長距離輸水管道水力計(jì)算公式的選用

1、長距離輸水管道水力計(jì)算公式的選用1.常用的水力計(jì)算公式：供水工程中的管道水力計(jì)算一般均按照均勻流計(jì)算, 算公式有：達(dá)西（DARCY ）公式：2P vhfd 2g謝才（chezy）公式：v = C ： 一； R i海澄威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式：h 10.67 Q1.852 Ihf 1852 ；T87_Ch*d式中hf沿程損失，m入沿程阻力系數(shù)l 管段長度，md管道計(jì)算內(nèi)徑，mg重力加速度，m/sC-謝才系數(shù)i水力坡降；R水力半徑， mQ管道流量 m/s2v-流速 m/sCn-海澄一一威廉系數(shù)(1 )目前工程設(shè)計(jì)中普遍采用的管道水力計(jì)(2)(3)其中大西公式，謝才公式對(duì)于管道和明渠

2、的水力計(jì)算都適用。海澄-威廉公式影響參 數(shù)較小，作為一個(gè)傳統(tǒng)公式，在國內(nèi)外被廣泛用于管網(wǎng)系統(tǒng)計(jì)算。三種水力計(jì)算公式中 與管道內(nèi)壁粗糙程度相關(guān)的系數(shù)均是影響計(jì)算結(jié)果的重要參數(shù)。矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。2. 規(guī)范中水力計(jì)算公式的規(guī)定3. 查閱室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范及其他各管道設(shè)計(jì)規(guī)范，針對(duì)不同的設(shè)計(jì)條件，推薦采用的水力計(jì)算公式也有所差異，見表1 :聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈。表1各規(guī)范推薦采用的水力計(jì)算公式序號(hào)推薦公式參數(shù)（參數(shù)計(jì)算公式）適用管道規(guī)范名稱1達(dá)西公式入（舍維列夫公式）舊鋼管，舊鑄鐵管室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ14-87,已廢 止。2謝才公式（漫寧公式，巴浦洛夫斯基公式）混凝土管和鋼筋混凝土管3達(dá)西公式

3、入塑料管室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50013-20064謝才公式C （漫寧公式，巴浦洛夫斯基公式混凝土管渠及采用砂漿內(nèi)襯的 金屬管5海澄-威廉公式G輸配水管道及配水管網(wǎng)水力平 差6達(dá)西公式入（修正的布拉修斯公式）硬聚氯乙烯給水管埋地硬聚氯乙稀 給水埋地管道工程 技術(shù)規(guī)程（CECS17:2000）7達(dá)西公式入（柯列勃羅克公式）PE管埋地聚乙稀給水 埋地管道工程技術(shù) 規(guī)程（CJJ101-2004）8海澄-威廉公式Ch各種官材建筑給水排水設(shè) 計(jì)規(guī)范（GB50015-20039達(dá)西公式入夜相流的各種管道工業(yè)金屬管道設(shè) 計(jì)規(guī)范（GB50316-20004.公式的適用范圍：3. 1達(dá)西公式達(dá)西公式是基于圓管層

4、流運(yùn)動(dòng)推導(dǎo)出來的均勻流沿程損失普遍計(jì)算公式，該式適用于任何截面形狀的光滑或粗糙管內(nèi)的層流和紊流。公式中沿程阻力系數(shù)入值的確定是水頭損失計(jì)算的關(guān)鍵，一般米用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出。舍維列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃 洛克（公式均是針對(duì)工業(yè)管道條件計(jì)算 入值的著名經(jīng)驗(yàn)公式。 殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。舍維列夫公式的導(dǎo)出條件是水溫10C，運(yùn)動(dòng)粘度1.3*10-6 m/s,適用于舊鋼管和 舊鑄鐵管，紊流過渡區(qū)及粗糙度區(qū).該公式在國內(nèi)運(yùn)用教廣.釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐?？铝胁蹇晒?=-2“l(fā)g（ '2.51 ） （ 為當(dāng)量粗糙度,Re為雷諾數(shù)）是A3.7d Rex/T根據(jù)大量工業(yè)管道試驗(yàn)資料提出的工業(yè)管道

