雅米首页-雅米注册丨主页？广东省博罗县高级中学（516100）林海兵摘要：流体特别是液体，在管道中的流动时，人们把其质量流量等效于体积流量，这是建立在不可压缩、没有粘性的“理想流体”模型基础上的理论。无论是气体还是液体都是可压缩的，有人曾经对水和水银等液体的压缩性进行了测量，在500大气压下，每增加一大气压，水的体积的减少量不到原体积的两万分之一，水银体积的减少量不到原体积的百万分之四，因为压缩量很小，通常均可不考虑液体的可压缩性。气体的可压缩性则非常明显，譬如用不太大的力推动活塞即可使气缸中的气体压缩，又如地球表面的大气密度随高度的增加而减小，也说明气体的可压缩性。但是，因为气体密度小，即使压力差不太大，也能够迅速驱使密度较大处的气体流向密度较小的地方，使密度趋于均匀；又若流动气体中各处的密度不随时间发生明显的变化，气体的可压缩性就可以不必考虑。然而若气体速度接近或者超过专声速，因气体运动所造成的各处密度差来不及消失，这时气体的可压缩性会变得非常明显，不能再看可压缩的。总之，在一定问题中，若可不考虑流体的压缩性便可将它抽象为不可压缩流体的理想模型，反之，则需看作是可压缩流体。[1]以上文字摘自漆安慎、杜婵英的高等学校试用教材《力学基础》（1982年12版）第508页。从上述论述中，我们都可知道这样一个事实，任何（由原子分子构成的）物体都可以被压缩，只是不同的物体在同一条件下的压缩量不尽相同；我们还可以知道这样的第二个事实，自然界存在着大量的压缩量相当微小可以是微不足道的物体，液体也就其中的一种，人们常常把这些微不足道的形变量忽略了，把它当成不可压缩的物体；我们还可以看到第三个事实，当人们把这些压缩量很小的液体当成不可压缩的理想流体的时候，人们压根儿就没有考虑过这些被人们当成为不可压缩的理论流体是否会发生体积的膨胀。也因为这样，在经典物理学中所研究的液体，通常都是密度从不发生变化的流体。我们见到的流体，既有开放的也有封闭的，气体也是流体，理想气体是物理学中研究得很多的液体，在研究时，人们把理想气体放入一个容器中，故这是封闭的理想气体。除了理想气体之外，人们还经常见到在管道、容器等器具中的水，这些都是具有封闭性质的液体。也许是受到这么许多实际情况的影响，使人们对液体的运动也采用封闭型的研究，即使对于原本是开放型的流体，人们也要固执地把它转化为封闭在本没有管道的流体中人为地假设了一条一条的管道，把它称为流管，流体就在这些子无虚有的流管中运动。在确定了流体流动的管道之后，人们认为接下来要研究要关注的对象便是流体在管道中的流量了。流量是什么？流量的原始定义应该是单位时间内通过管道某横截面的流体的人们正是利用了流体的压缩量很小可以忽略的特点，认为流体的密度是不变的，而流管的某处横截面积当然也是不变的，故流量人们认为，在同一流管中，同一时刻流入与流出任何一个体积空间的流体质量都是相等的，所以流入流出该体积空间的流体体积也是相等的，人们也它称为流体的连续性原理。根据此原理我们可知，同时流过，如若，则说明流则，我们不妨假设流体先通过横截面再通过体在作加速运动，反之则作减速运动。总之，只要流管的横截面积不同，流体在其内流动一定作变速运动。我们都知道，我们所知道的任何宏观物体，无论是固体还是液体抑或是气体，都是由原子（分子）构成的，所以，笔者在此，撇开了经典物理学流量的研究方法，而是把构成流体的原子（分子）作为研究对象。此时，对于任何一条流管的任何一个横截面，流过这个横截面的流体原子（分子）总是具有先后之分。