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keynote 公式流量及管径、压力、流速之间关系计算公式

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2020-09-15 00:02
tags:压力公式

有关月亮的古诗-荆轲刺秦王


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流量与管径、压力、流速的一般关系
一般工程上计算时,水管路,压力常见为0.1--0.6MPa,水
在水管中流速在1-- 3米秒,常取1.5米秒。
流量=管截面积X流速=0.002827X管内径的平方X流速(立
方米小时)。
其中,管内径单位:mm ,流速单位:米秒 ,饱和蒸汽的
公式与水相同,只是流速一般取20--40米秒。
水头损失计算Chezy 公式

这里:
Q
——
断面水流量(m
3
s)
C ——Chezy糙率系数(m
12
s)
A ——断面面积(m
2

R ——水力半径(m)
S ——水力坡度(mm)
根据需要也可以变换为其它表示方法:
Darcy- Weisbach公式
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由于
这里:
h
f

——
沿程水头损失(mm
3
s)
f
——
Darcy-Weisbach水头损失系数(无量纲)
l
——
管道长度(m)
d
——
管道内径(mm)
v
——
管道流速(ms)
g
——
重力加速度(ms
2

水力计算是输配水管道设计的核心,其 实质就是在保证用户
水量、水压安全的条件下,通过水力计算优化设计方案,选
择合适的管材和 确经济管径。输配水管道水力计算包含沿程
水头损失和局部水头损失,而局部水头损失一般仅为沿程水< br>头损失的5~10%,因此本文主要研究、探讨管道沿程水头损
失的计算方法。
1.1 管道常用沿程水头损失计算公式及适用条件
管道沿程水头损失是水流摩阻做功消耗的能量,不同的
水流流态,遵循不同的规律,计算方法也不一样。输配水管
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道水流流态都处在紊流区,紊流区水流的阻力是水的粘滞力
及水流速度与压强脉动的结果。紊流又根据 阻力特征划分为
水力光滑区、过渡区、粗糙区。管道沿程水头损失计算公式
都有适用范围和条件 ,一般都以水流阻力特征区划分。
水流阻力特征区的判别方法,工程设计宜采用数值做
为判别式,目前国内管道经常采用的沿程水头损失水力计算
公式及相应的摩阻力系数,按照水流阻力特征 区划分如表1。
沿程水头损失水力计算公式和摩阻系数 表1
阻力特
征区
水力光
滑区
适用条件 水力公式、摩阻系数


(1)
紊流过
10<
渡区
<500
(2)

符号意义
雷诺数
h:管道沿程水头
损失
v:平均流速

d:管道内径
γ:水的运动粘滞

>10
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系数
λ:沿程摩阻系数
Δ:管道当量粗
糙度

紊流粗
糙区
>500



q:管道流量
Ch:海曾-威廉系

C:谢才系数
R:水力半径
n:粗糙系数
i:水力坡降
l:管道计算长度
达西公式是管道沿程水力计算基本公式,是一个半理论
半经验的计算通式,它适用于流态的不同区间,其 中摩阻系
数λ可采用柯列布鲁克公式计算,克列布鲁克公式考虑的因
素多,适用范围广泛,被认 为紊流区λ的综合计算公式。利
用达西公式和柯列布鲁克公式组合进行管道沿程水头损失计
算精 度高,但计算方法麻烦,习惯上多用在紊流的阻力过渡
区。
海曾—威廉公式适用紊流过渡 区,其中水头损失与流速
的1.852次方成比例(过渡区水头损失h∝V1.75~2.0)。该式< br>计算方法简捷,在美国做为给水系统配水管道水力计算的标
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准式,在欧洲与日本广泛应用,近几年我国也普遍用做配水
管网的水力计算。
谢 才公式也应是管道沿程水头损失通式,且在我国应用
时间久、范围广,积累了较多的工程资料。但由于谢 才系数C
采用巴甫洛夫公式或曼宁公式计算确定,而这两个公式只适
用于紊流的阻力粗糙区,因 此谢才公式也仅用在阻力粗糙区。
另外舍维列夫公式,前一段时期也广泛的用做给水管道
水力计算,但该公式是由旧钢管和旧铸铁管管材试验资料确
定的。而现在国内采用的金属管道已普遍采用 水泥砂浆和涂
料做内衬,条件已发生变化,因此舍维列夫公式也基本不再
采用。
1.2 输配水管道沿程水头损计算的实用公式
输配水管道沿程水头计算时,先采用判别 水流的阻力
特征用,再选择相应的公式计算,科学合理,但操作麻烦,
特别在流速是待求的未知 数时,需要采用试算的方法确定雷
诺数(Re)很不方便。为了使输配水管道水力计算能满足工
程设计的需要,又可以方便的选择计算公式和进行简捷的计
算,根据多年来管道水力计算的经验,《室外 给水设计规范》
GBJ13-86修编报批稿,依据管材的不同和流速的常用范围,
确定输配水 管道沿程水头损失计算公式如下:
(1)塑料管
(2)混凝土管(渠)及采用水泥砂浆内衬的金属管道
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(3)输配水管道、配水管网水力平差计算