5、過渡區(qū) 入值計(jì)算公式，該式實(shí)際上是 泥古拉茲光滑區(qū)公式和粗糙區(qū)公式的結(jié)合，適用范圍為4000<Re<1O大量的試驗(yàn) 結(jié)果表明柯列勃洛克公式與實(shí)際商用圓管的阻力試驗(yàn)結(jié)果吻合良好 ，不僅包含了 光滑管區(qū)和完全粗糙管區(qū)，而且覆蓋了整個(gè)過渡粗糙區(qū)，該公式在國外得到及為 廣泛的應(yīng)用.彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。布拉修斯公式 =0.316是1912年布拉修斯總結(jié)光滑管的試驗(yàn)資料提出的,適用Re條件為4OOOvRe<10 般用于紊流光滑管區(qū)的計(jì)算.謀養(yǎng)摶篋飆鐸懟類蔣薔。3.2謝才公式該式于1775年由CHEZYI出,實(shí)際是達(dá)西公式的一個(gè)變形,式中謝才系數(shù)C一般 由經(jīng)驗(yàn)公式C-1 R“ey計(jì)算得出

6、,其中y-1時(shí)稱為曼寧公式,y值采用 n6y =25 n 、R（、. n -0.1）（n為粗糙系數(shù)）公式計(jì)算時(shí)稱為巴浦洛夫斯基,這兩個(gè)公式應(yīng)用范圍均較廣.就謝才公式本身而言，它適用于有壓或無壓均勻 流動(dòng)的各阻力區(qū)，但由于計(jì)算謝才系數(shù)C的經(jīng)驗(yàn)公式只包括反映管壁粗糙狀況的 粗糙系數(shù)n和水力半徑R,而沒有包括流速及運(yùn)動(dòng)年度，也就是與雷諾數(shù)Re無關(guān)， 因此該式一般僅適用于粗糙區(qū).曼寧公式的適用條件為 n<0.02,R<0.5m;巴浦洛 夫斯基公式的適用條件為 0.1mw R< 3m;0.011 < nW 0.04.廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。3.3海澄-威廉公式是在直徑W 3.66m

7、工業(yè)管道的大量測(cè)試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立的著 名經(jīng)驗(yàn)公式，適用于常溫的清水輸送管道，式中海澄-威廉系數(shù)Ch與不同管材的 管壁表面粗糙程度有關(guān).因?yàn)樵撌絽?shù)取值簡單，易用,也是得到廣泛應(yīng)用的公式 之一.此公式適用范圍為光滑區(qū)至部分粗糙度區(qū)，對(duì)應(yīng)雷諾數(shù) Re范圍介于104-2*10 6.煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。通過對(duì)各相關(guān)規(guī)范所推薦計(jì)算公式的比較，除混凝土管仍然推薦采用謝才公式外， 其它管材大多推薦采用達(dá)西公式.鵝婭盡損鶴慘歷蘢鴛賴。在新版室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范中取消舍維列夫公式的相關(guān)條文，籠統(tǒng)采用達(dá)西公 式,但未明確要求計(jì)算 入值采用的經(jīng)驗(yàn)公式.由于舍維列夫公式是建立在對(duì)舊鋼 管及舊鑄鐵管研究的基礎(chǔ)上，然而現(xiàn)在

8、一般采用的鋼或鑄鐵材質(zhì)管道，內(nèi)壁通常 需進(jìn)行防腐內(nèi)襯，經(jīng)過涂裝的管道內(nèi)壁表面均比舊鋼管，舊鑄鐵管內(nèi)壁光滑得多， 也就是值小得多，采用舍維列夫公式顯然也就會(huì)產(chǎn)生較大得計(jì)算誤差，該公式得適用范圍相應(yīng)較窄.經(jīng)過內(nèi)襯得金屬管道采用柯列勃洛克公式或謝才公式計(jì)算 更為合理.籟叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)。PVC-U,PE等塑料管道,或者內(nèi)襯塑料得金屬管道,因?yàn)槠鋬?nèi)壁值很低,一般處 于0.0015-0.015,管道流態(tài)大多位于紊流光滑區(qū),采用適用光滑區(qū)得布拉修斯公 式以及柯列勃洛克公式一般均能夠得到與實(shí)際接近得計(jì)算結(jié)果.因此，埋地硬 聚氯乙稀給水管道工程技術(shù)規(guī)程及埋地聚乙稀給水管道工程技術(shù)規(guī)程中對(duì) 塑料管道水力計(jì)算公