在稳定的流体中，在某一个流管横截面的流速是稳定的，而同一流管不同的横截面，笔者认为，虽然存在着横截面积越小，流速越大，但是流体流速并不与其横面积成反比，而于是，我们知道，在流管流速越大的地方，其流体密度将越小，流速越小的地方，密度则越大。或者说，流体的密度摘要：流体特别是液体，在管道中的流动时，人们把其质量流量等效于体积流量，这是建立在不可压缩、没有粘性的“理想流体”模型基础上的理论。无论是气体还是液体都是可压缩的，有人曾经对水和水银等液体的压缩性进行了测量，在500大气压下，每增加一大气压，水的体积的减少量不到原体积的两万分之一，水银体积的减少量不到原体积的百万分之四，因为压缩量很小，通常均可不考虑液体的可压缩性。气体的可压缩性则非常明显，譬如用不太大的力推动活塞即可使气缸中的气体压缩，又如地球表面的大气密度随高度的增加而减小，也说明气体的可压缩性。但是，因为气体密度小，即使压力差不太大，也能够迅速驱使密度较大处的气体流向密度较小的地方，使密度趋于均匀；又若流动气体中各处的密度不随时间发生明显的变化，气体的可压缩性就可以不必考虑。然而若气体速度接近或者超过专声速，因气体运动所造成的各处密度差来不及消失，这时气体的可压缩性会变得非常明显，不能再看是不可压缩的。总之，在一定问题中，若可不考虑流体的压缩性便可将它抽象为不可压缩流体的理想模型，反之，则需看作是可压缩流体。[1]以上文字摘自漆安慎、杜婵英的高等学校试用教材《力学基础》（1982年12版）第508页。从上述论述中，我们都可知道这样一个事实，任何（由原子分子构成的）物体都可以被压缩，只是不同的物体在同一条件下的压缩量不尽相同；我们还可以知道这样的第二个事实，自然界存在着大量的压缩量相当微小可以是微不足道的物体，液体也就其中的一种，人们常常把这些微不足道的形变量忽略了，把它当成不可压缩的物体；我们还可以看到第三个事实，当人们把这些压缩量很小的液体当成不可压缩的理想流体的时候，人们压根儿就没有考虑过这些被人们当成为不可压缩的理论流体是否会发生体积的膨胀。也因为这样，在经典物理学中所研究的液体，通常都是密度从不发生变化的流体。理想气体是物理学中研究得很多的液体，在研究时，人们把理想气体放入一个容器中，故这是封闭的理想气体。除了理想气体之外，人们还经常见到在管道、容器等器具中的水，这些都是具有封闭性质的液体。也许是受到这么许多实际情况的影响，使人们对液体的运动也采用封闭型的研究，即使对于原本是开放型的流体，人们也要固执地把它转化为封闭型，在本没有管道的流体中人为地假设了一条一条的管道，把它称为流管，流体就在这些子无虚有的流管中运动。在确定了流体流动的管道之后，人们认为接下来要研究要关注的对象便是流体在管道中的流量了。流量是什么？流量的原始定义应该是单位时间内通过管道某横截面的流体的质量，即人们正是利用了流体的压缩量很小可以忽略的特点，认为流体的密度是不变的，而流管的某处横截面积当然也是不变的，故流量人们认为，在同一流管中，同一时刻流入与流出任何一个体积空间的流体质量都是相等的，所以流入流出该体积空间的流体体积也是相等的，人们也它称为流体的连续性原理。根据此原理我们可知，同时流过同一流管任意两个横截面的流量相等液体在管道中的速度变化，即或，我们很容易知道，如果流体运动的流管的横截面积是变化的，那么流体在流管中的流动速度也一定是变化的，比如，如若，则说明流则，我们不妨假设流体先通过横截面再通过 体在作加速运动，反之则作减速运动。总之，只要流管的横截面积不同，流体在其内流动一定作变速运动。 我们都知道，我们所知道的任何宏观物体，无论是固体还是液体抑或是气体，都是由原子（分子）构成的，所以，笔 者在此，撇开了经典物理学流量的研究方法，而是把构成流 10 体的原子（分子）作为研究对象。 