流量與管徑、壓力、流速之間關系計算公式[教學備用]

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1、流量與管徑、壓力、流速的一般關系一般工程上計算時，水管路，壓力常見為0.1-0.6MPa，水在水管中流速在1-3米/秒，常取1.5米/秒。 流量=管截面積X流速=0.002827X管內(nèi)徑的平方X流速(立方米/小時)。其中，管內(nèi)徑單位：mm ，流速單位：米/秒 ，飽和蒸汽的公式與水相同，只是流速一般取20-40米/秒。水頭損失計算Chezy 公式這里：Q斷面水流量（m3/s）CChezy糙率系數(shù)（m1/2/s）A斷面面積（m2）R水力半徑（m）S水力坡度（m/m）根據(jù)需要也可以變換為其它表示方法:Darcy-Weisbach公式由于這里：hf 沿程水頭損失（mm3/s）f Darcy-Weisb

2、ach水頭損失系數(shù)（無量綱）l管道長度（m）d管道內(nèi)徑（mm）v 管道流速（m/s）g 重力加速度（m/s2）水力計算是輸配水管道設計的核心，其實質(zhì)就是在保證用戶水量、水壓安全的條件下，通過水力計算優(yōu)化設計方案，選擇合適的管材和確經(jīng)濟管徑。輸配水管道水力計算包含沿程水頭損失和局部水頭損失，而局部水頭損失一般僅為沿程水頭損失的510%，因此本文主要研究、探討管道沿程水頭損失的計算方法。1.1 管道常用沿程水頭損失計算公式及適用條件管道沿程水頭損失是水流摩阻做功消耗的能量，不同的水流流態(tài)，遵循不同的規(guī)律，計算方法也不一樣。輸配水管道水流流態(tài)都處在紊流區(qū)，紊流區(qū)水流的阻力是水的粘滯力及水流速度與壓強

3、脈動的結果。紊流又根據(jù)阻力特征劃分為水力光滑區(qū)、過渡區(qū)、粗糙區(qū)。管道沿程水頭損失計算公式都有適用范圍和條件，一般都以水流阻力特征區(qū)劃分。 水流阻力特征區(qū)的判別方法，工程設計宜采用數(shù)值做為判別式，目前國內(nèi)管道經(jīng)常采用的沿程水頭損失水力計算公式及相應的摩阻力系數(shù)，按照水流阻力特征區(qū)劃分如表1。沿程水頭損失水力計算公式和摩阻系數(shù) 表1阻力特征區(qū)適用條件水力公式、摩阻系數(shù)符號意義水力光滑區(qū)10雷諾數(shù)h：管道沿程水頭損失v：平均流速d：管道內(nèi)徑：水的運動粘滯系數(shù)：沿程摩阻系數(shù)：管道當量粗糙度q：管道流量Ch：海曾-威廉系數(shù)C：謝才系數(shù)R：水力半徑n：粗糙系數(shù)i：水力坡降l：管道計算長度紊流過渡區(qū)1050

4、0達西公式是管道沿程水力計算基本公式，是一個半理論半經(jīng)驗的計算通式，它適用于流態(tài)的不同區(qū)間，其中摩阻系數(shù)可采用柯列布魯克公式計算，克列布魯克公式考慮的因素多，適用范圍廣泛，被認為紊流區(qū)的綜合計算公式。利用達西公式和柯列布魯克公式組合進行管道沿程水頭損失計算精度高，但計算方法麻煩，習慣上多用在紊流的阻力過渡區(qū)。海曾威廉公式適用紊流過渡區(qū)，其中水頭損失與流速的1.852次方成比例（過渡區(qū)水頭損失hV1.752.0）。該式計算方法簡捷，在美國做為給水系統(tǒng)配水管道水力計算的標準式，在歐洲與日本廣泛應用，近幾年我國也普遍用做配水管網(wǎng)的水力計算。謝才公式也應是管道沿程水頭損失通式，且在我國應用時間久、范圍

5、廣，積累了較多的工程資料。但由于謝才系數(shù)C采用巴甫洛夫公式或曼寧公式計算確定，而這兩個公式只適用于紊流的阻力粗糙區(qū)，因此謝才公式也僅用在阻力粗糙區(qū)。另外舍維列夫公式，前一段時期也廣泛的用做給水管道水力計算，但該公式是由舊鋼管和舊鑄鐵管管材試驗資料確定的。而現(xiàn)在國內(nèi)采用的金屬管道已普遍采用水泥砂漿和涂料做內(nèi)襯，條件已發(fā)生變化，因此舍維列夫公式也基本不再采用。1.2 輸配水管道沿程水頭損計算的實用公式輸配水管道沿程水頭計算時，先采用判別水流的阻力特征用，再選擇相應的公式計算，科學合理，但操作麻煩，特別在流速是待求的未知數(shù)時，需要采用試算的方法確定雷諾數(shù)（Re）很不方便。為了使輸配水管道水力計算能滿

