫宁公式，巴浦洛夫斯基公（漫宁公式，巴浦洛夫斯基公式式 混凝土管渠及采用砂浆内衬的混凝土管渠及采用砂浆内衬的金属管金属管 5 海澄威廉公式海澄威廉公式 Ch 输配水管道及配水管网水力平输配水管道及配水管网水力平差差 6 达西公式达西公式 (修正的布拉修斯公式）修正的布拉修斯公式）硬聚氯乙烯给水管硬聚氯乙烯给水管 埋地硬聚氯乙稀埋地硬聚氯乙稀给水埋地管道工程给水埋地管道工程技术规程技术规程（CECS17:2000)7 达西公式达西公式 (柯列勃罗克公式）柯列勃罗克公式）PE 管管 埋地聚乙稀给水埋地聚乙稀给水埋地管道工程技术埋地管道工程技术规程规程（CJJ101-2004)8 海澄威廉公式海澄威廉公式 Ch 各种管材各种管材 建筑给水排水设建筑给水排水设计规范计规范（GB50015-2003 9 达西公式达西公式 夜相流的各种管道夜相流的各种管道 工业金属管道设工业金属管道设计规范计规范（GB50316-2000 4 公式的适用范围：31 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值的确定是水头损失计算的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值的著名经验公式。）公式均是针对工业管道条件计算值的著名经验公式。舍维列夫公式的导出条件是水温舍维列夫公式的导出条件是水温 10，运动粘度，运动粘度 1.3*10-6 m2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用教广该公式在国内运用教广.柯列勃洛可公式柯列勃洛可公式)Re51.27.3lg(21+=d(为当量粗糙度为当量粗糙度,Re 为雷诺为雷诺数数)是根据大是根据大量工业量工业管道管道试验资试验资料料提出提出的的工业工业管道管道过渡区过渡区值值计算公式计算公式,该该式式实际上是泥古实际上是泥古拉拉兹光滑区兹光滑区公式和公式和粗糙区粗糙区公式的公式的结合结合,适用范适用范围为围为 4000Re108.大量大量的的试验结果表明柯试验结果表明柯列列勃勃洛洛克克公式公式与实际商与实际商用用圆圆管的管的阻阻力力试验结果吻合良好试验结果吻合良好,不仅包含不仅包含了了光滑光滑管管区区和和完全完全粗糙粗糙管管区区,而且覆盖而且覆盖了整个了整个过渡粗糙区过渡粗糙区,该该公式公式在国在国外外得得到到及及为广为广泛泛的的应应用用.布拉修斯公式布拉修斯公式25.0Re316.0=是是 1912 年年布拉修斯布拉修斯总总结光滑结光滑管的管的试验资试验资料料提出提出的的,适用适用条件为条件为4000Re105,一般一般用用于紊流光滑于紊流光滑管管区区的计算的计算.3.2 谢才公式谢才公式 该该式式于于 1775 年由年由 CHEZY 提出提出,实际是实际是达西公式的达西公式的一一个变形个变形,式式中中谢才谢才系系数数 C 一般一般由由经验经验公式公式yeRnC=1计 算计 算 得 出得 出,其 中其 中61=y时时 称称 为为 曼曼 宁 公 式宁 公 式,y值值 采 用采 用)1.0(75.013.05.2=nRny(n 为粗糙为粗糙系系数数)公式计算公式计算时时称称为为巴浦洛夫斯基巴浦洛夫斯基,这这两个两个公式公式应应用范用范围均围均较较广广.就就谢才公式谢才公式本身而言本身而言,它它适用适用于于有压或无压有压或无压均均匀匀流动流动的的各阻各阻力力区区,但由但由于于计算谢才计算谢才系系数数 C 的的经验经验公式公式只只包包括反映括反映管管壁壁粗糙粗糙状况状况的的粗糙粗糙系系数数 n 和水力和水力半径半径 R,而而没有没有包包括括流流速速及及运动运动年年度度,也就也就是与雷诺是与雷诺数数 Re 无无关关,因此因此该该式式一般仅一般仅适用适用于粗糙区于粗糙区.曼曼宁公宁公式的适用式的适用条件为条件为n0.02,R105,也就是说已经超出了布拉修斯公式得适用范围,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得结果低 11%以上.采用埋地硬聚氯乙稀给水管道工程技术规程推荐得修正埋地硬聚氯乙稀给水管道工程技术规程推荐得修正公式与柯式对比计算公式与柯式对比计算,修正公式计算结果修正公式计算结果,小口径管偏安全小口径管偏安全,中等口径与柯式符合较好中等口径与柯式符合较好,大口大口径管得负误差达径管得负误差达 5%以上以上.因此笔者认为因此笔者认为,大口径塑料管或采用塑料内衬管不宜采用布拉修斯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得其它经验公式而更宜于采用如柯列波洛克公式等适用条件更宽得其它经验公式,或应通过试验或应通过试验等对其进行修正等对其进行修正.与上与上述情述情况况类似类似,采用谢才公式计算采用谢才公式计算时时,如如果果管道内管道内径径大于大于 2m 时时则则不不采用采用曼曼宁公式计算谢才宁公式计算谢才系系数数.如如果果采用巴采用巴甫甫洛夫斯基公式洛夫斯基公式,其其适用管适用管径径可可以以达达到到 12m,对一般对一般输水输水工程工程管道已管道已完全完全足足够够了了.海澄海澄-威廉公式的数威廉公式的数据据基基础础是是 WILLIAMS 和和 HAZEN 在大量工业在大量工业管道管道现现场场或或试验试验测测量量或或得得的的.该该公式公式因因为为简单易简单易用用,被被广广泛泛运运用用在在管网水力计算管网水力计算中中,国国内外内外不不少少管道水力计算管道水力计算软软件均件均采用采用该该公式公式编制编制.由此由此可可见见,对于对于口口径径大于大于2m得得管道管道应应尽尽量量避免避免采用海澄采用海澄-威廉公式计算威廉公式计算以策安以策安全全.6.值得提出得是值得提出得是,上述所有水力计算公式中采用得管径均为计算内径上述所有水力计算公式中采用得管径均为计算内径,各种管道均应采用管各种管道均应采用管道净内空直径计算道净内空直径计算,对于采用水泥砂浆内衬得金属管道应考虑内衬层厚度得影响对于采用水泥砂浆内衬得金属管道应考虑内衬层厚度得影响.大大口口径径管道计算管道计算应应尽尽量量避免避免采用海澄采用海澄-威廉公式威廉公式,建建议议采用采用柯柯列列勃勃洛洛克克公式计算公式计算,大量试验大量试验结果结果证证明该明该公式计算公式计算结果与实际工业结果与实际工业管道管道符符合合性性好好,水力水力条件条件适用范适用范围广围广,虽虽然然运运用用该该式式需需要进行多要进行多次迭代次迭代计算才计算才能能得得到到值值,较较为为麻烦麻烦,不过运不过运用计算用计算机机简单简单编编程程既能方便既能方便地地得得到较到较为为准准确确地地结果结果,手手工工计算计算时也时也可可以以通通过过查查表表或或者者查询蓦迪图辅助查询蓦迪图辅助计算计算.