在输水工程中经常要用到塑料管道水力损失的计算公式,一般情况下计算水力损失都是从水力摩阻系数λ等基本参数出发。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。笔者在此充分利用了各参数之间的关系,将公式整理简化,供业内人士参考。
根据相关规定,PVC、PE给水管道的沿程水力损失hf应按下式计算:
(1)
式中 λ——水力摩阻系数;
L——管段长度,单位为m;
di——管道内径,单位为m;
υ——平均流速,单位为m/s;
g——重力加速度,为9.81mm/s2。
因考虑到在通常的流速条件下,常用的PVC、PE给水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:
(2)
式中 Re——雷诺数,按下式计算:
(3)
式中 γ——水的运动粘滞度,单位为m3/s,不同温度时的γ值见表1。
表1 水在不同温度时的γ值(×10-6)
从公式1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,水力损失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℃。
将水温为10℃时的γ=1.31×10-6 m3/s,代入式3,得
(4)
将式4代入式2,得
(5)
再将式5代入式1,得
(6)
取L=1m时的水头损失hf =i,所以
(7)
又因
(8)
(9)
得
(10)
式中 q——单位时间通过管道截面的流体体积流量,单位为m3/s。
现可用式7或式10来代替式1、式2和式3。式7适用于流速已知的条件下,式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。
请注意,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
以上是笔者在多年工作中的经验总结,希望能对从事水力工程计算的设计人员有所帮助。
最后需要再次强调的是,笔者提出的简化公式是按PVC、PE给水管处于水力光滑区考虑的。随着计算机的应用,在精确计算时,有时也考虑热塑性塑料管的管壁绝对当量粗糙度△,△值一般为0.0015~0.015mm之间,多采用0.005mm,或为保险计,采用0.010mm。这时,水力摩阻系数λ要按公式: 来计算。
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