各种管道水头损失的简便计算公式

各种管道水头损失的简便计算公式(879)摘要：从计算水头损失的最根本公式出发，将各种管道的计算公式加以推导，得出了计算水头损失的简便公式，使得管道工程设计人员从繁琐的计算中解脱出来，提高了工作效率。关键词：水头损失塑料管钢管铸铁管混凝土管钢筋混凝土管在给水工程应用中经常要用到水头损失的计算公式，一般情况下计算水头损失都是从水力摩阻系数λ等基本参数出发，一步一步的代入计算。其实各个公式之间是有一定的联系的，有的参数在计算当中可以抵消。如果公式中只剩下流速、流量、管径这些基本参数，那么就会给计算者省去不少的麻烦。在此我们充分利用了各参数之间以及水头损失与水温的关系，将公式整理简化，供大家参考。1、PVC-U、PE的水头损失计算根据《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》规定，塑料管道沿程水头损失hf应按下式计算：（式1-1）式中λ—水力摩阻系数；L—管段长度（m）；di—管道内径（m）；v—平均流速（m/s）；g—重力加速度，9.81m/s2。因考虑到在通常的流速条件下，常用热塑性塑料给水管PVC-U、PE管一般处于水力光滑区，管壁绝对当量粗糙度对结果的影响非常小或没有影响，故水力摩阻系数λ可按下式计算：（式1-2）式中Re—雷诺数。雷诺数Re应按下式计算：（式1-3）式中γ—水的运动粘滞度（m3/s），在不同温度时可按表1采用。表1水在不同温度时的γ值（×10-6）水温℃05101520253040γ（m3/s）1.781.521.311.141.000.890.800.66从前面的计算可知，若要计算水头损失，需将表1中的数据代入，并逐步计算，最少需要3个公式，计算较为繁琐。为将公式和计算简化，以减少工作量，特推导如下：因具体工程水温的变化较大，水力计算中通常按照基准温度计算，然后根据具体情况，决定是否进行校正。冷水管的基准温度多选择10℃。当水温为10℃时的γ=1.31×10-6m3/s，代入式1-3得（式1-4）将式1-4代入式1-2（式1-5）再将式1-5代入式1-1得（式1-6）取L为单位长度时，hf即等同于单位长度的水头损失i，所以（式1-7）又因为（式1-8）（式1-9）（式1-10）现可用式1-7或式1-10代替式式1-1、式1-2和式1-3，式1-7适用于流速为已知的条件下，式1-10适用于规定流量的条件下。通过简化公式，大大减少了计算量，计算起来更加方便快捷。2、钢管、铸铁管道的水头损失计算均匀流沿程水头损失的基本公式—达西公式（式2-1）式中λ—水力摩阻系数；L—管段长度（m）；di—管道内径（m）；v—平均流速（m/s）；g—重力加速度，9.81m/s2。根据舍维列夫进行的钢管及铸铁管的实验，提出了计算过渡区及阻力平方区的阻力，新钢管（式2-2）注：此公式适用于以m计。将式2-2代入式2-1得：（式2-3）取L=1m，即沿程水头损失hf为管道单位长度的水力坡降i，可得（式2-4）对新铸铁管（式2-5）同理可得：（式2-6）注：此公式适用于以m计。对旧钢管及旧铸铁管当v＜1.2m/s以m计。（式2-7）当v≥1.2m/s以m计。（式2-8）同以上推导过程：当v＜1.2m/s（式2-9）当v≥1.2m/s（式2-10）3、混凝土管、钢筋混凝土管的水头损失：对于钢筋混凝土管，通常采用谢才公式计算水力坡度：（式3-1）式中R—水力半径对于圆管（式3-2）C—谢才系数（式3-3）n—粗糙系数，0.013-0.014。将式3-2、式3-3代入3-1式得：（式3-4）当n=0.013时，（式3-5）由（式3-6）（式3-7）得：（式3-8）同理当n=0.014时（式3-9）4、结论计算热塑性塑料管道PVC-U、PE管的水头损失可用式1-7或式1-10代替式1-1、式1-2和式1-3，式1-7适用于流速为已知的条件下，式1-10适用于规定流量的条件下。计算钢管和铸铁管水头损失可用式2-4、式2-6、式2-9和式2-10等简化公式。计算混凝土管和钢筋混凝土管水头损失可用式3-5、式3-8或式3-9代替式3-1、式3-2和式3-3等简化公式。通过简化公式，大大减少了计算量，计算起来更加方便快捷。注：以上公式中的i值均为水温为10℃时的水头损失，如果水温不是10℃，i值均应乘以修正系数K1，见表2：表2水温修正系数表水温℃045101520253040K11.081.051.031.000.960.930.910.890.85