【土木建筑】第3章 水力计算基础.ppt

第第3 3章章 给水排水管网给水排水管网 水力学基础水力学基础3.1 3.1 3.1 3.1 给排水管网水流特征给排水管网水流特征给排水管网水流特征给排水管网水流特征3 3 3 3．．．．1 1 1 1．．．．1 1 1 1 流态特征流态特征流态特征流态特征3 3 3 3．．．．1 1 1 1．．．．2 2 2 2 恒定流与非恒定流恒定流与非恒定流恒定流与非恒定流恒定流与非恒定流水量变化－非恒定流（复杂）－按恒定流计算水量变化－非恒定流（复杂）－按恒定流计算水量变化－非恒定流（复杂）－按恒定流计算水量变化－非恒定流（复杂）－按恒定流计算3 3 3 3．．．．1 1 1 1．．．．3 3 3 3 均匀流与非均匀流均匀流与非均匀流均匀流与非均匀流均匀流与非均匀流水流参数往往随时间和空间变化－非均匀流水流参数往往随时间和空间变化－非均匀流水流参数往往随时间和空间变化－非均匀流水流参数往往随时间和空间变化－非均匀流 3 3．．1 1．．4 4 压力流与重力流压力流与重力流1 1 1 1．压力流：．压力流：．压力流：．压力流：hf∝nhf∝nhf∝nhf∝n、、、、l l l l、、、、v v v v；与；与；与；与H H H H、、、、I I I I无关（压能克无关（压能克无关（压能克无关（压能克服水流阻力）服水流阻力）服水流阻力）服水流阻力）2 2 2 2．重力流：靠水的位能克服．重力流：靠水的位能克服．重力流：靠水的位能克服．重力流：靠水的位能克服3 3．．1 1．．5 5 水流的水头与水头损失水流的水头与水头损失水头是指单位重量的流体所具有的机械能。

水头是指单位重量的流体所具有的机械能水头是指单位重量的流体所具有的机械能水头是指单位重量的流体所具有的机械能H H H H＝＝＝＝Z Z Z Z＋＋＋＋P/γP/γP/γP/γ＋＋＋＋v v v v2 2 2 2/2g/2g/2g/2g水头损失：流体克服流动阻力所消耗的 机械能3 3 3 3．．．．2 2 2 2 管渠水头损失计算管渠水头损失计算管渠水头损失计算管渠水头损失计算3 3 3 3．．．．2 2 2 2．．．．1 1 1 1 沿程水头损失计算沿程水头损失计算沿程水头损失计算沿程水头损失计算管渠沿程水头损失用谢才公式管渠沿程水头损失用谢才公式管渠沿程水头损失用谢才公式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：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： C C C C、、、、λλλλ与水流流态有关，一般采与水流流态有关，一般采与水流流态有关，一般采与水流流态有关，一般采用经验公式或半经验公式计算。

常用：用经验公式或半经验公式计算常用：用经验公式或半经验公式计算常用：用经验公式或半经验公式计算常用：1．舍维列夫公式适用：旧铸铁管和旧钢管满管紊流，水适用：旧铸铁管和旧钢管满管紊流，水适用：旧铸铁管和旧钢管满管紊流，水适用：旧铸铁管和旧钢管满管紊流，水温温温温100C100C100C100C0 0 0 0（给水管道计算）（给水管道计算）（给水管道计算）（给水管道计算）2．海曾－威廉公式海曾－威廉公式适用：较光滑圆管满流紊流（给水管道）适用：较光滑圆管满流紊流（给水管道）适用：较光滑圆管满流紊流（给水管道）适用：较光滑圆管满流紊流（给水管道）3．柯尔勃洛克－怀特公式适用：各种紊流，是适应性和计算精度最高的公式适用：各种紊流，是适应性和计算精度最高的公式适用：各种紊流，是适应性和计算精度最高的公式适用：各种紊流，是适应性和计算精度最高的公式4. 巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式适用：明渠流、非满流排水管道5．曼宁公式曼宁公式 曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中y=1/6y=1/6y=1/6y=1/6时时时时的特例，适用于明渠或较粗糙的管道计算。

的特例，适用于明渠或较粗糙的管道计算的特例，适用于明渠或较粗糙的管道计算的特例，适用于明渠或较粗糙的管道计算3．．2．．2 沿程水头损失计算公式的比较与选用沿程水头损失计算公式的比较与选用Ø巴甫洛夫斯基公式适用范围广，计算精度也较高，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1.0≤e≤5.0mm；Ø曼宁公式亦适用于较粗糙的管道，最佳适用范围为0.5≤e≤4.0mm；Ø海曾－威廉公式则适用于较光滑的管道，特别是当e≤0.25mm（CW≥130）时，该公式较其它公式有较高的计算精度；Ø舍维列夫公式在1.0≤e≤1.5mm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3．．2．．3 局部水头损失计算局部水头损失计算式中式中式中式中 hmhmhmhm————————局部水头损失，局部水头损失，局部水头损失，局部水头损失，m m m m；；；； ξ——ξ——ξ——ξ——局部阻力系数局部阻力系数局部阻力系数局部阻力系数 给水排水管网中局部水头损失一般不超给水排水管网中局部水头损失一般不超给水排水管网中局部水头损失一般不超给水排水管网中局部水头损失一般不超过沿程水头损失的过沿程水头损失的过沿程水头损失的过沿程水头损失的5%5%5%5%，常忽略局部水头损失的影，常忽略局部水头损失的影，常忽略局部水头损失的影，常忽略局部水头损失的影响，不会造成大的计算误差。

