给水排水管网水力学基础.ppt

第3章
给水排水管网水力学基础
给水排水管网水流特征
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:
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= x 10-6m2/s,当水温为30oC时,ν= x 10-6m2/s,当水温为50oC时,ν= 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。
给水排水管网中,~,~,水温一般在5~25℃之间,~ ×10-6m2/s之间,水流雷诺数约在33000~1680000之间,处于紊流状态。
计算表明,给水排水管网中,~,。多数管道的水流状态处于紊流过渡区和阻力平方区,部分管道因流速很小而可能处于紊流光滑管区,~。
恒定流与非恒定流
由于用水量和排水量的经常性变化,给水排水管道中的流量和流速随时间变化,水流经常处于非恒定流(又称非稳定流)状态。但是,非恒定流的水力计算比较复杂,在管网工程设计和水力计算时,一般按恒定流(又称稳定流)计算。
随着计算机技术快速发展与普及,国内外已经开始研究和采用非恒定流计算给水排水管网,而且得到了更接近实际的结果。
均匀流与非均匀流
给水排水管网中的水流参数随时间变化,也随空间变化。特别是明渠流或非满管流,通常都是非均匀流。
对于满管流,长距离等截面满管流为均匀流。
对于非满管流或渠流,只要长距离截面不变,也可近似为均匀流,按沿程水头损失公式计算。
对于短距离或特殊情况下的非均匀流动,运用水力学理论按缓流或急流计算。
压力流与重力流
压力流输水通过具有较大承压能力的管道进行,水流在运动中的阻力主要依靠水泵产生的压能克服,管道阻力大小只与管道内壁粗糙程度、管道长度和流速有关,与管道埋设深度和坡度等无关。
重力流输水系统依靠地形高差,通过管道或渠道由高处流向低处,水流的阻力主要依靠水的位能克服,水位沿水流方向降低,称为水力坡降。
给水管网多采用压力流输水方式,如果地形条件允许,也可采用重力流输水以降低输水成本。排水管网一般采用重力流输水方式,要求管渠的埋设高程随着水流水力坡度下降。
管渠水头损失计算
沿程水头损失计算
对于任意形状管渠断面,采用谢才(Chezy)公式:
式中 hf――沿程水头损失(m); v――过水断面平均流速(m/s);
C――谢才系数; l――管渠长度(m) ;
R――过水断面水力半径(m),对于圆管满流, R=,D为直径(m) 。
对于圆管满流,可采用达西-韦伯(Darcy-Weisbach)公式:
式中 D──管段直径(m);g──重力加速度(m/s2);
λ──沿程阻力系数, 。
常用管材内壁当量粗糙度e(mm)
局部水头损失计算
计算公式:
式中,hm ──局部水头损失,m;
ζ──局部阻力系数,。

经验表明,给水排水管网中的局部水头损失一般不超过沿程水头损失的5%,所以,在管网水力计算中,常忽略局部水头损失的影响,不会造成大的计算误差。
水头损失公式的指数形式
将水头损失计算公式写成指数形式,有利于统一计算公式的表达形式,简化给水排水管网的水力计算,也便于计算机程序设计和编程。
沿程水头损失计算公式的指数形式为:
式中,k、n、m─指数公式的参数。;
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。

或
或
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,。在两者的运行过程中,大多数时间内,均处于非满管流状态。
为了简化计算工作,在给水排水管道的水力计算中一般都采用均匀流公式。
圆形管道非满管流和满管流示意图
(a)非满管流;(b)满管流
圆形管道充满度示意图
非满流管道水力计算公式
管渠流量公式:
式中 A―过水断面面积(m2);
I―水力坡度,对于均匀流,为管渠底坡。
非满流管道水力计算参数公式:
设管径为D,管内水深为y,充满度为y/D,
由管中