管流

　　液體充滿管道內部的流動。設計管道或管系時必須進行管流的水力計算。管流的主要問題是確定流量和水頭，計算沿管線各斷面的壓強。

　　管流按液體速度的恒定性可分為：速度隨時間變化的非恒定管流和速度不隨時間變化的恒定管流；按管道局部損失能否忽略分為：沿程損失占絕對優勢、局部損失可以忽略不計的長管和局部損失占相當數量不能忽略不計的短管；按管道佈置分為管徑及管道類型均不變化又無分支的簡單管道，以及由兩根以上管道組合成的複雜管道，如串聯、並並聯管道、枝狀或環狀管網。水力計算，均以恒定流為基礎。

　　短管　短管的流量計算公式為

式中 Q為流量； g為重力加速度； d為管道直徑； l為管道長度；μ _c為管系流量系數； A為管道斷面面積；λ為沿程阻力系數；Σ ξ為局部阻力系數之和； H為作用水頭，當自由出流時， H采用管道出口斷面中心到上遊水面的鉛直距離，淹沒出流時， H采用上下遊水位差。

　　虹吸管和水泵吸水管均屬於短管。一部分管段高出進水口水面的管道為虹吸管，水泵吸水管一般也高出進水口水面。它們具有相同的水力特征，即部分管段中存在真空。在啟動時必須先排出管內空氣以造成真空；在運行過程中要防止空氣流入破壞真空而中斷流動。在設計時要校核管內最大真空值，使其不超過在常溫下使水汽化或造成水泵氣蝕的容許真空值（一般應使管道頂部真空值低於7～8米水柱高度）。

　　長管　長管的水頭可認為全部消耗於沿程損失，在高雷諾數條件下用謝才系數C計算流量時，作用水頭或水頭損失(H)及流量(Q)的計算公式為

式中h_f為水頭損失；

稱為比阻抗； 稱為流量模數。

　　並聯管道　兩條以上管道在同一處分流，又在另一處合流的管道系統，稱為並聯管道。並聯管道的水頭等於各段損失，流量等於各段流量之和。

式中n為管段的總和；i為管段號數；S₀的i管段的比阻抗；l_i為i管段長度；Q_i為i管段流量。

　　串聯管道　兩條以上不同直徑管道首尾連接而成的管系稱為串聯管道。串聯管道的水頭等於各段水頭損失之和，流量等於各段流量。

　　　　　　

式中 h _{f i}為 i管段的水頭損失。

　　枝狀管網　幹管與若幹支管組成樹枝形狀的管系稱為枝狀管網。枝狀管網的設計任務在於確定各管段直徑d及所需水頭H值。管徑d由設計流量和經濟流速確定，所需水頭H的計算公式為

式中水頭損失應沿最不利管線計算， h_l為端點壓強水頭全量（即自由水頭）。

　　環狀管網　各支管末端互相聯結，整個管道系統構成若幹閉合環的管道系統，稱為環狀管網或閉合管網。環狀管網的設計任務在於確定各管段的流量、管徑和相應的各段水頭損失。根據下列兩方程組求解：①任一結點處流入結點的流量應等於流出結點的流量，即在結點處流量保持平衡

；②對於任一閉合環，若順時方向流動損失為正，逆時針方向流動損失為負，則任一閉合環中水頭損失之代數和等於零，即 。采用逐逼近法，先根據各結點供水情況，初步假定管網中各管的流動方向，對各管段流量進行第一次分配，使滿足結點流量平衡的要求，然後按經濟流速計算並選定管徑。計算各環水頭損失，看是否滿足環路水頭平衡要求，如不滿足，對流量分配進行修正。各環修正流量Δ Q按下式計算：

式中 為整個環路的水頭損失之和(註意各段損失正負號)。將算得的Δ Q加上每一管段原分配流量，便得第一次校正後的流量。在兩環路的共同管段上，相鄰環路的Δ Q符號應反號後再加上去。如此反復進行，直至滿足 為止。