此时，对于任何一条流管的任何一个横截面，流过这个横截面的流体原子（分子）总是具有先后之分。在稳定的流体 中，在某一个流管横截面的流速是稳定的，而同一流管不同 的横截面，笔者认为，虽然存在着横截面积越小，流速越大， 但是流体流速并不与其横面积成反比，而有这样的关系。即 流管的体积连续性原理是不正确的，但是 于是，我们知道，在流管流速越大的地方，其流体密度将越小，流速越小的地方，密度则越大。或者说，流体的密度 是变化的，不是稳定不变的 两管道之间的压差=a*l*p*u*u2d单位为pa 为你所取两点之间的距离单位为米 为流体的密度kgm3 11 请教：已知管道直径D，管道内压力 P，能否求管道中流 体的流速和流量？怎么求 已知管道直径D，管道内压力 P，还不能求管道中流体的 流速和流量。你设想管道末端有一阀门，并关闭的管内有压 力P，可管内流量为零。管内流量不是由管内压力决定，而 是由管内沿途压力下降坡度决定的。所以一定要说明管道的 长度和管道两端的压力差是多少才能求管道的流速和流量。 1、计算管道的比阻S，如m为单位。 式中：C――管道的谢才系数；L――管道长度；P――管道两端的压力差；R――管道的水力半径；ρ――液体密度； g――重力加速度；S――管道的摩阻。 管道的内径和压力 流量的关系 似呼题目表达的意思是：压力损失与管道内径、流量之间的关系，如果是这个问题，则正确的答案应该是：压力损失 12 与流量的平方成正比，与内径533 方成反比，即流量越大压 力损失越大，管径越大压力损失越小，其定量关系可用下式 表示： 上式严格说是水头损失公式，水头损失乘以流体重度后才是压力损失。式中n――管内壁粗糙度； 点击次数：2278发布时间：2013-8-6 单位时间内流体在流动方向上流过的距离称为流速，用符号“表示，单位为ms。实验证明：流体在管道横截面上各点 的流速并不相同，管中心的流速最快，离中心越远，流速越 慢．管壁处的流速为零。因此，通常所说的流速是指流体在 整个导管截面上的平均流速。流量与流速的关系如下 13 由式可知管径的平方与流速成反比，流速大则所用管材直径小，可节省投资，但流体流动时遇到的阻力大，会消耗更 多的动力，增加日常操作费用；反之，流速小，则投资大而 日常操作费用低。最适宜的流速，应使投资与操作费用的总 和为最小。常见流体的适宜流速范围，可供选用参考。 例有一水泵，将水池中的水输送至冷却塔。若流速为2m ／s，流量为36m3h，试确定输水管所需的直径。 管道规格中没有直径正好为798mm的，所以选用公称直 径为80mm （或3”）的水管，其外径为885mm，壁厚为4mm，内径 （885-24）=80 5（mm）此值接近计算值。因选定管 14 子的内径比计算值稍大，故流速比原流速略小。 常用水泵产品有：立式排污泵,管道排污泵,液下排污泵等排污泵产品。 流量与管径、压力、流速的一般关系2007 年03 月16 一般工程上计算时，水管路，压力常见为01--06MPa，水在水管中流速在1--3 米秒，常取15 流速=0002827X管内径的平方 流速立方米小时。 其中，管内径单位：mm，流速单位：米秒 ，饱和蒸汽 的公式与水相同，只是流速一般取20--40 水头损失计算Chezy 公式 Chezy这里： ——Chezy糙率系数（m12s） ——水力坡度（mm） 15 根据需要也可以变换为其它表示方法:Darcy-Weisbach 由于这里： hf——沿程水头损失（mm3s） ——Darcy-Weisbach水头损失系数（无量纲） 水力计算是输配水管道设计的核心，其实质就是在保证用户水量、水压安全的条件下，通过水力计算优化设计方案， 选择合适的管材和确经济管径。