1、。長距離輸水管道水力計算公式的選用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， 目前工程設計中普遍采用的管道水力計算公式有 :達西（ DARCY）公式：hflv2（1）d2g謝才（ chezy ）公式：v CRi（ 2）海澄威廉（HAZEN-WILIAMS）公式：hf10.67Q1. 852lCh1 .852d 4.87（3）式中 h -沿程損失， mf沿程阻力系數l 管段長度， md-管道計算內徑，mg-重力加速度，m/s2C-謝才系數i-水力坡降；R 水力半徑， m Q管道流量 m/s2v-流速 m/sCn-海澄威廉系數其中大西公式，謝才公式對于管道和明渠的水力計

2、算都適用。海澄威廉公式影響參數較小，作為一個傳統公式，在國內外被廣泛用于管網系統計算。三種水力計算公式中 ，與管道內壁粗糙程度相關的系數均是影響計算結果的重要參數。2 規范中水力計算公式的規定3 查閱室外給水設計規范及其他各管道設計規范，針對不同的設計條件，推薦采用的水力計算公式也有所差異，見表 1：表 1 各規范推薦采用的水力計算公式-可編輯修改 -。序號推薦公式參數（參數計算公式）適用管道1達西公式（舍維列夫公式）舊鋼管，舊鑄鐵管2謝才公式C（漫寧公式，巴浦洛夫斯基公混凝土管和鋼筋混凝土管式）3達西公式塑料管4謝才公式C（漫寧公式，巴浦洛夫斯基公混凝土管渠及采用砂漿內襯的式金屬管5海澄威廉

3、公式Ch輸配水管道及配水管網水力平差6達西公式 ( 修正的布拉修斯公式）硬聚氯乙烯給水管7達西公式 ( 柯列勃羅克公式）PE管8海澄威廉公式Ch各種管材9達西公式夜相流的各種管道規范名稱室外給水設計規范GBJ14-87, 已廢止。室外給水設計規范（ GB50013-2006埋地硬聚氯乙稀給水埋地管道工程技術規程（ CECS17:2000)埋地聚乙稀給水埋地管道工程技術規程（ CJJ101-2004)建筑給水排水設計規范（ GB50015-2003工業金屬管道設計規范（ GB50316-20004 公式的適用范圍：3 1 達西公式達西公式是基于圓管層流運動推導出來的均勻流沿程損失普遍計算公式，該

4、式適用于任何截面形狀的光滑或粗糙管內的層流和紊流。公式中沿程阻力系數值的確定是水頭損失計算的關鍵，一般采用經驗公式計算得出。舍維列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK）公式均是針對工業管道條件計算值的著名經驗公式。舍維列夫公式的導出條件是水溫10，運動粘度1.3*10-62m/s, 適用于舊鋼管和舊鑄鐵管 , 紊流過渡區及粗糙度區 . 該公式在國內運用教廣 .柯列勃洛可公式12 lg(2.51 ) (為當量粗糙度 ,Re 為雷諾數 ) 是3.7d Re根據大量工業管道試驗資料提出的工業管道過渡區值計算公式, 該式實際上8是泥古拉茲光滑區公式和粗糙區公式的結合 , 適用范

5、圍為 4000<Re<10. 大量的試驗結果表明柯列勃洛克公式與實際商用圓管的阻力試驗結果吻合良好, 不僅包含了光滑管區和完全粗糙管區, 而且覆蓋了整個過渡粗糙區, 該公式在國外得到-可編輯修改 -。及為廣泛的應用 .布拉修斯公式0.3160.25 是 1912 年布拉修斯總結光滑管的試驗資料提出的, 適用Re5條件為 4000<Re<10, 一般用于紊流光滑管區的計算.3.2謝才公式該式于 1775 年由 CHEZY提出 , 實際是達西公式的一個變形, 式中謝才系數 C 一般由經驗 公式 C1 R ey 計算 得出 , 其中 y 1 時稱 為曼寧公 式 ,y 值 采用

6、n6y2.5n0.130.75R (n0.1) (n為粗糙系數 ) 公式計算時稱為巴浦洛夫斯基 , 這兩個公式應用范圍均較廣 . 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 , 但由于計算謝才系數 C的經驗公式只包括反映管壁粗糙狀況的粗糙系數 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 Re 無關 , 因此該式一般僅適用于粗糙區 . 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 0.1mR3m;0.011 n0.04.3.3 海澄 - 威廉公式是在直徑 3.66m 工業管道的大量測試數據基礎上建立的著名經

7、驗公式 , 適用于常溫的清水輸送管道 , 式中海澄 - 威廉系數 Ch 與不同管材的管壁表面粗糙程度有關 . 因為該式參數取值簡單 , 易用 , 也是得到廣泛應用的公式之一 . 此公式適用范圍為光滑區至部分粗糙度區, 對應雷諾數Re 范圍介于104-2*10 6.通過對各相關規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西公式 .在新版室外給水設計規范中取消舍維列夫公式的相關條文 , 籠統采用達西公式 , 但未明確要求計算值采用的經驗公式 . 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上 , 然而現在一般采用的鋼或鑄鐵材質管道 , 內壁通常需

