导流水力计算补充资料之令狐文艳创作
导流水力学计算补充资料
导流水力学计算目的: 拟定泄水建筑物尺寸；确定围堰高程及高度；为计算导流方案工程量提供依
据。分为四类介绍：
令狐文艳
分段围堰法前期之束窄河床导流水力计算、导流后期之底孔与缺口导流水力计算、隧洞导流水力计算、明渠导流水力计算。
一、分段围堰法之前期导流的水力计算
要求:束窄河床流速校核；确定上、下游围堰的高程及长度；确定纵向围堰的高程及长度。
1.上游水位计算(上游水位壅高计算,其中下游水位按实测水位流量关系确定)
绘出束窄河床导流水位计算简图如下：
图中z为上下游水位差，m；v0为上游围堰前(原河床)水流的行近流速,m/s；v c为束窄河床段水流收缩断面处的流速,m/s。(1)计算公式[教材公式(1-3)]
上述计算简图中，可近似假定h c=h d，按能量方程：
式中,河床束窄断面处流v c为：(公式1-4)
Q D为导流设计流量,m3/s.
设上游围堰前水位壅高后,河床过水面积为A u:
则v0为而A u与河床地形与z有关.
A u=f(Hu)=f(z)
(2)试算法求z：
已知:导流设计流量Q D;河床水位-面积曲线H-A(或图上得量H 对应的A值)；
下游水位-流量关系曲线h d -Q；K及其它系数。
计算步骤:
step1:由Q D,K求v c,校核v c是否小于允许流速[v c]，并选定各种系数值；
step2:设z=z s ,求h u,=h d+z s。并查得A u；
step3:求v0=Q D/A u；
step4:将v c和v0代入公式(1-3),求出z；
step5:比较判定 |z-z s| e为计算控制精度,可取0.01m，计算至满足精度要求为止. 2.围堰剖面设计 围堰剖面设计包括：堰顶高程计算、堰顶宽度拟定、上、下游边坡拟定、围堰绘横剖面图，并进行上、下游围堰及纵向围堰布置设计。 完成习题时应查阅参照类似工程围堰设计和布置资料。二、分段围堰法之后期导流的水力计算(底孔、缺口水力计算) 在导流水力学计算中，常遇到两个及以上泄水建筑物联合泄流问题。最常见的组合有：底孔+缺口联合泄流、隧洞+过水围堰联合泄流、厂房中双层泄水孔联合泄流等。由于不同建筑物泄水状况相互干扰，对此类问题难以准确计算。为了使用计 算需要，通常假定几种建筑物泄水相互不干扰，即，参与联合泄流的几种建筑物总的泄水能力可由各建筑物单独泄水能力曲线叠加而得。导流水力学计算中常用联解方程法和图解法解决此类问题。以下以底孔+缺口联合泄流为例说明其计算应用，如图1所示。 一般来讲，河流枯期流量小时，底孔引导水流，缺口上升。而汛期流量大时，缺口与底孔联合渲泄洪水。 计算要求:缺口、底孔的过流量及流速、确定二期上、下游围堰的高程及长度、确定二期纵向围堰的高程及长度。 河流流量由小到大增加时的流态：底孔无压-底孔有压-底孔+非淹没堰流-底孔+淹没堰流。 1.上游水位计算 (联合泄流计算工况) 假定：几种建筑物泄水互不干扰。 (1)计算简图及公式 绘出底孔与缺口联合泄流计算简图： 计算公式: (1)底孔流量 (2)缺口流量 (3)水量平衡方程： Q D =Q 1+Q 2 Q D 为导流设计流量，m 3/s ；各项物理意义参见导流水力学计算补充资料。 一般可联解上面三个方程求解。 2.图解计算法 (联合泄流计算工况) 3.围堰高程计算 同前期导流计算方法 4.围堰布置及尺寸 与前期导流法布置类似；注意围堰位置及其相互关系.5.缺口设计 ／[q] .缺口宽度B: B=Q 缺 [q]为临时缺口允许单宽流量,取60-80m3/s/m; .缺口布置:施工方便:结构可靠: 6.底孔设计 /[v] .底孔面积:ω=Q 孔 .底孔数目:N= ω /(b*h b) .底孔布置:从结构要求、封堵闸门设备、底坎高程、河流综合利用等方面考虑。 三、全段围堰法之隧洞导流的水力计算 要求:隧洞的过流量及流速； 确定隧洞过水断面形式及面积； 确定上、下游围堰的高程及长度； 1.上游水位计算 (1)洞内流态: 枯期流量较小时为明流:按明渠水流计算；流量逐步增大时可能出现明满交替流情况:尽可能避免； 汛期流量较大时可能为有压流：按能量方程推导公式计算(计沿程损失)；(2)有压流计算简图及公式 导流隧洞有压流计算简图如下。 隧洞有压流计算公式：公式中各项物理意义见导流水力学补充资料。 2.围堰高程及布置 同前 3.导流隧洞洞径D选择(洞径优化) 若洞径 D大,可加大泄流量Q,相应围堰高度低；反之，若洞泾D减小,泄流能力Q减小,会增加围堰高度高， 一般来讲，以隧洞开挖衬砌费用+围堰费用→min 应结合导流隧洞临时支护形式,进行方案的技术经济比较 4.导流隧洞消能防冲 略 四、明渠导流的水力计算 计算要求:明渠的过流量及流速；确定明渠过水断面形式及面积；确定上、下游围堰的高程及长度； 1.上游水位计算 明渠进水口可初估为堰流形式，即可按堰流公式计算渠道进口泄流能力，进而求出相应于导流设计流量Q D的明渠进口上游水位。 2.明渠均匀流计算公式 流速v=C√RJ 流量Q=Av=AC√(Ri) 若C采用曼宁公式计算，则 流速v=R2/3i1/2/n 流量Q=AR2/3i1/2/n 式中，n-糙率；R-水力半径；i-坡比 2.渠内水面曲线推求 用于确定明渠边墙高度。参见水力学。 3.明渠断面选择： 矩形；梯形；复合断面。 4.其余计算同前 第三章给水排水管道系统水力计算基础 本章内容： 1、水头损失计算 2、无压圆管的水力计算 3、水力等效简化 本章难点：无压圆管的水力计算 第一节基本概念 一、管道内水流特征 进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。 