响，不会造成大的计算误差响，不会造成大的计算误差响，不会造成大的计算误差 3．．2．．4水头损失公式的指数形式水头损失公式的指数形式有利于管网理论分析，便于计算机程序设计有利于管网理论分析，便于计算机程序设计有利于管网理论分析，便于计算机程序设计有利于管网理论分析，便于计算机程序设计 1 1 1 1．沿程水头损失公式的指数形式为：．沿程水头损失公式的指数形式为：．沿程水头损失公式的指数形式为：．沿程水头损失公式的指数形式为：式中 k、n、m——指数公式参数； a——比阻，即单位管长的摩 阻系数， 2．局部水头损失公式的指数形式为：3．沿程水头损失与局部水头损失之和式中 Sm——局部阻力系数；式中 Sg——管道阻力系数；3．．3 非满流管渠水力计算非满流管渠水力计算水力计算目的：确定水力计算目的：确定水力计算目的：确定水力计算目的：确定3．3．1非满流管渠水力计算公式非满流管渠水力计算公式1．非满流管渠水力计算公式常用的均匀流基本公式有：式中 Q —— 流量（m3/s）； ω —— 过水断面面积（m2） v —— 流速（m/s）； R —— 水力半径（ｍ）； I —— 水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）。

n —— 管壁粗糙系数（见表）排水管渠粗糙系数表 管渠类别粗糙系数 n管渠类别粗糙系数 n石棉水泥管、钢管0.012浆砌砖渠道0.015木槽0.012～0.014浆砌块石渠道0.017陶土管、铸铁管0.013干砌块石渠道0.020～0.025混凝土管、钢筋混凝土管水泥砂浆抹面渠道0.013～0.014土明渠包括（带草皮）0.025～0.030――非满流管渠水力计算基本公式v、q、D、h/D、I五个变量，已知三个，求另两个简化：简化：简化：简化：²水力计算表，按两个公式制成图表简单，精水力计算表，按两个公式制成图表简单，精水力计算表，按两个公式制成图表简单，精水力计算表，按两个公式制成图表简单，精度较差，且只适用于一种管材度较差，且只适用于一种管材度较差，且只适用于一种管材度较差，且只适用于一种管材²借助满流水力计算公式并通过一定的比例变换借助满流水力计算公式并通过一定的比例变换借助满流水力计算公式并通过一定的比例变换借助满流水力计算公式并通过一定的比例变换进行计算假设一条满流管渠与待计算的非满进行计算假设一条满流管渠与待计算的非满进行计算。

假设一条满流管渠与待计算的非满进行计算假设一条满流管渠与待计算的非满流管渠具有相同的流管渠具有相同的流管渠具有相同的流管渠具有相同的D D D D和和和和I I I I，满流时，，满流时，，满流时，，满流时，3 3 3 3．．．．3 3 3 3．．．．2 2 2 2 非满流管渠水力计算方法非满流管渠水力计算方法非满流管渠水力计算方法非满流管渠水力计算方法1 1 1 1．常采用水力计算图或表进行计算．常采用水力计算图或表进行计算．常采用水力计算图或表进行计算．常采用水力计算图或表进行计算 水力计算图适用于混凝土及钢筋混凝土管道，水力计算图适用于混凝土及钢筋混凝土管道，水力计算图适用于混凝土及钢筋混凝土管道，水力计算图适用于混凝土及钢筋混凝土管道，其粗糙系数其粗糙系数其粗糙系数其粗糙系数 n n n n＝＝＝＝0.0140.0140.0140.014每张图适用于一个指定的每张图适用于一个指定的每张图适用于一个指定的每张图适用于一个指定的管径图上的纵座标表示坡度管径图上的纵座标表示坡度管径图上的纵座标表示坡度管径图上的纵座标表示坡度 I I I I，即是设计管道的，即是设计管道的，即是设计管道的，即是设计管道的管底坡度，横座标表示流量管底坡度，横座标表示流量管底坡度，横座标表示流量管底坡度，横座标表示流量 Q Q Q Q，图中的曲线分别表，图中的曲线分别表，图中的曲线分别表，图中的曲线分别表示流量、坡度、流速和充满度间的关系。

