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喷灌系统水头计算方法

【摘要】:水头要求是设计喷灌系统不可缺少的依据之一。喷灌系统中管径的确定、引水时对水压的要求及对水泵的选择等,都离不开水头数据。喷灌系统设计流量应大于全部同时工作的喷头流量之和。管道沿程阻力系数λ随管道中水的流态不同而异。

水头要求是设计喷灌系统不可缺少的依据之一。喷灌系统中管径的确定、引水时对水压的要求及对水泵的选择等,都离不开水头数据。以城市给水系统为水源的喷灌系统,其设计水头可用下式来计算

H=H+H+H+H立管高度+H地形高差

式中 H——设计水头(m);

H——管道沿程水头损失(m);

H——管道中各弯道、阀门的水头损失(m);

H——最后一个喷头的工作水头(m)。

如果公园内是自设水泵的独立给水系统,则水泵扬程(水头)可按下式算出

H=H+H+H+H

式中 H——水泵的扬程(m);

H——实际扬程等于水泵的扬程与水泵轴心到最末一个喷头的垂直高度之和。

喷灌系统设计流量应大于全部同时工作的喷头流量之和。Q=[Q为喷灌系统设计流量,ρ为一个喷头的流量(m3/h),n为喷头数量]。水泵选择中功率大小计算可采用下列公式

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式中 N——动力功率(hp);

K——动力备用系数,1.1~1.3;

η——水泵的效率

η传动——传动效率,0.8~0.95;

Q——水泵的流量(m3/h);

H——水泵扬程(m);

γ——水的密度(t/m3)。

因为1hp=0.736kW,所以上式可改为

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于是两点之间的水头损失Hf,如图1-9所示。

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图1-9 两点之间的水头损失

伯努利定理的数学表达式为

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式中 Ht——断面(0)处的总水头,或高程基准面以上的总高度(m);

h1h2h3——断面(1)、(2)、(3)处的静水头,即测压管水柱高度(m);

v1v2v3——断面(1)、(2)、(3)处管道中的平均流速(m/s);

Z1Z2Z3——断面(1)、(2)、(3)处管道轴线高;

Hf(0-1)Hf(0-2)Hf(0-3)——断面(0-1)、(0-2)、(0-3)之间的水头损失,它包括沿程水头

损失和局部水头损失(m)。

沿程水头损失的计算公式如下:

有压管流程水头损失的计算通常采用达西-卫斯巴赫公式

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式中 hf——管道沿程水头损失(m);

λ——管道沿程阻力系数;

l——管道长度(m);

d——管道内径(m);

v——管道断面平均流速(m/s);

g——重力加速度,为9.81m/s2

管道沿程阻力系数λ随管道中水的流态不同而异。对于层流Re<2300),沿程阻力系数可由下式求得

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式中 λ——管道沿程阻力系数;

Re——雷诺数。对于紊流(Re>2300),沿程阻力系数由试验研究确定。

为了便于实际应用,通常将沿程水头损失表示为流量(或流速)的指数函数和管径的指数函数的单项式,即

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式中 hf——管道沿程水头损失(m);

f——摩阻系数;

l——管道长度(m);

Q——流量(m3/s);

d——管道内径(m);

m——流量指数,与沿程阻力系数有关;

b——管径指数,与沿程阻力系数有关;

S0——比阻,即单位管长、单位流量时的沿程水头损失。

比阻S0可用下式表示

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式中符号的意义同前,其中摩阻系数、流量指数和管径指数与管道材质和内壁糙度有关。