9、式均是合理得且與室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范并不矛盾.預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。海澄-威廉公式可以適用于各種不同材質(zhì)管道得水力計(jì)算，其中海澄-威廉系數(shù)Ch得取值應(yīng)根據(jù)管材確定.對(duì)于內(nèi)襯水泥砂漿或者涂裝有比較光滑得內(nèi)防腐涂 層得管道,其海澄-威廉系數(shù)應(yīng)該參考類似工程經(jīng)驗(yàn)參數(shù)或者實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，合理取用.滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。因此，無論采用達(dá)西公式，謝才公式或者海澄-威廉公式計(jì)算，不同管材得差異均 表現(xiàn)在 管內(nèi)壁表面當(dāng)量粗糙程度得不同上，各公式中與粗糙度相關(guān)系數(shù)得取值 是影響計(jì)算結(jié)果得重要因素.值得一提得是，同種材質(zhì)管道由于采用不同得加工 工藝,其內(nèi)表面得粗糙度也可能有所差異，這一因素在設(shè)計(jì)過程種也應(yīng)重視（常用 管材得

10、粗糙度系數(shù)參考值見表 2）鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。 表2常見管材粗糙度相關(guān)系數(shù)參考值管材類型粗糙系數(shù)n海澄-威廉公式Ch當(dāng)量粗糙度 /mm焊接鋼管（新）0.011145:鑄鐵管（新）0.0121300.25水泥砂漿襯里金 屬管1400.3鍍鋅鋼管0.0161200.15鋼筒混凝土管（離 心法）,預(yù)應(yīng)力混 凝土管1350.36鋼筒混凝土管（立 式震搗法）0.0111400.18聚氯乙稀管0.009150聚乙烯管0.009150玻璃鋼管1500.015管徑對(duì)選擇計(jì)算公式得影響根據(jù)雷諾數(shù)計(jì)算公式 Re，雷諾數(shù)與流速v,管徑d成正比,與運(yùn)動(dòng)粘度成反比，因此對(duì)應(yīng)v管道得不同設(shè)計(jì)條件應(yīng)對(duì)所使用計(jì)算公式得適用

11、范圍進(jìn)行復(fù)核保證計(jì)算得準(zhǔn)確性擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。大多說供水工程得設(shè)計(jì)按照水溫10C，運(yùn)動(dòng)粘度1.3*10-5 m2/s得條件考慮,因此雷諾數(shù)實(shí)際受流速及管道口徑得影響以塑料管道為例，在正常設(shè)計(jì)流速范圍條件下 ，管道內(nèi)徑大于 100mm 時(shí)，雖然管道仍然處于紊流光滑區(qū)，但其雷諾數(shù) Re>105,也就是說已經(jīng)超出了布拉修斯公式得 適用范圍，而且誤差大小與雷諾數(shù)成正比 對(duì)PVC-U管，采用布拉修斯公式與柯列勃洛克公式 對(duì)比計(jì)算，當(dāng)管內(nèi)徑為500mm，流速1.5 m/s時(shí)，采用布拉修斯公式得出得水力坡降比柯列波列 克得結(jié)果低11%以上采用埋地硬聚氯乙稀給水管道工程技術(shù)規(guī)程推薦得修正公式與柯式對(duì)

12、比計(jì)算，修正公式計(jì)算結(jié)果，小口徑管偏安全，中等口徑與柯式符合較 好,大口徑管得負(fù)誤差達(dá) 5%以上.因此筆者認(rèn)為，大口徑塑料管或采用塑料內(nèi)襯 管不宜采用布拉修斯公式計(jì)算，而更宜于采用如柯列波洛克公式等適用條件更寬 得其它經(jīng)驗(yàn)公式，或應(yīng)通過試驗(yàn)等對(duì)其進(jìn)行修正.贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。與上述情況類似，采用謝才公式計(jì)算時(shí)，如果管道內(nèi)徑大于2m時(shí)則不采用曼寧公 式計(jì)算謝才系數(shù).如果采用巴甫洛夫斯基公式，其適用管徑可以達(dá)到12m,對(duì)一般 輸水工程管道已完全足夠了 .壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。海澄-威廉公式的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是WILLIAM番口 HAZE在大量工業(yè)管道現(xiàn)場(chǎng)或試驗(yàn)測(cè)量 或得的.該公式因?yàn)楹唵我子?，被廣泛運(yùn)用在管網(wǎng)水力計(jì)算中，國內(nèi)外不少管道水 力計(jì)算軟件均采用該公式編制.由此可見,對(duì)于口徑大于2m得管道應(yīng)盡量避免采 用海澄-威廉公式計(jì)算以策安全.蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。6.值得提出得是，上述所有水力計(jì)算公式中采用得管徑均為計(jì)算內(nèi)徑，各種管道均應(yīng)采用管道凈內(nèi)空直徑計(jì)算，對(duì)于采用水泥砂漿內(nèi)襯得金屬