输配水管道水力计算包含沿 程水头损失和局部水头损失，而局部水头损失一般仅为沿程 水头损失的5~10%，因此本文主要研究、探讨管道沿程水头 损失的计算方法。 11 管道常用沿程水头损失计算公式及适 用条件 管道沿程水头损失是水流摩阻做功消耗的能量，不同的水流流态，遵循不 同的规律，计算方法也不一样。输配水管道水流流态都处在紊流区，紊流区水流的阻力是水的粘滞力及水流速度与压 强脉动的结果。紊流又根据阻力特征划分为水力光滑区、过 渡区、粗糙区。管道沿程水头损失计算公式都有适用范围和 条件，一般都以水流阻力特征区划分。 水流阻力特征区的 16 判别方法，工程设计宜采用 国内管道经常采用的沿程水头损失水力计算公式及相应的摩阻力系数，按照水流阻力特征区划分如表1。 达西公式是管道沿程水力计算基本公式，是一个半理论半经验的计算通式，它适用于流态的不同区间，其中摩阻系数 可采用柯列布鲁克公式计算，克列布鲁克公式考虑的因素多，适用范围广泛，被认为紊流区λ 的综合计算公式。利用 达西公式和柯列布鲁克公式组合进行管道沿程水头损失计 算精度高，但计算方法麻烦，习惯上多用在紊流的阻力过渡 海曾—威廉公式适用紊流过渡区，其中水头损失与流速的1852 次方成比例（过渡区水头损失hV175~20）。该式计 算方法简捷，在美国做为给水系统配水管道水力计算的标准 式，在欧洲与日本广泛应用，近几年我国也普遍用做配水管 网的水力计算。 谢才公式也应是管道沿程水头损失通式，且在我国应用时间久、范围广，积累了较多的工程资料。但由于谢才系数C 采用巴甫洛夫公式或曼宁公式计算确定，而这两个公式只适 用于紊流的阻力粗糙区，因此谢才公式也仅用在阻力粗糙 另外舍维列夫公式，前一段时期也广泛的用做给水管道水力计算，但该公式是由旧钢管和旧铸铁管管材试验资料确定 的。而现在国内采用的金属管道已普遍采用水泥砂浆和涂料 做内衬，条件已发生变化，因此舍维列夫公式也基本 12输配水管道沿程水头损计算的实用公式 输配水管道 沿程水头计算时，先采用 应的公式计算，科学合理，但操作麻烦，特别在流速是待求的未知数时，需要采用试算的方法确定雷诺数（Re）很不 方便。为了使输配水管道水力计算能满足工程设计的需要， 又可以方便的选择计算公式和进行简捷的计算，根据多年来 管道水力计算的经验，《室外给水设计规范》GBJ13-86 修编 报批稿，依据管材的不同和流速的常用范围，确定输配水管 道沿程水头损失计算公式如下： （1）塑料管 21管道摩阻系数的属性及应用条件 每个管道沿程水力计算公式都有相应的摩阻系数和确定方18 法，表达形式也不一样。摩阻系数是一个未知数，应由试验 确定。但实际应用时，一般都依据不同的管材和其不同的内 壁光滑程度，参考已有的资料，由设计人员计算时选择采用。 该数值非常重要，但随意性很大，而且取值的结果直接影响 水力计算成果的精度。因此了解和熟悉摩阻系数的属性，掌 握取值的方法和技巧，也同样是做好管道沿程水力计算的关 当量粗糙度是自然（也有称工业）管道，根据水力试验的成果，运用达西 公式和尼古拉兹公式计算出的理论值。每种管材都有一个确定的当量粗糙度，且不因流态不同而改变，在判别水流流 态和选择其他计算公式参数时，经常用到当量粗糙度。 值不一样。在紊流的光滑区，λ数值仅与雷诺数（Re）有关， 且随雷诺数（Re）的增大而减小；在紊流过渡区，λ 与雷诺 数（Re）和相对粗糙度（Δd）两个因素有关；在紊流粗糙 区仅和相对粗糙度（Δd）有关，只要管材与管径确定（即 相对粗糙度 时的参数，它适用于紊流的粗糙区，在该区可根据管材内19 壁光滑程度，选择相应的n 值，但一般情况n 的取值范围宜 大于 0010，否则计算成果误差较大。 （4）海曾—威廉系 数Ch 海曾—威廉系数适用紊流过渡区，Ch取值范围宜大于120，否则计算成果误差较大。 22相应的紊流阻力特征区内不同摩阻系数间的对应关系 （其中y采用巴甫洛夫公式计算，若y=16） 31《室外给水设计规范》GBJ13-86 修编建议沿程水头损 失摩阻系数（、n、Ch）取值见表2。 管道沿程水头损失（nCh 结论：沿程水头损失计算是输配水管道设计的基础，正确的选用计算公式和采用适宜的摩阻系数，计算成果才能真实 的反映管道的水力特性。为保证输配水管道工程设计质量， 提高工程的经济效益和规范水力计算方法 流量与管径、压力、流速的一般关系20 标签：流量 压力流速 关系 2012-09-0510:37 阅读741评论0 流量与管径、压力、流速的一般关系2007 年03 月16 一般工程上计算时，水管路，压力常见为01--06MPa，水在水管中流速在 1--3 流速=0002827X管内径的平方X 流速 立方米小时。 其中，管内径单位：mm，流速单位：米秒 ，饱和蒸汽 的公式与水相同，只是流速一般取20--40 水头损失计算Chezy公式 Chezy ——Chezy糙率系数（m12s） ——水力坡度（mm） 根据需要也可以变换为其它表示方法:Darcy-Weisbach 由于这里： hf——沿程水头损失（mm3s） ——Darcy-Weisbach水头损失系数（无量纲） 21道长度（m） 水力计算是输配水管道设计的核心，其实质就是在保证用户水量、水压安全的条件下，通过水力计算优化设计方案， 选择合适的管材和确经济管径。输配水管道水力计算包含沿 程水头损失和局部水头损失，而局部水头损失一般仅为沿程 水头损失的5~10%，因此本文主要研究、探讨管道沿程水头 损失的计算方法。 一、管渠沿程水头损失谢才公式 λ——Darcy-Weisbach水头损失系数（无量纲） 与水流流态有关，一般采用经验公式或半经验公式计算。常用： 1．舍维列夫公式（适用：旧铸铁管和旧钢管满管紊流，水温100C0（给水管道计算） 曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中y=16 时的特例，适用于 明渠或较粗糙的管道计算。 hm——局部水头损失，m；ξ——局部阻力系数。 给水排水管网中局部水头损失一般不超过沿程水头损失的5%，常忽略局部水头损失的影响，不会造成大的计算误差。 沿程水头损失计算公式的比较与选用 巴甫洛夫斯基公式适用范围广，计算精度也较高，特别是对于较粗糙的管 23 海曾－威廉公式则适用于较光滑的管道，特别是当e025mm（CW130） 舍维列夫公式在10e15mm 之间给出了 令人满意的结果，对旧金属管 消防用水量（校核时使用）四、管段设计流量计算 11管道常用沿程水头损失计算公式及适用条件 管道沿程水头损失是水流摩阻做功消耗的能量，不同的水流流态，遵循不同的规律，计算方法也不一样。输配水管道 水流流态都处在紊流区，紊流区水流的阻力是水的粘滞力及 水流速度与压强脉动的结果。紊流又根据阻力特征划分为水 力光滑区、过渡区、粗糙区。管道沿程水头损失计算公式都 有适用范围和条件，一般都以水流阻力特征区划分。 水流阻力特征区的判别方法，工程设计宜采用数值做为判24 别式，目前国内管道经常采用的沿程水头损失水力计算公式 及相应的摩阻力系数，按照水流阻力特征区划分如表1。 