輸水管道水力計(jì)算公式的選用

長(zhǎng)距離輸水管道水力計(jì)算公式的選用，本文包含PE給水管和非PE給水管等不同材質(zhì)的輸水管道水力計(jì)算公式的選取。

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，目前工程設(shè)計(jì)中普遍采用的管道水力計(jì)算公式有:

 達(dá)西(DARCY)公式：

 謝才(chezy)公式：

 海澄-威廉(HAZEN-WILIAMS)公式：

 式中hf------------沿程損失，m

 λ―――沿程阻力系數(shù)

 l――管段長(zhǎng)度，m

 d-----管道計(jì)算內(nèi)徑，m

 g----重力加速度，m/s2

 C----謝才系數(shù)

 i----水力坡降;

 R―――水力半徑，m

 Q―――管道流量m/s2

 v----流速 m/s

 Cn----海澄――威廉系數(shù)

 其中大西公式，謝才公式對(duì)于管道和明渠的水力計(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(guó)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)。

 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)范及其它各管道設(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：

 表1 各規(guī)范推薦采用的水力計(jì)算公式

 4. 公式的適用范圍：

 4.1達(dá)西公式 

達(dá)西公式是基于圓管層流運(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)λ值的確定是水頭損失計(jì)算的關(guān)鍵，一般采用經(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(C.F.COLEBROOK)公式均是針對(duì)工業(yè)管道條件計(jì)算λ值的著名經(jīng)驗(yàn)公式。

 舍維列夫公式的導(dǎo)出條件是水溫10℃，運(yùn)動(dòng)粘度1.3*10-6 m2/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(guó)內(nèi)運(yùn)用教廣.

 柯列勃洛可公式

 (Δ為當(dāng)量粗糙度,Re為雷諾數(shù))是根據(jù)大量工業(yè)管道試驗(yàn)資料提出的工業(yè)管道過渡區(qū)λ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<108.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(guó)外得到及為廣泛的應(yīng)用.

 布拉修斯公式

 是1912年布拉修斯總結(jié)光滑管的試驗(yàn)資料提出的,適用條件為4000<Re<105,一般用于紊流光滑管區(qū)的計(jì)算.

 4.2 謝才公式

 該式于1775年由CHEZY提出,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

 計(jì)算得出,其中

 時(shí)稱為曼寧公式,y值采用

 (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0.1m≤R≤3m;0.011≤n≤0.04.

 3.3 海澄-威廉公式是在直徑≤3.66m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(jiǎn)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*106.

 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.

 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λ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Δ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.

 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Δ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)算公式均是合理得且與《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》并不矛盾.

 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.

 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(常用管材得粗糙度系數(shù)參考值見表2)

 表2 常見管材粗糙度相關(guān)系數(shù)參考值

標(biāo)簽: 長(zhǎng)距離輸水管道 供水工程