出　　自： 《中國給水排水》 1986年第1期第36頁
發(fā)表時(shí)間： 1986-1

王紹文；劉燦生

( 哈爾濱建筑工程學(xué)院)

摘要：本文詳細(xì)研究了穿孔管配水系統(tǒng)水力特性，提出了管內(nèi)壓頭計(jì)算公式及諾模圖，試驗(yàn)證明理論公式與試驗(yàn)結(jié)果基本相符；并提出按管內(nèi)壓頭來改變開孔面積的布孔方法，以便保證用于低水頭濾池時(shí)布水的均勻性。

目前低水頭濾池均采用小阻力配水系統(tǒng)，這種系統(tǒng)配水不均勻，反沖洗效果差。本文把穿孔管配水系統(tǒng)用于低水頭濾池上，并對(duì)穿孔管系統(tǒng)的水力特性進(jìn)行了研究，提出根據(jù)管內(nèi)壓頭變化來改變開孔面積的方法，以保證低水頭時(shí)反沖洗布水的均勻性。

一、管內(nèi)壓頭計(jì)算

取長為1、管徑為d的支管，將其抽象成每個(gè)單位長度上泄出q′流量的連續(xù)泄水管。以支管末端為坐標(biāo)原點(diǎn)，在x與x+dx斷面處列伯努里方程式 [1]









為了簡化式(6)的計(jì)算，圖2、3給出計(jì)算R與R′的諾模圖。已知y及y′值可由圖中求得其所對(duì)應(yīng)的R及R′值。在計(jì)算支管任意點(diǎn)附加壓頭時(shí)，分別算出



兩項(xiàng)可以抵消，因?yàn)棣?1 接近1。由此可知ΔH′與兩個(gè)因素υ 支始 、ξ 2 有關(guān)；而ξ 2 取決于支、干管直徑比d/D，當(dāng)濾池規(guī)格變化時(shí)，d/D變化不大，ξ 2 變化可以忽略，故ΔH′只與υ 支始 有關(guān)。T型三通連接時(shí)，ΔH′可直接按圖4查取。
顯然，管路系統(tǒng)中支管任意點(diǎn)的附加壓頭ΔH=ΔH 支 +ΔH 干 +ΔH′。而支管任意點(diǎn)內(nèi)壓頭為

二、實(shí)驗(yàn)與分析

為了驗(yàn)證附加壓頭的計(jì)算公式和穿孔管系統(tǒng)的水力特性，試驗(yàn)設(shè)備如圖5所示。外側(cè)兩根長支管為穿孔管，其它均為裝有閥門的普通鋼管。長支管上均裝有測壓孔，穿孔管是等間距布孔，孔距85mm，孔徑5 mm。試驗(yàn)時(shí)流量用普通體積法測量，穿孔管糙粒高度Δ，是根據(jù)不同流量下，由穿孔管各測壓孔測得的附加壓頭，用(6)式通過微型電腦PC—1500反標(biāo)出來。圖6繪出穿孔管入口各不同雷諾數(shù)時(shí)，各測壓孔處附加壓頭的試驗(yàn)數(shù)值以及按(6)式算得曲線。由圖6可看出理論計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。
實(shí)際上，穿孔管入口段是水流由于管進(jìn)入支管局部阻力影響區(qū)。在這一區(qū)域中，壓頭分布要受到影響，只有超出影響長度之后，其分布規(guī)律才穩(wěn)定。由圖6可看出，即使是在入口局部阻力影響區(qū)內(nèi)，試驗(yàn)點(diǎn)也與(6)式基本吻合。這說明入口局部阻力在入口段所造成的壓頭差，與由孔口均勻泄流所造成的壓頭差相比，是很小的，可忽略。由此可得出結(jié)論:(6)式不僅可用于穿孔管的穩(wěn)定段，也可用于其入口段。
上述干管進(jìn)入支管局部水頭損失計(jì)算方法，沒有考慮入口局部阻力之間的相互影響，顯然是有誤差的。為了研究這一計(jì)算誤差對(duì)配水均勻性的影響，而進(jìn)行了總體試驗(yàn)。把6根長支管的流量均調(diào)到相同時(shí)，來觀察各支管各相應(yīng)測壓管讀數(shù)。表1列出一種工況下各支管流量及相應(yīng)的各測壓孔讀數(shù)。由表1可以看出，當(dāng)各支管流量基本相同時(shí)，其相應(yīng)部位測壓管讀數(shù)也都基本相同，其它工況下也得到同樣的結(jié)果。所以我們可認(rèn)為，對(duì)于對(duì)稱布置的穿孔管系統(tǒng)，支管入口局部阻力計(jì)算誤差對(duì)各支管都是基本相同的。







，即支管入口局部損失最大的計(jì)算誤差，使流量產(chǎn)生的相對(duì)誤差不足于2.8%。據(jù)此，我們可得出結(jié)論，盡管計(jì)算支管入口損失有誤差，但不影響配水均勻性。

