输水管道水力计算公式选用指南

管道输水设计中，水力计算是非常重要的一部分，而水头损失的计算又是重中之重。只有通过计算水头损失才能正确选择动力设备和输送设备，满足工程中的流量、压力等要求，对于保障工程安全可靠、投资经济合理、运行高效节能具有重要意义。那么，在市政及水利工程管网设计中：

常用的管道水力学计算公式有哪些？

有压流管道和重力流管道分别适用什么公式？

圣戈班球墨铸铁管的水力学性能实测结果如何？

让我们先从管道中

水流的形态说起

水

流

形

态

1883年英国物理学家雷诺通过实验研究发现，流体具有两种流动形态：层流和紊流。而水头损失的规律与流态密切相关。

层流 vs 紊流

流体质点作有条不紊的运动，彼此不相混掺的形态称为层流。

流体质点作不规则运动、互相混掺、轨迹曲折混乱的形态叫做紊流。

雷诺等人进一步通过实验研究发现，流体的流态与流速v、管径d、流体的动力粘度μ和密度ρ有关，可通过无因次数-雷诺数Re表示，并以此作为判别两种流态的标准：

对于圆形输水管道，

临界雷诺数Rek=2000。

✔ 当Re<2000， 流体为层流；

✔ 2000<Re<4000，流体处于层流向紊流的过渡区；

✔ Re>4000，流体处于紊流区。

在市政及水利工程输水管道中，水流一般都处于紊流状态。而紊流又分为紊流光滑区、紊流过渡区和紊流粗糙区。每个水力分区都有各自的水力特点，那么如何用一个统一有效的办法来计算水头损失呢？

水

头

损

失

实际上，水头损失分为沿程水头损失和局部水头损失。

h=hf hj

式中：h为总水头损失(m)；hf为沿程水头损失(m)；hj为局部水头损失(m)。

在长距离输水管线中，能量损失主要来源于沿程水头损失，也是我们今天研究的重点。GB50013-2018《室外给水设计标准》中，对于供水管道的沿程水头损失提供了以下三种公式：

达西公式

Darcy-Weisbach Formula

式中：λ-沿程阻力系数；l-管段长度(m)；d-管道内径(m)；v-过水断面平均流速(m/s)；g-重力加速度(m/s2)。

达西公式由法国水力学家达西于1857年根据柏努利方程推演出，是均匀流沿程损失的普遍计算公式。适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流，在工程上具有重要意义。

公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键。

⏩对于圆形管道层流: