出　　自： 《中國給水排水》 1986年第1期第36頁
發表時間： 1986-1

王紹文；劉燦生

( 哈爾濱建筑工程學院)

摘要：本文詳細研究了穿孔管配水系統水力特性，提出了管內壓頭計算公式及諾模圖，試驗證明理論公式與試驗結果基本相符；并提出按管內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布水的均勻性。

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

一、管內壓頭計算

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









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



兩項可以抵消，因為ξ 1 接近1。由此可知ΔH′與兩個因素υ 支始 、ξ 2 有關；而ξ 2 取決于支、干管直徑比d/D，當濾池規格變化時，d/D變化不大，ξ 2 變化可以忽略，故ΔH′只與υ 支始 有關。T型三通連接時，ΔH′可直接按圖4查取。
顯然，管路系統中支管任意點的附加壓頭ΔH=ΔH 支 +ΔH 干 +ΔH′。而支管任意點內壓頭為

二、實驗與分析

為了驗證附加壓頭的計算公式和穿孔管系統的水力特性，試驗設備如圖5所示。外側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。試驗時流量用普通體積法測量，穿孔管糙粒高度Δ，是根據不同流量下，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反標出來。圖6繪出穿孔管入口各不同雷諾數時，各測壓孔處附加壓頭的試驗數值以及按(6)式算得曲線。由圖6可看出理論計算與試驗結果基本吻合。
實際上，穿孔管入口段是水流由于管進入支管局部阻力影響區。在這一區域中，壓頭分布要受到影響，只有超出影響長度之后，其分布規律才穩定。由圖6可看出，即使是在入口局部阻力影響區內，試驗點也與(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。由此可得出結論:(6)式不僅可用于穿孔管的穩定段，也可用于其入口段。
上述干管進入支管局部水頭損失計算方法，沒有考慮入口局部阻力之間的相互影響，顯然是有誤差的。為了研究這一計算誤差對配水均勻性的影響，而進行了總體試驗。把6根長支管的流量均調到相同時，來觀察各支管各相應測壓管讀數。表1列出一種工況下各支管流量及相應的各測壓孔讀數。由表1可以看出，當各支管流量基本相同時，其相應部位測壓管讀數也都基本相同，其它工況下也得到同樣的結果。所以我們可認為，對于對稱布置的穿孔管系統，支管入口局部阻力計算誤差對各支管都是基本相同的。







，即支管入口局部損失最大的計算誤差，使流量產生的相對誤差不足于2.8%。據此，我們可得出結論，盡管計算支管入口損失有誤差，但不影響配水均勻性。

三、穿孔管配水系統均勻布水計算

從支管孔口流出的水流速度取決于支管內外壓頭差

反沖洗時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μ取決于孔口阻力系數ξ 0 。由于孔眼很小，其雷諾數很低，所以很難達到阻力平方區，故ξ 0 (也即μ)是隨流出孔眼雷諾數而變化，耶哥洛夫所進行的試驗證明 [5] ，孔口流量系數μ主要取決兩個因素:其一是構造條件，可用管壁厚度δ與孔口直徑d 0 之比δ′=δ/d 0 .來反映；其二是流動狀態，可用管道中雷諾數

和孔口雷諾數

來反映。耶哥洛夫把試驗結果整理成經驗公式

對于濾池穿孔管系統

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

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

第四步按(13)式計算穿孔管管外壓頭

第五步計算每根計算支管的各區段所需孔口面積和孔口數目。每一個區段所需孔口面積可按下式計算，

每個區段所需孔口數目m可按下式計算m=

在濾池同一分區其它支管都按計算支管同樣布孔。

結束語

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

參考文獻

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