2.1 管道摩阻系数的属性及应用条件
每个管道沿程水力计算公式都有相应的摩阻系数和确定
方 法,表达形式也不一样。摩阻系数是一个未知数,应由试
验确定。但实际应用时,一般都依据不同的管材 和其不同的
内壁光滑程度,参考已有的资料,由设计人员计算时选择采
用。该数值非常重要,但 随意性很大,而且取值的结果直接
影响水力计算成果的精度。因此了解和熟悉摩阻系数的属性,
掌握取值的方法和技巧,也同样是做好管道沿程水力计算的
关键。
(1)当量粗糙度Δ
当量粗糙度是自然(也有称工业)管道,根据水力试验
的成果,运用达西公式和尼古拉兹 公式计算出的理论值。每
种管材都有一个确定的当量粗糙度,且不因流态不同而改变,
在判别水 流流态和选择其他计算公式参数时,经常用到当量
粗糙度。
(2)摩阻系数λ
摩阻系数λ可应用在不同的阻力特征区,不同区间λ的
数值不一样。在紊流的光滑区,λ数值仅与雷诺数 (Re)有关,
且随雷诺数(Re)的增大而减小;在紊流过渡区,λ与雷诺数
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(Re)和相对粗糙度(Δd)两个因素有关;在紊流粗糙区仅
和相对粗糙度(Δd)有关,只要管材 与管径确定(即相对粗
糙度Δd确定),在该区λ数值应为定值。
(3)粗糙系数n
粗糙系数n是采用巴甫洛夫公式和曼宁公式计算谢才公
式C时的参数,它适用于紊流的粗糙 区,在该区可根据管材
内壁光滑程度,选择相应的n值,但一般情况n的取值范围
宜大于0.0 10,否则计算成果误差较大。
(4)海曾—威廉系数Ch
海曾—威廉系数适用紊流过渡区,Ch取值范围宜大于
120,否则计算成果误差较大。
2.2 相应的紊流阻力特征区内不同摩阻系数间的对应关系
(1)
(2)紊流粗糙区

(其中y采用巴甫洛夫公式
) 计算,若y=16即为曼宁公式,这时
摩阻系数(△、n、Ch)取值见表2。
3.1 《室外给水设计规范》GBJ13-86修编建议沿程水头损失
管道沿程水头损失(n C
h
△)值 表2
管道种类
n(粗糙系
数)
C
h
(海
曾-威廉
系数)
△(mm)(当
量粗糙度)
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水泥砂浆内
0.011~120~

钢管、铸铁管
涂料内衬
旧钢管、旧铸
铁管(未做内
衬)
(PCP)
0.012 130

0.0105~130~
0.0115
0.014~
0.018
140


预应力砼管
0.012~110~
混凝土管
0.013 130
预应力钢筒
0.011~120~
0.0125
砼管(PCCP)
现浇矩形混凝
土管(渠)道
化学管材(聚乙
烯管、聚氯乙烯
管、玻璃钢夹砂

管等),内衬涂
塑管

140~
150

0.012~
0.014
140




0.010~0.030
结论:沿程水头损失计算是输配水管道设计的基础,正
确的选用计算公式和采用适宜的摩阻系数,计算成果才能真
实的反映管道的水力特性。为保证输配水管道 工程设计质量,
提高工程的经济效益和规范水力计算方法
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