对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑 紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。 二、有压流与无压流 水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流 给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。 从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多 三、恒定流与非恒定流 给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。 四、均匀流与非均匀流 液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。 对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。 建筑给水排水工程习题 一、选择 1、当资料不全时，建筑物内的生活用水低位水池有效容积按哪一条计算是正确的？（A） A 按最高日用水量的20%~25%确定 B 按最高日用水量的35%~40%确定 C 按平均日用水量确定 D 按平均日用水量的60%确定 2、在装设备通透性吊顶的场所，喷头应布置在_____;系统的喷水强度应按_____确定。（C） A 吊顶下常规系统设计基本参数1.3倍 B 吊顶下常规系统设计基本参数 C 顶板下常规系统设计基本参数1.3倍 D 顶板下常规系统设计基本参数 3、下列哪一个情况排水系统应设环形通气管？（B） A 连接4个及4个以上卫生器具的横支管。 B 连接4个及4个以上卫生器具的横支管的长度大于12m的排水横支管。 C连接7个及7个以上大便器具的污水横支管。 D 对卫生、噪音要求较高的建筑物内不设环形通气管，仅设器具通气管。 4、给水管网的压力高于配水点允许的最高使用压力是应设减压设施。采用比例式减压阀的减压不宜大于____。（B） A 2 :1 B 3 :1 C 5 :1 D 6 :1 5、某建筑物内的生活给水系统，当卫生器具给水配水处的静水压力超过规定值时，宜采用何种措施？（A） A 减压限流 B 排气阀 C 水泵多功能控制阀 D 水锤吸纳器 6、某中水站利用城市污水处理厂二级处理出水为中水水源是，请回答下列四组中水处理工艺流程中哪组工艺流程合理？（D） A r r r 中水水源格栅间调节池物化、生化深度处理池中水 u u u u u u u u u u r r 中水水源格栅间调节池物化、生化深度处理池消毒池中水 B r r r r u u u u u u u u u u r r C u u r u u r u u r 中水水源格栅间调节池预处理池中水 u u u u u u u u u u r r 中水水源调节池物化、生化深度处理池消毒池中水 D r r r u u u u u u u u u u r r 注：城市污水处理厂二级处理出水水质已达《污水综合排放标准》，只需经调节池后采用生化或物化结合的深度处理，在经消毒即可作中水使用。 7、在设计自动喷水灭火系统时，配水管道的工作压力不应大于____；湿式系统、干式系统的喷水头动作后应由____直接连锁自动启动供水泵。（B） A 1.2 MPa 火灾报警信号 B 1.2 MPa 压力开关 C 0.4 MPa 火灾报警信号 D 0.4 MPa 压力开关 8、请指出正确的水泵吸水管的连接方式。（C） A 吸水管设在虹吸管段 B 吸水管向下坡向水泵 C 异径偏心大小头 D 同心异径管 9、下面关于自动喷水灭火系统管材及连接叙述中，哪一条是正确的？（C） A 系统管道的连接，应采用沟槽式连接件（卡箍），或法兰连接。 导流水力学计算补充资料 导流水力学计算目的: 拟定泄水建筑物尺寸;确定围堰高程及高度;为计算导流方案工程量提供依据。分为四类介绍:分段围堰法前期之束窄河床导流水力计算、导流后期之底孔与缺口导流水力计算、隧洞导流水力计算、明渠导流水力计算。 一、分段围堰法之前期导流的水力计算 要求:束窄河床流速校核;确定上、下游围堰的高程及长度;确定纵向围堰的高程及长度。 1、上游水位计算(上游水位壅高计算,其中下游水位按实测水位流量关系确定)绘出束窄河床导流水位计算简图如下: 图中z为上下游水位差,m;v 0为上游围堰前(原河床)水流的行近流速,m/s;v c 为束 窄河床段水流收缩断面处的流速,m/s。 (1)计算公式[教材公式(1-3)] 上述计算简图中,可近似假定h c =h d ,按能量方程: 式中,河床束窄断面处流v c 为:(公式1-4) Q D 为导流设计流量,m3/s、 设上游围堰前水位壅高后,河床过水面积为A u : 则v 0为而A u 与河床地形与z有关、 A u =f(Hu)=f(z) (2)试算法求z: 已知:导流设计流量Q D ;河床水位-面积曲线H-A(或图上得量H对应的A值); 下游水位-流量关系曲线h d -Q;K及其它系数。 计算步骤: step1:由Q D ,K求v c ,校核v c 就是否小于允许流速[v c ],并选定各种系数值; step2:设z=z s ,求h u ,=h d +z s 。并查得A u ; step3:求v 0=Q D /A u ; step4:将v c 与v 代入公式(1-3),求出z; step5:比较判定 |z-z s | 一、设计课题 水电站有压引水系统水力计算。 