树枝状管网的水力计算
(1)沿程水头损失计算。沿程水头损失即管路摩擦损失水头,它是发生在管道均匀流的直线段,由于水流内部摩擦而消耗的机械能,对于圆管有压水流可用下式计算:
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式中 hf——沿程水头损失,m;
f——摩擦系数,随水流的雷诺数Re而变化。层流时(Re≤2000),f=64/Re;紊流时(Re≥4000),f随Re及相对糙率而变;
L——管道长度,m;
Q——流量,m3/h;
d——管道内径,mm;
m——流量指数,与摩阻损失有关;
b——管径指数,与摩阻损失有关。
各种管径的f、m及b数值可按表5-9确定。
表5-9 f、m、b数值表

注 n为粗糙系数。

图5-13 等距等流量多出口管道示意图
在灌溉管道系统中遇到等距等流量多出口管道(图5-13),就是隔一定相等的间隔就有相同的流量分出,这样各分流点后的流量就发生变化。在计算时沿程水头损失原应分段计算,但是当用手算时就过于繁复,有时为了简化计算,常先假定管内流量沿程不变,一直流到末端,按进口处最大流量计算水头损失(即不考虑分流),然后乘上一个小于1的多口系数F进行校正。根据上述F的含义可写成下式:

式中 hjz′——假定管内流量沿程不变,而且都等于多口出流管的首端流量时的沿程水头损失,m;
hjz——多口出流量管道实际的沿程水头损失,m。
上式亦可改写为
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多口系数可用下式计算,也可将其列成表格,供设计时查用。

式中 N——出流孔口数;
X——多孔管首孔位置系数,即多孔管入口至第一个出流孔管口的距离与各出流孔口间距之比;
m——流量指数,查表5-9得到。
但是,在电子计算机日益普及的情况下,也不一定用多口系数来计算,因为,如果编一个程序就可以非常容易地精确地直接计算多口出流管道的沿程损失。
(2)局部水头损失计算。局部水头损失是发生在水流边界突然发生变化,均匀流被破坏的流段,是由于水流突然变形而在水流内部摩擦消耗的机械能。其计算公式为
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式中 hj——局部水头损失,m;(https://www.daowen.com)
ξ——局部阻力系数;
v——管道内水流的流速,m/s;
g——重力加速度,9.81m/s2。
局部水头损失一般只能通过实验测定,常用的局部阻力系数可查有关表格。
管道总的水头损失等于沿程水头损失加上局部水头损失的叠加,即
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式中 h损——总水头损失;
hf——沿程水头损失;
hj——局部水头损失。
水头损失通常用流速水头的倍数表示:
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式中 ξ——水头损失系数。
(3)不同工作制度下各级管道设计流量的推算。灌溉管道系统中各级管道设计流量的推算,比灌溉渠道系统中各级渠道设计流量的推算要简单得多,主要是因为管道系统中可以不考虑沿程的流量损失,所以在续灌时,就等于下一级管道流量之和;而在轮灌时,就等于同时工作的下一级管道流量之和的最大值;在随机供水情况下,干管或系统的流量按下式计算:

式中 x——系数;
Q0——连续供水时的干管流量,m3/h;
K——与管理工作保证率有关的系数,当管理工作保证率为95%时,K=1.645;
C——系统日运行小时数,h;
n——系统支管数目;
r——系统运行系数;
n1——在灌溉季节内可能同时供水的支管数;
Q支——支管流量,m3/h。
(4)首部设计工作压力的推算。为计算首部的设计工作压力,首先要在灌区内选择一个或几个能代表整个灌区的典型点,然后按下式计算出各自的工作压力,取其最大或次大者为设计工作压力。
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式中 H0——灌水器工作水头(m水柱);
∑hf——首部到典型点之间管路沿程水头损失之和,m;
∑hj——首部到典型点之间管路局部水头损失之和,m;
Δ——典型点高程与水源水面的高差,m。
(5)水泵和动力的选择。确定了Q和H即可据以选择水泵,至于动力功率的计算,可查有关手册。但在实际设计中,当水泵选定后,如果与电机配套,就可以直接从水泵样本中查出配套电机的功率和型号。在电力不足的地区,应考虑采用柴油机。