流量与管径、压力、流速之间关系计算公式资料

发布于:2021-12-07 20:21:21

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*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(m3/s) C ——Chezy 糙率系数(m1/2/s) A ——断面面积(m2) 1 R ——水力半径(m) S ——水力坡度(m/m) 根据需要也可以变换为其它表示方法: Darcy-Weisbach 公式 由于 这里: hf ——沿程水头损失(mm3/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) 2 v ——管道流速(m/s) g ——重力加速度(m/s2) 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 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 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 3 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 适用条件 水力公式、摩阻系数 征区 符号意义 水力光 >10 滑区 雷诺数 h:管道沿程水头 紊 流 过 10< 渡区 <500 (1) (2) 损失 v:*均流速 d:管道内径 4 γ:水的运动粘滞 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 数 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 5 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,*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 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 准式,在欧洲与日本广泛应用,*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 6 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 7 (3)输配水管道、配水管网水力*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 8 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 (Re)和相对粗糙度(Δ/d)两个因素有关;在紊流粗糙区仅 和相对粗糙度(Δ/d)有关,只要管材与管径确定(即相对粗 糙度 Δ/d 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

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