达西公式是管道沿程水力计算基本公式，是一个半理论半经验的计算通式，它适用于流态的不同区间，其中摩阻系数 可采用柯列布鲁克公式计算，克列布鲁克公式考虑的因素多，适用范围广泛，被认为紊流区λ 的综合计算公式。利用 达西公式和柯列布鲁克公式组合进行管道沿程水头损失计 算精度高，但计算方法麻烦，习惯上多用在紊流的阻力过渡 海曾—威廉公式适用紊流过渡区，其中水头损失与流速的1852 次方成比例（过渡区水头损失hV175~20）。该式计 算方法简捷，在美国做为给水系统配水管道水力计算的标准 式，在欧洲与日本广泛应用，近几年我国也普遍用做配水管 网的水力计算。 谢才公式也应是管道沿程水头损失通式，且在我国应用时间久、范围广，积累了较多的工程资料。但由于谢才系数C 采用巴甫洛夫公式或曼宁公式计算确定，而这两个公式只适 用于紊流的阻力粗糙区，因此谢才公式也仅用在阻力粗糙 另外舍维列夫公式，前一段时期也广泛的用做给水管道水力计算，但该公式是由旧钢管和旧铸铁管管材试验资料确定 25 的。而现在国内采用的金属管道已普遍采用水泥砂浆和涂料 做内衬，条件已发生变化，因此舍维列夫公式也基本不再采 12输配水管道沿程水头损计算的实用公式 输配水管道沿程水头计算时，先采用判别水流的阻力特征用，再选择相应的公式计算，科学合理，但操作麻烦，特别 在流速是待求的未知数时，需要采用试算的方法确定雷诺数 （Re）很不方便。为了使输配水管道水力计算能满足工程设 计的需要，又可以方便的选择计算公式和进行简捷的计算， 根据多年来管道水力计算的经验，《室外给水设计规范》 GBJ13-86 修编报批稿，依据管材的不同和流速的常用范围， 确定输配水管道沿程水头损失计算公式如下： （1）塑料管 21管道摩阻系数的属性及应用条件 每个管道沿程水力计算公式都有相应的摩阻系数和确定方法，表达形式也不一样。摩阻系数是一个未知数，应由试验 确定。但实际应用时，一般都依据不同的管材和其不同的内 壁光滑程度，参考已有的资料，由设计人员计算时选择采用。 该数值非常重要，但随意性很大，而且取值的结果直接影响 水力计算成果的精度。因此了解和熟悉摩阻系数的属性，掌 握取值的方法和技巧，也同样是做好管道沿程水力计算的关 26 当量粗糙度是自然（也有称工业）管道，根据水力试验的成果，运用达西公式和尼古拉兹公式计算出的理论值。每种 管材都有一个确定的当量粗糙度，且不因流态不同而改变， 在判别水流流态和选择其他计算公式参数时，经常用到当量 粗糙度。 （2）摩阻系数λ 值不一样。在紊流的光滑区，λ数值仅与雷诺数（Re）有关， 且随雷诺数（Re）的增大而减小；在紊流过渡区，λ 与雷诺 数（Re）和相对粗糙度（Δd）两个因素有关；在紊流粗糙 区仅和相对粗糙度（Δd）有关，只要管材与管径确定（即 相对粗糙度 时的参数，它适用于紊流的粗糙区，在该区可根据管材内壁光滑程度，选择相应的n 值，但一般情况n 的取值范围宜 大于0010，否则计算成果误差较大。 海曾—威廉系数适用紊流过渡区，Ch取值范围宜大于120，否则计算成果误差较大。 22 相应的紊流阻力特征区内不同 摩阻系数间的对应关系 （2）紊流粗糙区（其中y采用巴甫洛夫公式计算，若y=16 27 即为曼宁公式，这时） 31《室外给水设计规范》GBJ13-86 修编建议沿程水头损 失摩阻系数（、n、Ch）取值见表2。 管道沿程水头损失（nCh 结论：沿程水头损失计算是输配水管道设计的基础，正确的选用计算公式和采用适宜的摩阻系数，计算成果才能真实 的反映管道的水力特性。为保证输配水管道工程设计质量， 提高工程的经济效益和规范水力计算方法