二、设计资料及要求 1、设计资料见《课程设计指导书、任务书》； 2、设计要求： （1）、对整个引水系统进行水头损失计算； （2）、进行调压井水力计算球稳定断面； （3）、确定调压井波动振幅，包括最高涌波水位和最低涌波水位； （4）、进行机组调节保证计算，检验正常工作状况下税基压力、转速相对值。 三、调压井水力计算求稳定断面 <一>引水道的等效断面积：∑= i i f L L f ， 引水道有效断面积f 的求解表 栏号 引水道部位 过水断面f i （m 2 ） L i (m) L i/f i 所以引水道的等效断面积∑= i i f L L f =511.28/21.475=23.81 m 2 <二>引水道和压力管道的水头损失计算： 引水道的水头损失包括局部水头损失 h 局和沿程水头损失h 沿两部分 压力管道的水头损失包括局部水头损失h 局和沿程水头损失h 沿两部分 1, 2 2g 2h Q ?ξ局局= g ：重力加速度9.81m/s 2 Q ：通过水轮机的流量取102m 3/s ω ：断面面积 m 2 ξ：局部水头损失系数 局部水头损失h 局计算表 栏号 引水建筑物部位及运行 工况 断面面积 ω（m 2 ） 局部水头损失系数 局部水头损失 10-6Q 2（m ） 合计(m) (1) 进 水 口 拦污栅 61.28 0.12 0.017 0.307 (2) 进口喇叭段 29.76 0.10 0.060 (3) 闸门井 24.00 0.20 0.184 (4) 渐变段 23.88 0.05 0.046 (5) 隧 洞 进口平面转弯 23.76 0.07 0.066 0.204 (6) 末端锥管段 19.63 0.10 0.138 (7) 调 压 正常运行 19.63 0.10 0.138 2.202 (1) 拦污栅 61.28 4.1 0.067 (2) 喇叭口进水段 29.76 6.0 0.202 (3) 闸门井段 24.00 5.6 0.233 (4) 渐变段 2 3.88 10.0 0.419 (5) D=5.5m 23.76 469.6 19.764 (6) 锥形洞段 21.65 5.0 0.231 (7) 调压井前管段 19.63 10.98 0.559 水电站建筑物,有压引水水力计算 《水电站建筑物》课程设计有压引水系统水力计算 设 计 计 算 书 姓名 专业 学号 指导教师 时间 目录 第一部分设计课题 (3) 1.设计内容 (3) 2.设计目的 (3) 第二部分设计资料及要求 (4) 1.设计资料 (4) 2.设计要求 (5) 第三部分调压井稳定断面计算 (6) 1.引水系统水头损失 (6) 2.引水道有效断面 (8) 3.稳定断面计算 (8) 第四部分调压井水位波动计算 (10) 1.最高涌波水位 (10) 2.最低涌波水位 (13) 第五部分调节保证计算 (15) 1.水锤计算 (15) 2.转速相对升高值 (19) 第六部分附录 (21) 1.附图 (21) 2.参考文献 (21) 第一部分设计课题 1.1 课程设计内容 对某水电站有压引水系统水力计算 1.2 课程设计目的 通过课程设计进一步巩固所学的理论知识，使理论与工程实际紧密结合。提高学生分析问题和解决实际问题的能力，计算能力和绘图能力。 第二部分 设计资料及要求 2.1 设计资料 某电站是MT 河梯级电站的第四级。坝址以上控制流域面积23622Km ，多年平均流量44.9s m /3，由于河流坡降较大，电站采用跨河修建基础拱桥，在桥上再建双曲拱坝的形式，坝高(包括基础拱桥)54.8m 。水库为日调节，校核洪水位1097.35m ，相应尾水位1041.32m ；正常蓄水位1092.0m ，相应尾水位1028.5m ；死水位1082.0m ，最低尾水位1026.6m 。总库容m H m p 58,1070734=?，m H m H 4.53,4.65,min max ==。装机容量kw 4105.13??，保证出力kw 41007.1?，多年平均发电量h kw .1061.18?。 该电站引水系统由进水口、隧洞、调压井及压力管道四部分组成，电站平面布置及纵断面图如图所示（指导书图1，图2） 隧洞断面采用直径为5.5 m 的圆形，隧洞末端设一锥形管段，直径由5.5 m 渐变至5 .0m ，锥管段长5.0m ，下接压力钢管。隧洞底坡取0.005,全长500.3m ，其中进水口部分长25.7m,进口转弯段长25.595m, 锥管段长为5 m 。 水轮机型号为HL211—LJ —225，阀门从全开到全关的时间为7s ，其中有效关闭时间s T s 68.4=。机组额定转速m in /3.2140r n =，飞轮力矩22.10124m KN GD =。蜗壳长度s m L m L /66.165V .40.202==蜗蜗蜗，，尾水管长度s m L m L /697.3V .16.22 ==尾尾尾，。转轮出口直径 m m 94.1H 2.44D s 2-==，。经核算，当上游为正常蓄水位，下游为正常尾水位，三台机满发电，糙率n 取平均值，则通过水轮机的流量为96.9s m /3，当上游为死水位，下游为正常尾水位，三台机满发，饮水道糙率区最小值，压力管道糙率取最大值，则通过水轮机的流量为102s m /3。当上游为校核洪水位,下游为相应尾水位，电站丢弃两台机时，若丢荷幅度为30000—0KW,则流量为63.6—0s m /3；丢荷幅度为45000—15000KW,则流量变幅为96.5—31.0s m /3。当上游为死水位，下游为正常尾水位时，若增荷幅度为30000—45000KW,则 流量变化为68.5—102.5s m /3；若丢荷幅度为30000—0KW,则 流量变化为67.5—0s m /3。 