6、足工程設計的需要，又可以方便的選擇計算公式和進行簡捷的計算，根據(jù)多年來管道水力計算的經(jīng)驗，室外給水設計規(guī)范GBJ13-86修編報批稿，依據(jù)管材的不同和流速的常用范圍，確定輸配水管道沿程水頭損失計算公式如下：（1）塑料管 （2）混凝土管（渠）及采用水泥砂漿內(nèi)襯的金屬管道（3）輸配水管道、配水管網(wǎng)水力平差計算 2.1 管道摩阻系數(shù)的屬性及應用條件每個管道沿程水力計算公式都有相應的摩阻系數(shù)和確定方法，表達形式也不一樣。摩阻系數(shù)是一個未知數(shù)，應由試驗確定。但實際應用時，一般都依據(jù)不同的管材和其不同的內(nèi)壁光滑程度，參考已有的資料，由設計人員計算時選擇采用。該數(shù)值非常重要，但隨意性很大，而且取值的結果直接

7、影響水力計算成果的精度。因此了解和熟悉摩阻系數(shù)的屬性，掌握取值的方法和技巧，也同樣是做好管道沿程水力計算的關鍵。 （1）當量粗糙度 當量粗糙度是自然（也有稱工業(yè)）管道，根據(jù)水力試驗的成果，運用達西公式和尼古拉茲公式計算出的理論值。每種管材都有一個確定的當量粗糙度，且不因流態(tài)不同而改變，在判別水流流態(tài)和選擇其他計算公式參數(shù)時，經(jīng)常用到當量粗糙度。（2）摩阻系數(shù)摩阻系數(shù)可應用在不同的阻力特征區(qū)，不同區(qū)間的數(shù)值不一樣。在紊流的光滑區(qū)，數(shù)值僅與雷諾數(shù)（Re）有關，且隨雷諾數(shù)（Re）的增大而減?。辉谖闪鬟^渡區(qū)，與雷諾數(shù)（Re）和相對粗糙度（/d）兩個因素有關；在紊流粗糙區(qū)僅和相對粗糙度（/d）有關，只要

8、管材與管徑確定（即相對粗糙度/d確定），在該區(qū)數(shù)值應為定值。（3）粗糙系數(shù)n粗糙系數(shù)n是采用巴甫洛夫公式和曼寧公式計算謝才公式C時的參數(shù)，它適用于紊流的粗糙區(qū)，在該區(qū)可根據(jù)管材內(nèi)壁光滑程度，選擇相應的n值，但一般情況n的取值范圍宜大于0.010，否則計算成果誤差較大。（4）海曾威廉系數(shù)Ch海曾威廉系數(shù)適用紊流過渡區(qū)，Ch取值范圍宜大于120，否則計算成果誤差較大。2.2 相應的紊流阻力特征區(qū)內(nèi)不同摩阻系數(shù)間的對應關系（1）（2）紊流粗糙區(qū)（其中y采用巴甫洛夫公式計算，若y=1/6即為曼寧公式，這時）3.1 室外給水設計規(guī)范GBJ13-86修編建議沿程水頭損失摩阻系數(shù)（、n、Ch）取值見表2。管

9、道沿程水頭損失（n Ch ）值 表2管道種類n（粗糙系數(shù)）Ch（海曾-威廉系數(shù)）（mm）（當量粗糙度）鋼管、鑄鐵管水泥砂漿內(nèi)襯0.0110.012120130涂料內(nèi)襯0.01050.0115130140舊鋼管、舊鑄鐵管（未做內(nèi)襯）0.0140.018混凝土管預應力砼管（PCP）0.0120.013110130預應力鋼筒砼管（PCCP）0.0110.0125120140現(xiàn)澆矩形混凝土管（渠）道0.0120.014化學管材（聚乙烯管、聚氯乙烯管、玻璃鋼夾砂管等），內(nèi)襯涂塑管1401500.0100.030結論：沿程水頭損失計算是輸配水管道設計的基礎，正確的選用計算公式和采用適宜的摩阻系數(shù)，計算成果才能真實的反映管道的水力特性。為保證輸配水管道工程設計質(zhì)量，提高工程的經(jīng)濟效益和規(guī)范水力計算方法9資料公式c