一般工程上計(jì)算時(shí)，水管路，壓力常見(jiàn)為0.1--0.6MPa，水在水管中流速在1--3米/秒，常取1.5米/秒。
流量=管截面積X流速=0.002827X管內(nèi)徑的平方X流速 (立方米/小時(shí))。
其中，管內(nèi)徑單位：mm ，流速單位：米/秒 ，飽和蒸汽的公式與水相同，只是流速一般取20--40米/秒。
水頭損失計(jì)算Chezy 公式
Chezy
這里：
Q ——斷面水流量（m3/s）
C ——Chezy糙率系數(shù)（m1/2/s）
A ——斷面面積（m2）
R ——水力半徑（m）
S ——水力坡度（m/m）
根據(jù)需要也可以變換為其它表示方法:
Darcy-Weisbach公式
由于
這里：
hf ——沿程水頭損失（mm3/s）
f ——Darcy-Weisbach水頭損失系數(shù)（無(wú)量綱）
l ——管道長(zhǎng)度（m）
d ——管道內(nèi)徑（mm）
v ——管道流速（m/s）
g ——重力加速度（m/s2）
水力計(jì)算是輸配水管道設(shè)計(jì)的核心，其實(shí)質(zhì)就是在保證用戶(hù)水量、水壓安全的條件下，通過(guò)水力計(jì)算優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，選擇合適的管材和確經(jīng)濟(jì)管徑。輸配水管道水力計(jì)算包含沿程水頭損失和局部水頭損失，而局部水頭損失一般僅為沿程水頭損失的5~10%，因此本文主要研究、探討管道沿程水頭損失的計(jì)算方法。
管網(wǎng)建模之基本公式篇
一、管渠沿程水頭損失
謝才公式
圓管滿(mǎn)流，沿程水頭損失也可以用達(dá)西公式表示：
hf——沿程水頭損失（mm3/s）
λ——Darcy-Weisbach水頭損失系數(shù)（無(wú)量綱）
l ——管道長(zhǎng)度（m）
d ——管道內(nèi)徑（mm）
v ——管道流速（m/s）
g ——重力加速度（m/s2）
C、λ與水流流態(tài)有關(guān)，一般采用經(jīng)驗(yàn)公式或半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。常用：
1．舍維列夫公式（適用：舊鑄鐵管和舊鋼管滿(mǎn)管紊流，水溫100C0（給水管道計(jì)算）
）
2．海曾－威廉公式
適用：較光滑圓管滿(mǎn)流紊流（給水管道）
3．柯?tīng)柌蹇耍瓚烟毓?/span>
適用：各種紊流，是適應(yīng)性和計(jì)算精度大高的公式
4. 巴甫洛夫斯基公式
適用：明渠流、非滿(mǎn)流排水管道
5．曼寧公式
曼寧公式是巴甫洛夫斯基公式中y=1/6時(shí)的特例，適用于明渠或較粗糙的管道計(jì)算。
二、局部水頭損失計(jì)算
式中 hm——局部水頭損失，m；
ξ——局部阻力系數(shù)。
給水排水管網(wǎng)中局部水頭損失一般不超過(guò)沿程水頭損失的5%，常忽略局部水頭損失的影響，不會(huì)造成大的計(jì)算誤差。
沿程水頭損失計(jì)算公式的比較與選用
Ø 巴甫洛夫斯基公式適用范圍廣，計(jì)算精度也較高，特別是對(duì)于較粗糙的管道，管道水流狀態(tài)仍保持較準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，大佳適用范圍為1.0≤e≤5.0mm；
Ø 曼寧公式亦適用于較粗糙的管道，大佳適用范圍為0.5≤e≤4.0mm；
Ø 海曾－威廉公式則適用于較光滑的管道，特別是當(dāng)e≤0.25mm（CW≥130）時(shí)，該公式較其它公式有較高的計(jì)算精度；
Ø 舍維列夫公式在1.0≤e≤1.5mm之間給出了令人滿(mǎn)意的結(jié)果，對(duì)舊金屬管道較適用，但對(duì)管壁光滑或特別粗糙的管道是不適用的
三、設(shè)計(jì)用水量
大高日設(shè)計(jì)用水量計(jì)算Qd
消防用水量（校核時(shí)使用）
四、管段設(shè)計(jì)流量計(jì)算
1.1 管道常用沿程水頭損失計(jì)算公式及適用條件
管道沿程水頭損失是水流摩阻做功消耗的能量，不同的水流流態(tài)，遵循不同的規(guī)律，計(jì)算方法也不一樣。輸配水管道水流流態(tài)都處在紊流區(qū)，紊流區(qū)水流的阻力是水的粘滯力及水流速度與壓強(qiáng)脈動(dòng)的結(jié)果。紊流又根據(jù)阻力特征劃分為水力光滑區(qū)、過(guò)渡區(qū)、粗糙區(qū)。管道沿程水頭損失計(jì)算公式都有適用范圍和條件，一般都以水流阻力特征區(qū)劃分。