8、進行防腐內襯 , 經過涂裝的管道內壁表面均比舊鋼管 , 舊鑄鐵管內壁光滑得多 ,也就是 值小得多 , 采用舍維列夫公式顯然也就會產生較大得計算誤差 , 該公式得適用范圍相應較窄 . 經過內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 , 或者內襯塑料得金屬管道 , 因為其內壁 值很低 , 一般處于 0.0015-0.015, 管道流態大多位于紊流光滑區 , 采用適用光滑區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果 . 因此 , 埋地硬聚氯乙稀給水管道工程技術規程及埋地聚乙稀給水管道工程技術規程中對塑料管道水力計算公式均是合理得且與

9、室外給水設計規范并不矛盾.海澄 - 威廉公式可以適用于各種不同材質管道得水力計算 , 其中海澄 - 威廉系數 Ch 得取值應根據管材確定 . 對于內襯水泥砂漿或者涂裝有比較光滑得內防腐涂層得管道 , 其海澄 - 威廉系數應該參考類似工程經驗參數或者實測數據 , 合理取用 .因此 , 無論采用達西公式 , 謝才公式或者海澄 - 威廉公式計算 , 不同管材得差異均表現在 管內壁表面當量粗糙程度得不同上 , 各公式中與粗糙度相關系數得取值是影響計算結果得重要因素 . 值得一提得是 , 同種材質管道由于采用不同得加工工藝 , 其內表面得粗糙度也可能有所差異 , 這一因素在設計過程種也應重視 ( 常用管

10、材得粗糙度系數參考值見表 2)表 2 常見管材粗糙度相關系數參考值-可編輯修改 -。管材類型粗糙系數 n海澄 - 威廉公式 Ch當量粗糙度 /mm焊接鋼管 ( 新)0.0111450.045-0.09鑄鐵管 ( 新)0.0121300.25水泥砂漿襯里金0.011-0.0121400.3屬管鍍鋅鋼管0.0161200.15鋼筒混凝土管 ( 離心法 ), 預應力混0.013-0.0141350.36凝土管鋼筒混凝土管 ( 立0.0111400.18式震搗法 )聚氯乙稀管0.0091500.0015-0.007聚乙烯管0.0091500.01-0.015玻璃鋼管0.009-0.011500.015

11、. 管徑對選擇計算公式得影響根據雷諾數計算公式 ReVd, 雷諾數與流速v, 管徑 d 成正比 , 與運動粘度成反比 , 因此對v應管道得不同設計條件應對所使用計算公式得適用范圍進行復核. 保證計算得準確性 .大多說供水工程得設計按照水溫10 , 運動粘度 1.3*10 -5 m2/s 得條件考慮 , 因此雷諾數實際受流速及管道口徑得影響. 以塑料管道為例, 在正常設計流速范圍條件下, 管道內徑大于100mm時 , 雖然管道仍然處于紊流光滑區, 但其雷諾數 Re>105, 也就是說已經超出了布拉修斯公式得適用范圍 , 而且誤差大小與雷諾數成正比. 對 PVC-U管 , 采用布拉修斯公式與

12、柯列勃洛克公式對比計算, 當管內徑為500mm ,流速 1.5 m/s時 , 采用布拉修斯公式得出得水力坡降比柯列波列克得結果低 11%以上 . 采用 埋地硬聚氯乙稀給水管道工程技術規程推薦得修正公式與柯式對比計算 , 修正公式計算結果 , 小口徑管偏安全 , 中等口徑與柯式符合較好 , 大口徑管得負誤差達 5%以上 . 因此筆者認為 , 大口徑塑料管或采用塑料內襯管不宜采用布拉修斯公式計算 , 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驗公式 , 或應通過試驗等對其進行修正 .與上述情況類似 , 采用謝才公式計算時 , 如果管道內徑大于 2m時則不采用曼寧公式計算謝才系數 . 如果采

13、用巴甫洛夫斯基公式 , 其適用管徑可以達到 12m,對一般輸水工程管道已完全足夠了 .海澄 - 威廉公式的數據基礎是 WILLIAMS和 HAZEN在大量工業管道現場或試驗測量或得的 . 該公式因為簡單易用 , 被廣泛運用在管網水力計算中 , 國內外不少管道水力計算軟件均采用該公式編制 . 由此可見 , 對于口徑大于 2m得管道應盡量避免采用海澄 - 威廉公式計算以策安全 .6. 值得提出得是 , 上述所有水力計算公式中采用得管徑均為計算內徑 , 各種管道均應采用管道凈內空直徑計算 , 對于采用水泥砂漿內襯得金屬管道應考慮內襯層厚度得影響 .大口徑管道計算應盡量避免采用海澄 - 威廉公式 , 建議