三、穿孔管配水系統(tǒng)均勻布水計(jì)算

從支管孔口流出的水流速度取決于支管內(nèi)外壓頭差

反沖洗時(shí)管外壓頭可按下式算

式中:H 墊 為墊層高度；H 濾 為濾層厚度；H 保 為濾層表面至排水槽水面高度；h 墊 +h 濾 為墊層和濾層的水頭損失。而h 墊 =0.022qH 墊 ；h 濾 =

式中ρ為濾砂比重(石英砂ρ=2.65，錳砂ρ=3.2)；ρ 0 為水的比重；m 0 為濾層反沖洗時(shí)的孔隙度，一般可取m 0 =0.42～0.45。
通過孔眼流出流量可按流量系數(shù)μ取決于孔口阻力系數(shù)ξ 0 。由于孔眼很小，其雷諾數(shù)很低，所以很難達(dá)到阻力平方區(qū)，故ξ 0 (也即μ)是隨流出孔眼雷諾數(shù)而變化，耶哥洛夫所進(jìn)行的試驗(yàn)證明 [5] ，孔口流量系數(shù)μ主要取決兩個(gè)因素:其一是構(gòu)造條件，可用管壁厚度δ與孔口直徑d 0 之比δ′=δ/d 0 .來反映；其二是流動(dòng)狀態(tài)，可用管道中雷諾數(shù)

和孔口雷諾數(shù)

來反映。耶哥洛夫把試驗(yàn)結(jié)果整理成經(jīng)驗(yàn)公式

對(duì)于濾池穿孔管系統(tǒng)

顯然(14)式等號(hào)右端的μ依賴于Re′。所以用耶哥洛夫經(jīng)驗(yàn)公式，不能直接求得Re′與μ的值，必須進(jìn)行試算。為了便于計(jì)算，把耶氏經(jīng)驗(yàn)公式改造為圖7 [2] ，同時(shí)在圖上給出μRe′=a，(a等于各數(shù)值的等值曲線)。由(14).式可以看出

由(15)式可求出b值。在圖7上根據(jù)μRe′=b與δ′=δ/d 0 的數(shù)值直接求得各孔眼流量系數(shù)μ值。
為了便于計(jì)算，把上面討論歸納成以下計(jì)算步驟。
第一步把整個(gè)濾池分成N個(gè)相等的分區(qū)。每個(gè)分區(qū)取中間一根支管做為計(jì)算支管，再把這根計(jì)算支管分成長度相等的n段，取每段中點(diǎn)做為計(jì)算點(diǎn)，這樣就有Nn個(gè)計(jì)算點(diǎn)。顯然N、n數(shù)值取得越大，計(jì)算越精確，工作量越大。
第二步按(6)、(9)等式與圖2、3計(jì)算每個(gè)計(jì)算點(diǎn)的管內(nèi)壓頭。
第三步按式(15)及圖7計(jì)算每個(gè)計(jì)算點(diǎn)的孔口流量系數(shù)μ值。

第四步按(13)式計(jì)算穿孔管管外壓頭

第五步計(jì)算每根計(jì)算支管的各區(qū)段所需孔口面積和孔口數(shù)目。每一個(gè)區(qū)段所需孔口面積可按下式計(jì)算，

每個(gè)區(qū)段所需孔口數(shù)目m可按下式計(jì)算m=

在濾池同一分區(qū)其它支管都按計(jì)算支管同樣布孔。

結(jié)束語

本文提出計(jì)算管內(nèi)壓頭的公式與諾模圖不僅可用于穿孔管的穩(wěn)定段，也可用于入口段。本文提出的計(jì)算由干管到支管入口局部水頭損損的方法是有誤差的，但不會(huì)對(duì)布水均勻性產(chǎn)生影響。按管內(nèi)壓頭來改變開孔面積的布孔方法，能保證穿孔管系統(tǒng)低反沖洗水頭時(shí)布水的均勻性，而且不會(huì)對(duì)濾池集水均勻性產(chǎn)生影響。

參考文獻(xiàn)

1. 王紹文、劉燦生“穿孔管配水系統(tǒng)均勻布水水力計(jì)算“哈爾濱建工學(xué)院學(xué)報(bào)1984年第3期。
2. 王紹文、劉燦生“穿孔管配水系統(tǒng)均勻布水水力計(jì)算”(續(xù))哈爾濱建工學(xué)院學(xué)報(bào)1984年第3期。
3. 成都科技大學(xué)水力學(xué)教研室編“水力學(xué)”人民教育出版社
4. 周漠仁主編“流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)”建工出版社
5. ЕГОРОВ　“Гидравлнчсскнй　Расчг　Трубчагыхснсгсм　для　Распределения　В　оды　В　Водопрово　дныхО　чсисгых　Сооружениях”1960.