水流阻力特征區(qū)的判別方法，工程設(shè)計(jì)宜采用數(shù)值做為判別式，目前X內(nèi)管道經(jīng)常采用的沿程水頭損失水力計(jì)算公式及相應(yīng)的摩阻力系數(shù)，按照水流阻力特征區(qū)劃分如表1。
沿程水頭損失水力計(jì)算公式和摩阻系數(shù) 表1
|
阻力特征區(qū)
|
適用條件
|
水力公式、摩阻系數(shù)
|
符號(hào)意義
|
|
水力光滑區(qū)
|
>10
|
|
雷諾數(shù)
h：管道沿程水頭損失
v：平均流速
d：管道內(nèi)徑
γ：水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)
λ：沿程摩阻系數(shù)
Δ：管道當(dāng)量粗糙度
q：管道流量
Ch：海曾-威廉系數(shù)
C：謝才系數(shù)
R：水力半徑
n：粗糙系數(shù)
i：水力坡降
l：管道計(jì)算長(zhǎng)度
|
|
紊流過(guò)渡區(qū)
|
10<<500
|
（1）
（2）
|
|
紊流粗糙區(qū)
|
>500
|
|
達(dá)西公式是管道沿程水力計(jì)算基本公式，是一個(gè)半理論半經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算通式，它適用于流態(tài)的不同區(qū)間，其中摩阻系數(shù)λ可采用柯列布魯克公式計(jì)算，克列布魯克公式考慮的因素多，適用范圍廣泛，被認(rèn)為紊流區(qū)λ的綜合計(jì)算公式。利用達(dá)西公式和柯列布魯克公式組合進(jìn)行管道沿程水頭損失計(jì)算精度高，但計(jì)算方法麻煩，習(xí)慣上多用在紊流的阻力過(guò)渡區(qū)。
海曾—威廉公式適用紊流過(guò)渡區(qū)，其中水頭損失與流速的1.852次方成比例（過(guò)渡區(qū)水頭損失h∝V1.75~2.0）。該式計(jì)算方法簡(jiǎn)捷，在美X做為給水系統(tǒng)配水管道水力計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)式，在歐洲與日本廣泛應(yīng)用，近幾年我X也普遍用做配水管網(wǎng)的水力計(jì)算。
謝才公式也應(yīng)是管道沿程水頭損失通式，且在我X應(yīng)用時(shí)間久、范圍廣，積累了較多的工程資料。但由于謝才系數(shù)C采用巴甫洛夫公式或曼寧公式計(jì)算確定，而這兩個(gè)公式只適用于紊流的阻力粗糙區(qū)，因此謝才公式也僅用在阻力粗糙區(qū)。
另外舍維列夫公式，前一段時(shí)期也廣泛的用做給水管道水力計(jì)算，但該公式是由舊鋼管和舊鑄鐵管管材試驗(yàn)資料確定的。而現(xiàn)在X內(nèi)采用的金屬管道已普遍采用水泥砂漿和涂料做內(nèi)襯，條件已發(fā)生變化，因此舍維列夫公式也基本不再采用。
1.2 輸配水管道沿程水頭損計(jì)算的實(shí)用公式
輸配水管道沿程水頭計(jì)算時(shí)，先采用判別水流的阻力特征用，再選擇相應(yīng)的公式計(jì)算，科學(xué)合理，但操作麻煩，特別在流速是待求的未知數(shù)時(shí)，需要采用試算的方法確定雷諾數(shù)（Re）很不方便。為了使輸配水管道水力計(jì)算能滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)的需要，又可以方便的選擇計(jì)算公式和進(jìn)行簡(jiǎn)捷的計(jì)算，根據(jù)多年來(lái)管道水力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)，《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ13-86修編報(bào)批稿，依據(jù)管材的不同和流速的常用范圍，確定輸配水管道沿程水頭損失計(jì)算公式如下：
?。?）塑料管
?。?）混凝土管（渠）及采用水泥砂漿內(nèi)襯的金屬管道
?。?）輸配水管道、配水管網(wǎng)水力平差計(jì)算
2.1 管道摩阻系數(shù)的屬性及應(yīng)用條件
