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

1. 常用的水力計算公式：

 供水工程中的管道水力計算一般均按照均勻流計算，目前工程設(shè)計中普遍采用的管道水力計算公式有:

 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――管段長度，m

 d-----管道計算內(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，謝才公式對于管道和明渠的水力計算都適用。海澄-威廉公式影響參數(shù)較小，作為一個傳統(tǒng)公式，在國內(nèi)外被廣泛用于管網(wǎng)系統(tǒng)計算。三種水力計算公式中 ，與管道內(nèi)壁粗糙程度相關(guān)的系數(shù)均是影響計算結(jié)果的重要參數(shù)。

 2. 規(guī)范中水力計算公式的規(guī)定

 3. 查閱室外給水設(shè)計規(guī)范及其它各管道設(shè)計規(guī)范，針對不同的設(shè)計條件，推薦采用的水力計算公式也有所差異，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動推導(dǎo)出來的均勻流沿程損失普遍計算公式，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算的關(guān)鍵，一般采用經(jīng)驗公式計算得出。舍維列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克(C.F.COLEBROOK)公式均是針對工業(yè)管道條件計算λ值的著名經(jīng)驗公式。

 舍維列夫公式的導(dǎo)出條件是水溫10℃，運動粘度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).該公式在國內(nèi)運用教廣.

 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)管道試驗資料提出的工業(yè)管道過渡區(qū)λ值計算公式,該式實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.大量的試驗結(jié)果表明柯列勃洛克公式與實際商用圓管的阻力試驗結(jié)果吻合良好,不僅包含了光滑管區(qū)和完全粗糙管區(qū),而且覆蓋了整個過渡粗糙區(qū),該公式在國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)的計算.

 4.2 謝才公式

 該式于1775年由CHEZY提出,實際是達(dá)西公式的一個變形,式中謝才系數(shù)C一般由經(jīng)驗公式

 計算得出,其中

 時稱為曼寧公式,y值采用

 (n為粗糙系數(shù))公式計算時稱為巴浦洛夫斯基,這兩個公式應(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的各阻力區(qū),但由于計算謝才系數(shù)C的經(jīng)驗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動年度,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)管道的大量測試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立的著名經(jīng)驗公式,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).因為該式參數(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),對應(yīng)雷諾數(shù)Re范圍介于104-2*106.

 通過對各相關(guān)規(guī)范所推薦計算公式的比較,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,但未明確要求計算λ值采用的經(jīng)驗公式.由于舍維列夫公式是建立在對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產(chǎn)生較大得計算誤差,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,因為其內(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際接近得計算結(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》中對塑料管道水力計算公式均是合理得且與《室外給水設(shè)計規(guī)范》并不矛盾.

 海澄-威廉公式可以適用于各種不同材質(zhì)管道得水力計算,其中海澄-威廉系數(shù)Ch得取值應(yīng)根據(jù)管材確定.對于內(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)驗參數(shù)或者實測數(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: 長距離輸水管道 供水工程