当选定管示流量、坡度、流速和充满度间的关系当选定管示流量、坡度、流速和充满度间的关系当选定管示流量、坡度、流速和充满度间的关系当选定管材与管径后，在流量材与管径后，在流量材与管径后，在流量材与管径后，在流量 Q Q Q Q、坡度、坡度、坡度、坡度 I I I I、流速、流速、流速、流速 v v v v、充满度、充满度、充满度、充满度 h h h h/ / / /D D D D四个因素中，只要已知其中任意两个，就可由四个因素中，只要已知其中任意两个，就可由四个因素中，只要已知其中任意两个，就可由四个因素中，只要已知其中任意两个，就可由图查出另外两个图查出另外两个图查出另外两个图查出另外两个 2 2 2 2．借助于满流水力计算公式并通过一定的比例变．借助于满流水力计算公式并通过一定的比例变．借助于满流水力计算公式并通过一定的比例变．借助于满流水力计算公式并通过一定的比例变换进行计算换进行计算换进行计算换进行计算3 3．．4 4 管道的水力等效简化管道的水力等效简化管网简化：管网简化：管网简化：管网简化：利用水力等效简化原理利用水力等效简化原理利用水力等效简化原理利用水力等效简化原理水力等效简化原则：水力等效简化原则：水力等效简化原则：水力等效简化原则：简化后，等效的管网对象与原简化后，等效的管网对象与原简化后，等效的管网对象与原简化后，等效的管网对象与原 来的实际对象具有相同的水力来的实际对象具有相同的水力来的实际对象具有相同的水力来的实际对象具有相同的水力 特性。

特性3．．4．．1 串联或并联管道的简化串联或并联管道的简化1．串联2．并联当并联管道直径相同时3 3．．4 4．．2 2 沿线均匀出流的简化沿线均匀出流的简化干管配水情况干管配水情况干管配水情况干管配水情况假设沿线出流是均匀的，则管道的任一断面上的流量沿程水头损失沿程水头损失沿程水头损失沿程水头损失 将将将将 移至两端点，移至两端点，移至两端点，移至两端点，分别为分别为分别为分别为管道内流量为管道内流量为管道内流量为管道内流量为根据水力等效原则根据水力等效原则根据水力等效原则根据水力等效原则  3 3 3 3．．．．4 4 4 4．．．．3 3 3 3 局部水头损失计算的简化局部水头损失计算的简化局部水头损失计算的简化局部水头损失计算的简化 一般忽略，特殊情况下，局部水头损失必须一般忽略，特殊情况下，局部水头损失必须一般忽略，特殊情况下，局部水头损失必须一般忽略，特殊情况下，局部水头损失必须进行计算进行计算进行计算进行计算涡轮流量计的组成涡轮流量计的组成涡轮流量计通常由涡轮流量变送器（涡轮流量计通常由涡轮流量变送器（涡轮流量计通常由涡轮流量变送器（涡轮流量计通常由涡轮流量变送器（1 1）和显示仪表）和显示仪表）和显示仪表）和显示仪表（（（（2 2）（指示积算仪）组成。

指示积算仪）组成指示积算仪）组成指示积算仪）组成 指示积算仪指示积算仪指示积算仪指示积算仪1 12 2涡轮流量涡轮流量涡轮流量涡轮流量传感器传感器传感器传感器（二次仪表）（二次仪表）（二次仪表）（二次仪表）（一次仪表）（一次仪表）（一次仪表）（一次仪表）4.2.2 4.2.2 火灾参数的监测方法火灾参数的监测方法火灾参数的监测方法火灾参数的监测方法感温探测感温探测热对流热对流火焰探测火焰探测热辐射热辐射能量转换能量转换燃气探测燃气探测气体气体离子感烟离子感烟光电感烟光电感烟烟雾烟雾燃烧产生物（悬浮物）燃烧产生物（悬浮物）火灾火灾肚松衯宸&愮鐝D)? $?d悡!餯怉￿ 扈鋹A￿￿ 嘬貑￿ d?噡1/2001骞寸15鏈?----CRM鍦ㄩ€氱敤.files/imgr_logo.gif￿ 冣杁9/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?----CRM鍦ㄩ€氱敤.files/logo.gif￿ 冟??A/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?----CRM鍦ㄩ€敤.files/logo_compute.gif￿ 冡?疘1/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?----瀵瑰啿鍔涢噺.files/ 9/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?----瀵瑰啿鍔涢噺.files/0830.gif￿冧塖阇8/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?----瀵瑰啿鍔涢噺.files/4-2.gif￿冨篰飁/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?----瀵瑰啿鍔涢噺.files/imgr_logo.gif￿ 冨杁9/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?----瀵瑰啿鍔涢噺.files/logo.gif￿ 冦旿?A/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?----瀵瑰啿鍔涢噺.files/logo_compute.gif￿ 冧?疘4/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?----灏忕櫧榧犲拰ERP.files/