每個(gè)管道沿程水力計(jì)算公式都有相應(yīng)的摩阻系數(shù)和確定方法，表達(dá)形式也不一樣。摩阻系數(shù)是一個(gè)未知數(shù)，應(yīng)由試驗(yàn)確定。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般都依據(jù)不同的管材和其不同的內(nèi)壁光滑程度，參考已有的資料，由設(shè)計(jì)人員計(jì)算時(shí)選擇采用。該數(shù)值非常重要，但隨意性很大，而且取值的結(jié)果直接影響水力計(jì)算成果的精度。因此了解和熟悉摩阻系數(shù)的屬性，掌握取值的方法和技巧，也同樣是做好管道沿程水力計(jì)算的關(guān)鍵。
（1）當(dāng)量粗糙度Δ
當(dāng)量粗糙度是自然（也有稱(chēng)工業(yè)）管道，根據(jù)水力試驗(yàn)的成果，運(yùn)用達(dá)西公式和尼古拉茲公式計(jì)算出的理論值。每種管材都有一個(gè)確定的當(dāng)量粗糙度，且不因流態(tài)不同而改變，在判別水流流態(tài)和選擇其他計(jì)算公式參數(shù)時(shí)，經(jīng)常用到當(dāng)量粗糙度。
（2）摩阻系數(shù)λ
摩阻系數(shù)λ可應(yīng)用在不同的阻力特征區(qū)，不同區(qū)間λ的數(shù)值不一樣。在紊流的光滑區(qū)，λ數(shù)值僅與雷諾數(shù)（Re）有關(guān)，且隨雷諾數(shù)（Re）的增大而減??；在紊流過(guò)渡區(qū)，λ與雷諾數(shù)（Re）和相對(duì)粗糙度（Δ/d）兩個(gè)因素有關(guān)；在紊流粗糙區(qū)僅和相對(duì)粗糙度（Δ/d）有關(guān)，只要管材與管徑確定（即相對(duì)粗糙度Δ/d確定），在該區(qū)λ數(shù)值應(yīng)為定值。
?。?）粗糙系數(shù)n
粗糙系數(shù)n是采用巴甫洛夫公式和曼寧公式計(jì)算謝才公式C時(shí)的參數(shù)，它適用于紊流的粗糙區(qū)，在該區(qū)可根據(jù)管材內(nèi)壁光滑程度，選擇相應(yīng)的n值，但一般情況n的取值范圍宜大于0.010，否則計(jì)算成果誤差較大。
（4）海曾—威廉系數(shù)Ch
海曾—威廉系數(shù)適用紊流過(guò)渡區(qū)，Ch取值范圍宜大于120，否則計(jì)算成果誤差較大。
2.2 相應(yīng)的紊流阻力特征區(qū)內(nèi)不同摩阻系數(shù)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系
?。?）
（2）紊流粗糙區(qū)（其中y采用巴甫洛夫公式計(jì)算，若y=1/6即為曼寧公式，這時(shí)）
3.1 《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ13-86修編建議沿程水頭損失摩阻系數(shù)（△、n、Ch）取值見(jiàn)表2。
管道沿程水頭損失（n Ch △）值 表2
|
管道種類(lèi)
|
n（粗糙系數(shù)）
|
Ch（海曾-威廉系數(shù)）
|
△（mm）（當(dāng)量粗糙度）
|
|
鋼管、鑄鐵管
|
水泥砂漿內(nèi)襯
|
0.011～0.012
|
120～130
|
|
|
涂料內(nèi)襯
|
0.0105～0.0115
|
130～140
|
|
|
舊鋼管、舊鑄鐵管（未做內(nèi)襯）
|
0.014～0.018
|
|
|
|
混凝土管
|
預(yù)應(yīng)力砼管（PCP）
|
0.012～0.013
|
110～130
|
|
|
預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管（PCCP）
|
0.011～0.0125
|
120～140
|
|
|
現(xiàn)澆矩形混凝土管（渠）道
|
|
0.012～0.014
|
|
|
|
化學(xué)管材（聚乙烯管、聚氯乙烯管、玻璃鋼夾砂管等），內(nèi)襯涂塑管
|
|
|
140～150
|
0.010~0.030
|
結(jié)論：沿程水頭損失計(jì)算是輸配水管道設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，正確的選用計(jì)算公式和采用適宜的摩阻系數(shù)，計(jì)算成果才能真實(shí)的反映管道的水力特性。為保證輸配水管道工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高工程的經(jīng)濟(jì)效益和規(guī)范水力計(jì)算方法