采用联合供水方式，两个卜形分岔管布置，主管直径5m ，支管直径3.4m,分岔角、2729?。从调压井中心至蝴蝶阀中心，全长 某水利枢纽工程施工导流建筑物为5级，根据《水利水电工程施工组织设计规范》SL303-2004初步确定导流标准为5年一遇（P=20%）,5年一遇枯水期洪峰流量为80m3/s，洪水历时为24小时； 采用全段围堰（挡枯水期洪水）泄洪洞导流围堰为不过水土石围堰,初步确定泄洪洞底高程663m宽4-6m，高5-7米，洞长400米； 试根据拟定的泄洪洞尺寸计算堰前最高水位及最大下泄流量。 假设泄洪洞底坡为0.005，出口为自由出流。 分析：Z-V关系曲线（或Z-F关系曲线）； 洪水标准及相应设计洪水过程线； 拟定的泄洪建筑物型式与尺寸，并推求q-V关系； 水库汛期的控制运行规则； 初始边界条件（包括起调水位、初始库容、初始下泄流量）。 水位～库容关系曲线表 查魏璇主编《水利水电工程施工组织设计指南》中隧洞导流水力计算水位-泄量关系。 解：1.根据题意及条件绘制Z-V关系曲线如下图 2.洪水标准及洪水过程线 3. 拟定的泄洪建筑物型式与尺寸及相应得水力计算，并推求q-V关系 该泄洪建筑物为矩形泄洪洞，拟定其宽为5m，高为5m，泄洪洞底高程663m，过水面积A=25m2。因为隧洞为自由出流判别式如下： 无压流H/D<1.2 有压流H/D>1.5 半有压流或半有压与有压交替的不稳定流 1.2 CB34报告单 （葛洲坝[2011]报告011号） 合同名称：南水北调中线一期引江济汉工程渠道3标合同编号：HBNSBD-YJ01-2011-05 说明：本表一式四份，由承包人填写，监理机构、发包人审批后，承包人2份，监理机构、 发包人各1份。 关于庙湖两期围堰与一期围堰方案比较及导流明渠设计的报告 一、工程概况 1、工程概况 引江济汉作为南水北调中线水源区工程之一，是从长江上荆江河段附近引水至汉江兴隆河段、补济汉江下游流量的一项大型输水工程。工程的主要任务是向汉江兴隆以下河段（含东荆河）补充因南水北调中线调水而减少的水量，同时改善该河段的生态、灌溉、供水和航运用水条件。引水干渠的引水口位于荆州市龙洲垸、出水口为潜江市高石碑，线路地跨荆州、荆门两地级市所辖的荆州区和沙洋县，以及省直管市潜江市和仙桃市，干渠全长67.23km 工程区位于江汉平原的腹地，桩号为13+756～18+947，地形平坦开阔，地面高差起伏不大，渠道的两侧均为农田、鱼塘及村庄，地面高程在32～34m之间。 渠道3标长度为5.191km，沿线共布置各类建筑物4座，3座排水倒虹吸，一座分水闸。引水干渠设计引水流量350m3/s，最大引水流量500m3/s。 本标段引水干渠按1级建筑物设计，干渠上的跨渠倒虹吸等主要建筑物按1级建筑物设计，倒虹吸的进出口连接建筑物、消能防冲设施、庙湖分水闸后的输水管、出口连接建筑物、消能防冲设施等次要建筑物按3级建筑物设计。回旋水域建筑等级类别为三类，但水工建筑物按1级设计，其它建筑物按3级设计。 本标段主体工程主要工程量：土方开挖约213万m3，土石方填 筑约98万m3，混凝土约7万m3，钢筋约0.67万t。 2、穿湖段的原招标围堰施工方案 本标段穿湖段桩号为17+306～17+800，其中有两座建筑物，桩号分别是分水闸K17+400，倒虹吸K17+650，为了满足穿湖段在施工过程中湖汊上游来水能顺利泄入湖中而不致影响其施工，因此，进行分期施工，结合工程布置、进场交通条件及施工布置，一期施工桩号17+306～17+660段（含渠道、分水闸、回旋水域及倒虹吸等），纵向围堰轴线桩号17+683，由桩号17+700～17+800段湖汊过流，二期施工桩号17+660～17+800段渠道，由一期已建的倒虹吸过流，庙湖曾家湾倒虹吸设计过流标准为50年一遇，因此满足穿湖段施工20年一遇的度汛洪水要求。 一期围堰形成一个封闭的基坑，在倒虹吸进出口处围堰向外侧折转，总长约1140m，其中纵向围堰长约263m，采用土方填筑，堰底高程26.5m，堰顶高程为29.0m，顶宽10m，两侧边坡均为1∶5，一期基坑渠道填筑在4月底可达到脱险高程，但是纵向围堰不满足度汛要求，在其上采用袋装土填筑到32.0m高程，堰高3m，袋装土堰顶宽2m，两侧边坡均为1∶1。汛期渠道内可继续施工。二期只填筑两条横向围堰与一期横向围堰衔接，堰顶高程29.0m，顶宽10m，两侧边坡均为1∶5，二期围堰共长620m，在合龙后纵向围堰可以拆除，此时一二期基坑合为一个整体。在二期围堰合龙前，倒虹吸进出口前围堰必须拆除，倒虹吸作为二期渠道施工导流建筑物。 一、二期土围堰填筑7.8万m3，袋装土填筑3000m3，土围堰只 【例题】某5层住宅，层高3m，每层2户(分户型A与户型B)。其中户型A 二卫一厨，设低水箱坐式大便器、洗脸盆各2个，淋浴器、浴盆、洗涤盆、洗衣机水嘴各1个；户型B一卫一厨，设低水箱坐式大便器、洗脸盆、淋浴器、洗涤盆、洗衣机水嘴各1个。该住宅有局部热水供应。图1为该住宅卫生器具平面布置图，图2为给水系统轴测图，管材为内涂塑钢塑复合管。室外给水管网在引入管 =250kPa。试进行给水系统的水力计算。 连接点所能提供的最小压力H 图1 标准层卫生器具平面布置图图2 给水系统轴测图 【解】 ⒈根据给水系统轴测图，确定最不利配水点及计算管路 ⑴由图2看，A0或B0均有可能成为最不利配水点，经估算比较，初定A0点即淋浴器混合阀为系统最不利配水点，计算管路为 A0-A1-A2-A3-A4-A5-1-2-3-4-5-6。 。 ⑵引入管起点至最不利配水点位置高度所要求的静水压H 1 =[13.15－（－1.25）]×10=144kPa 根据图2，H 1 ⑶最不利配水点所需的最低工作压力H 4 根据表2.1.1淋浴器混合阀最低工作压力为0.05~0.10MPa，选取 =0.070MPa=70kPa H 4 ⒉计算各管段的设计秒流量 该工程为住宅建筑，设计秒流量采用概率法计算。 ⑴户型A（图2中给水管路A0-A1-A2-A3-A4-A5-1）设计秒流量计算 =280L/（人·d）， ①根据表2.2.1，户型A为普通住宅III类，用水定额取q =2.5，每户按m=4人计。 用水时数T=24h，时变化系数取K h ②根据表2.1.1，求每户设置的卫生器具给水当量数Ng 坐便器冲洗水箱浮球阀 N=0.50×2=1.00 洗脸盆混合水嘴 N=0.50×2=1.00 淋浴器混合阀 N=0.75 浴盆混合水嘴 N=1.20 洗涤盆混合水嘴 N=1.00 室内热水供暖系统的水力计算 本章重点 ? 热水供热系统水力计算基本原理。 ? 重力循环热水供热系统水力计算基本原理。 ? 机械循环热水供热系统水力计算基本原理。 本章难点 ? 水力计算方法。 ? 最不利循环。 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式 当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件 ( 如阀门、弯头、三通、散热器等 ) 时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要损失能量。前者称为沿程损失，后者称为局部损失。因此，热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示： Δ P ＝Δ P y + Δ P i ＝R l + Δ P i Pa 〔 4 — 1 〕 式中Δ P ——计算管段的压力损失， Pa ； Δ P y ——计算管段的沿程损失， Pa ； Δ P i ——计算管段的局部损失， Pa ； R ——每米管长的沿程损失， Pa ／ m ； l ——管段长度， m 。 在管路的水力计算中，通常把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段组成的。 每米管长的沿程损失 ( 比摩阻 ) ，可用流体力学的达西．维斯巴赫公式进行计算 Pa/m （ 4 — 2 ） 式中一一管段的摩擦阻力系数； d ——管子内径， m ； ——热媒在管道内的流速， m ／ s ； 一热媒的密度， kg ／ m 3 。 在热水供暖系统中推荐使用的一些计算摩擦阻力系数值的公式如下： ( — ) 层流流动 当 Re ＜ 2320 时，可按下式计算； （四）设计计算书 1、施工导流水力计算 一期围堰高程的设计 河流行进流速v 0=Q/A=3380/4408=0.77m/s 束窄河床平均流速v c =Q/ε(A -A 1)=3380/0.95(4408-2204)=1.61 m/s 水位雍高 m g v v Z c 154.09.81 ×277.09.81×2×85.061.122g φ2 2 20222=-=-= 一期上游围堰设计围堰高程H u =h d +z+h a +δ=85.6+0.154+0.424+0.5=86.678m 一期下游围堰设计围堰高程H d =h d +h a +δ=85.6+0.424+0.5=86.524m 二期围堰高程的设计 一期下游围堰设计围堰高程H d =h d +h a +δ=82.362+0.424+0.5=83.286m 二期上游围堰设计 2.3953866210 55.162.114.324 .34/622Re 6 2=????= = -υ vd Re>2320时为紊流。 81.017 .1024 .8== = χ A R 巴甫洛夫斯基公式y R n C 1= ，当R<1.0m 时，164.0012.05.15.1===n y 5.8081.0012 .01 164.0=?= C 谢才公式RJ CA vA Q RJ C v ===,，改写后得l R A C Q l R C v h f 222 22==， 此式与达西—魏斯巴赫公式g v R l h f 242 λ=，可得λg C 8=，可推出 0121.05.8081 .9882 2=?== C g λ 短管自由出流 00221 gH A A gH d l vA Q c μζ λα=++= =∑∑ 式中746.05.024 .380 0121.011 1 =+? += ++= ∑ζλ αμd l c 多层住宅水力计算例题集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY- 【例题】某5层住宅，层高3m，每层2户(分户型A与户型B)。其中户型A 二卫一厨，设低水箱坐式大便器、洗脸盆各2个，淋浴器、浴盆、洗涤盆、洗衣机水嘴各1个；户型B一卫一厨，设低水箱坐式大便器、洗脸盆、淋浴器、洗涤盆、洗衣机水嘴各1个。该住宅有局部热水供应。图1为该住宅卫生器具平面布置图，图2为给水系统轴测图，管材为内涂塑钢塑复合管。室外给水管网在引入 =250kPa。试进行给水系统的水力计算。 管连接点所能提供的最小压力H 图1 标准层卫生器具平面布置图图2 给水系统轴测图 【解】 ⒈根据给水系统轴测图，确定最不利配水点及计算管路 ⑴由图2看，A0或B0均有可能成为最不利配水点，经估算比较，初定A0点即淋浴器混合阀为系统最不利配水点，计算管路为A0-A1-A2-A3-A4-A5-1-2-3-4-5-6。 。 ⑵引入管起点至最不利配水点位置高度所要求的静水压H 1 =[13.15－（－1.25）]×10=144kPa 根据图2，H 1 ⑶最不利配水点所需的最低工作压力H 4 根据表2.1.1淋浴器混合阀最低工作压力为0.05~0.10MPa，选取 H =0.070MPa=70kPa 4 ⒉计算各管段的设计秒流量 该工程为住宅建筑，设计秒流量采用概率法计算。 ⑴户型A（图2中给水管路A0-A1-A2-A3-A4-A5-1）设计秒流量计算 ①根据表2.2.1，户型A为普通住宅III类，用水定额取q =280L/ =2.5，每户按m=4人计。（人·d），用水时数T=24h，时变化系数取K h ②根据表2.1.1，求每户设置的卫生器具给水当量数Ng 坐便器冲洗水箱浮球阀 N=0.50×2=1.00 洗脸盆混合水嘴 N=0.50×2=1.00 淋浴器混合阀 N=0.75 浴盆混合水嘴 N=1.20 水利工程施工课程设计计算说明书 题目：截流水力计算（水工钢筋） 学院：中央电大伊犁分校 班级：2011年春 指导老师： 姓名：张玉 一、基本资料 某工程截流设计流量Q=4150 m3/s,相应下游水位为39.51m，采用单戗立堵进占，河床底部高程30m，戗堤顶部高程是44m，戗堤端部边坡系数n=1，龙口宽度220m，合龙中戗堤渗透流量Q s0=220m3/s,合龙口的渗流量可近似按如下公式计算，Qs= Q s00 /z z(Z为上下游落差，Z0 为合龙闭气前最终上下游落差)，请设计该工程在河床在无护底情况下的截流设计。已知上游水位~下泄流量关系如下： 截流设计是施工导流设计重要组成部分，其设计过程比较复杂，一般有多种设计方法，本次设计针对立堵截流。一般设计步骤分为：戗堤设计及截流水力分区设计，本次设计只涉及截流水力计算。 截流的水力计算中龙口流速的确定一般有图解法和三曲线法两种。以下采用三曲线法设计。 截流设计流量的确定，通常按频率法确定，也即根据已选定的截流时段，采用该时段内一定频率的某种特征流量值作为设计流量。一般地，多采用5%~10%的月平均或者旬平均流量作为设计标准。 二、计算过程含附图（三曲线法） 无护底时绘制V~Z 和V~B 曲线 步骤：1、作Q~Z 关系曲线，将已知的泄流水位Q d ~△H 上转化为Q d ~Z 关系， 并做Q d ~Z 曲线； 其中：Qs= Q s0 /z z =220 23 .3/z ； Q d 可根据Z 值在Q d ~Z 曲线上查得； 由Q 0=Q+Q d +Q s 绘制龙口流量与下游落差Q~Z 关系曲线，曲线由以 下表格绘制： 给水排水管道工程 课程设计指导书 环境科学与工程学院 第一部分城市给水管网水力计算程序及习题 一、程序 #define M 18 #define N 6 #define ep 0.01 #include for(i=1;i<=N;i++) { f[i]=0;r[i]=0; dq[i]=0; for(k=0;k<=M-1;k++) { if(abs(io[k])!=i) goto map; f[i]=f[i]+h[k]; r[i]=r[i]+(h[k]/Q[k]); map: if( abs(jo[k])!=i) continue; f[i]=f[i]+h[k]*sgn(jo[i]); r[i]=r[i]+(h[k]/Q[k]); } dq[i]=-(f[i]/(r[i]*2)); } { if (fabs(f[N])<=ep) flag=1; } if (flag==1) goto like; for(k=0;k<=M-1;k++) { p=abs(io[k]);q=abs(jo[k]); Q[k]=Q[k]+dq[p]+(dq[q]*sgn(jo[k])); } ko=ko+1; if(flag==0) goto loop; like: printf("\n\n"); for(i=1;i<=N;i++) {printf("%f\n",f[i]);} printf("ep=%f\n",0.01); printf("n=%d,m=%d,ko=%d\n",N,M,ko); for(k=0;k<=M-1;k++) { printf("%d)",k+1); 多层住宅水力计算例题标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N] 【例题】某5层住宅，层高3m，每层2户(分户型A与户型B)。其中户型A二卫一厨，设低水箱坐式大便器、洗脸盆各2个，淋浴器、浴盆、洗涤盆、洗衣机水嘴各1个；户型B一卫一厨，设低水箱坐式大便器、洗脸盆、淋浴器、洗涤盆、洗衣机水嘴各1个。该住宅有局部热水供应。图1为该住宅卫生器具平面布置图，图2为给水系统轴测图，管材为内涂塑钢塑复合管。室外给水管网在引入管连接点所能提供的最小压力=250kPa。试进行给水系统的水力计算。 H 图1 标准层卫生器具平面布置图图2 给水系统轴测图 【解】 ⒈根据给水系统轴测图，确定最不利配水点及计算管路 ⑴由图2看，A0或B0均有可能成为最不利配水点，经估算比较，初定A0点即淋浴器混合阀为系统最不利配水点，计算管路为A0-A1-A2-A3-A4-A5-1-2-3-4-5-6。 ⑵引入管起点至最不利配水点位置高度所要求的静水压H1。 根据图2，H1=[13.15－（－1.25）]×10=144kPa ⑶最不利配水点所需的最低工作压力H4 根据表2.1.1淋浴器混合阀最低工作压力为0.05~0.10MPa，选取 H4=0.070MPa=70kPa ⒉计算各管段的设计秒流量 该工程为住宅建筑，设计秒流量采用概率法计算。 ⑴户型A（图2中给水管路A0-A1-A2-A3-A4-A5-1）设计秒流量计算 ①根据表2.2.1，户型A为普通住宅III类，用水定额取q0=280L/（人·d），用水时数T=24h，时变化系数取K h=2.5，每户按m=4人计。 ②根据表2.1.1，求每户设置的卫生器具给水当量数Ng 坐便器冲洗水箱浮球阀 N=0.50×2=1.00 洗脸盆混合水嘴 N=0.50×2=1.00 淋浴器混合阀 N=0.75 浴盆混合水嘴 N=1.20 洗涤盆混合水嘴 N=1.00 家用洗衣机水嘴 N=1.00 导流水力学计算补充资料导流水力学计算目的: 拟定泄水建筑物尺寸；确定围堰高程及高度；为计算导流方案工程量提供依据。分为 四类介绍： 欧阳光明（2021.03.07） 分段围堰法前期之束窄河床导流水力计算、导流后期之底孔与缺口导流水力计算、隧洞导流水力计算、明渠导流水力计算。 一、分段围堰法之前期导流的水力计算 要求:束窄河床流速校核；确定上、下游围堰的高程及长度；确定纵向围堰的高程及长度。 1.上游水位计算(上游水位壅高计算,其中下游水位按实测水位流量关系确定) 绘出束窄河床导流水位计算简图如下： 图中z为上下游水位差，m；v0为上游围堰前(原河床)水流的行近流速,m/s；v c为束窄河床段水流收缩断面处的流速,m/s。 (1)计算公式[教材公式(1-3)] 上述计算简图中，可近似假定h c=h d，按能量方程： 式中,河床束窄断面处流v c为：(公式1-4) Q D为导流设计流量,m3/s. 设上游围堰前水位壅高后,河床过水面积为A u: 则v0为而A u与河床地形与z有关. A u=f(Hu)=f(z) (2)试算法求z： 已知:导流设计流量Q D;河床水位-面积曲线H-A(或图上得量H对应的A值)； 下游水位-流量关系曲线h d -Q；K及其它系数。 计算步骤: step1:由Q D,K求v c,校核v c是否小于允许流速[v c]，并选定各种系数值； step2:设z=z s ,求h u,=h d+z s。并查得A u； step3:求v0=Q D/A u； step4:将v c和v0代入公式(1-3),求出z； step5:比较判定 |z-z s| 建筑给水排水工程 专题二建筑给水工程 2.1 建筑给水系统设计实例 1. 建筑给水系统设计的步骤 (1) 根据给水管网平面布置绘制给水系统图，确定管网中最不利配水点(一般为距引入管起端最远最高，要求的流出压力最大的配水点)，再根据最不利配水点，选定最不利管路(通常为最不利配水点至引入管起端间的管路)作为计算管路，并绘制计算简图。 (2) 由最不利点起，按流量变化对计算管段进行节点编号，并标注在计算简图上。 (3) 根据建筑物的类型及性质，正确地选用设计流量计算公式，并计算出各设计管段的给水设计流量。 (4) 根据各设计管段的设计流量并选定设计流速，查水力计算表确定出各管段的管径和管段单位长度的压力损失，并计算管段的沿程压力损失值。 (5) 计算管段的局部压力损失，以及管路的总压力损失。 (6) 确定建筑物室给水系统所需的总压力。系统中设有水表时，还需选用水表。并计算水表压力损失值。 (7) 将室管网所需的总压力与室外管网提供的压力进行比较。比较结果按2.3.1节处理。 (8) 设有水箱和水泵的给水系统，还应计算水箱的容积；计算从水箱出口至最不利配点间的压力损失值，以确定水箱的安装高度；计算从引入管起端至水箱进口间所需压力来校核水泵压力等。 2. 建筑给水系统设计实例 图2.1为某办公楼女卫生间平面图。办公楼共2层，层高3.6m，室外地面高差为0.6m。每层盥洗间设有淋浴器2个，洗手盆2个，污水池1个；厕所设有冲洗阀式大便器6套。室外给水管道位置如图2.1所示，管径为100mm，管中心标高为–1.5m(以室一层地面为±0.000m)，室外给水管道的供水压力为250kPa，镀锌钢管，排水管道采用塑料管材。 （1）试进行室给水系统设计。 （2）试进行室排水系统设计。 建筑给水排水习题库 1．某集体宿舍为4层楼，每层有洗脸间，厕所各两个，每个洗脸间设配水龙头14个，每个厕所内设高水箱蹲式大便器8个，小便器4个，洗手盆2个，污水盆1个，试选择此集体宿舍进水管水表，并计算其水头损失。 2．某工厂住宅小区，居住人口共12000人，用水量标准140d l ?人，该小区由市政管网供水，应选何种型号水表？并计算其水头损失。 3．某城市拟建一座8层宾馆，地下1层，地上7层，其中一层为大厅，层高5m,2～3层为客房，层高2.8m ，地下室层高3m ，一层与室外地面高差1m ，城市供水保证压力为200K a P ,试选用合理的给水方式。 4．试述室内给水系统水质被污染的原因及防污染的相应措施。 5．试述室内给水排水系统采用的管材、连接方法及其选用？ 6．某住宅小区，有7层住宅楼8栋，计800户，最大时供水量403m ，最不利用水点需要供水压力为290 K a P ,如采用自动补气式气 压给水设备，试计算水罐总容积。 7．某建筑物拟定设气压给水设备供水方式，已知水泵出水量为3.5l s ，设计最小工作压力为250 K a P （表压）,最大工作压力为400 （表压） K a P ，如采用隔膜式气压给水设备，求水罐总容积， 8．建筑给水系统最基本的给水方式有哪几种？各适用于怎样的水源条件及用户用水特点？ 9．某旅馆建筑给水系统选用的给水方式为自动启动水泵供水到管网和水箱，此种工况的水泵出水量315b q m h =，试求水箱净容积。 10．某办公楼建筑给水系统，水泵的吸水管和压水管总长为40m ，自±0.00最低水位压水到水箱+32.00最高水位，已知该管路水头损失为4.16m 2H O ,试求： （1）水泵所应具有的总扬程。 （2）若水泵不从储水池吸水而从室外给水管网吸水，若室外自来水管网最 1经济洞径的选择 根据江坪河的实际地形条件为山区河流，河谷狭窄，两岸地形陡峻，山岩坚实，可采故采用隧洞导流，由于每条隧洞的泄流能力有限，加之隧洞的造价比较昂贵，而且根据当前的施工水平，每条隧洞的可宣泄量一般不超过2000～5000m 3/s ，根据确定的设计流量为5100 m 3/s ，由于左、右两岸的地形条件基本相似，施工条件，水流条件基本无差别，故在左、右两岸各设一个导流隧洞。 在进行经济洞径的比较时，按无压洞进行设计。 运用如下公式： Q μ=Q ：河道的下泄流量 m 3/s ； μ：管道系统的流量系数，一般取值0.6-0.8，取0.7； A ：遂洞的截面面积 m 2 ； Z ：上下游水位差 m ； 由上面的公式可转化为： 2 22 2Q Z g A μ= 表1-1 江坪河坝址水位流量关系表 注：水位为黄海基面。 由下泄流量Q=5100m3/s查上表，得到相应的下游水位Z下=305.4m。 已知上游水位及泄流量而流量系数未定，故需用试算法求洞径。先设某一洞径，然后根据上述公式求上游水位，看是否满足已知水位，从而求得最适宜的洞径。 又隧洞最大流速V<20m3/s，则隧洞断面面积W=Q/V，得W>255m2 经估算得270 m2 、280m2 、290m2 对应下列三种洞径尺寸：17×17，18×17 和18×18 现对三种假设进行试算： 方案一：假定隧洞的洞径为17×17，采用无压城门洞型，形式和尺寸如下: 经几何关系计算得到隧洞的断面面 积：2 = 264.75 A m 隧洞洞径不能太小，应校核平均 流速V=Q/W <20m/s，否则流速过高会 使隧洞破坏。 隧洞的面积校核： V=Q/W=5100/264.75=19.26m/s <20m/s,所设计的隧洞尺寸符合要求。 所使用的的公式如下： Qμ = Q：河道的下泄流量m3/s ； 【例题】某5层住宅，层高3m ，每层2户(分户型A 与户型B)。其中户型A 二卫一厨，设低水箱坐式大便器、洗脸盆各2个，淋浴器、浴盆、洗涤盆、洗衣机水嘴各1个；户型B 一卫一厨，设低水箱坐式大便器、洗脸盆、淋浴器、洗涤盆、洗衣机水嘴各1个。该住宅有局部热水供应。图1为该住宅卫生器具平面布置图，图2为给水系统轴测图，管材为内涂塑钢塑复合管。室外给水管网在引入管连接点所能提供的最小压力H 0=250kPa 。试进行给水系统的水力计算。 图1 标准层卫生器具平面布置图 图2 给水系统轴测图 【解】 T=24h ，洗脸盆混合水嘴 N=0.50×2=1.00 淋浴器混合阀 N=0.75 浴盆混合水嘴 N=1.20 洗涤盆混合水嘴 N=1.00 家用洗衣机水嘴 N=1.00 小计：每户给水当量数 Ng=6.45 ③ U 0 U 0= 0251.03600 2445.62.05 .2428036002.00=?????=???T N mK q g h 取U 0=2.5%（U 0计算公式中N g 是指每户设置的卫生器具给水当量数） ④ 根据U 0αc 值 αc =1.512×10-2=0.01512 ⑤ U U = %100)1(01512.01%100)1(149 .049 .0?-+= ?-+g g g g c N N N N α (U 计算公式中N 是指计算管段上的卫生器具给水当量总数，笔者认为当计算管段为起始端时， 。 K h =2.8，⑥ 同户型A 步骤⑥⑦ ⑶ 给水立管（给水管路1-2-3-4-5-6）设计秒流量计算 ① U 0的给水支管的给水干管的最大时卫生器具给水当量平均出流概率0U 029.00.445.60.40354.045.60251.000=?+???+??= = ∑∑n n n n N N U U gi gi i （式中n —使用卫生器具的 户数，设计管段1-2取1，2-3取2，3-4取3，4-5取4，5-6取5） 取%9.20=U 导流水力计算补充资 料 导流水力学计算补充资料 导流水力学计算目的: 拟定泄水建筑物尺寸；确定围堰高程及高度；为计算导流方案工程量提供依据。分为四类介绍：分段围堰法前期之束窄河床导流水力计算、导流后期之底孔与缺口导流水力计算、隧洞导流水力计算、明渠导流水力计算。 一、分段围堰法之前期导流的水力计算 二、要求:束窄河床流速校核；确定上、下游围堰的高程及长度；确定纵向围 堰的高程及长度。 1.上游水位计算(上游水位壅高计算,其中下游水位按实测水位流量关系确定)绘出束窄河床导流水位计算简图如下： 图中z为上下游水位差，m；v 0为上游围堰前(原河床)水流的行近流速,m/s；v c 为 束窄河床段水流收缩断面处的流速,m/s。 (1)计算公式[教材公式(1-3)] (2)上述计算简图中，可近似假定h c =h d ，按能量方程： 式中,河床束窄断面处流v c 为：(公式1-4) Q D 为导流设计流量,m3/s. 设上游围堰前水位壅高后,河床过水面积为A u : 则v 0为而A u 与河床地形与z有关. A u =f(Hu)=f(z) (3)试算法求z： (4)已知:导流设计流量Q D ;河床水位-面积曲线H-A(或图上得量H对应的A值)； (5)下游水位-流量关系曲线h d -Q；K及其它系数。 (6)计算步骤: (7)step1:由Q D ,K求v c ,校核v c 是否小于允许流速[v c ]，并选定各种系数值； (8)step2:设z=z s ,求h u ,=h d +z s 。并查得A u ； step3:求v 0=Q D /A u ； step4:将v c 和v 代入公式(1-3),求出z； step5:比较判定 |z-z s |给水排水管道系统水力计算汇总
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