Формулы гидравлического расчета самотечных трубопроводов

Расчет самотечных трубопроводов заключается в определении его диаметра, уклона, наполнения и скорости. Исходным данным для расчета обычно является расход.

Расчетные формулы, лежащие в основе гидравлического расчета, выведены для установившегося и равномерного движения воды:

1. Формула постоянства расхода:

Q = ω∙v,

где ω - площадь живого сечения,
v – средняя скорость по сечению.

2. Формула Шези:

,

где C – коэффициент Шези,
R – гидравлический радиус,
i – гидравлический уклон.

2. Формула Дарси:

,

где λ - коэффициент сопротивления трению по длине.

Между коэффицентами λ и С существует зависимость:

или .

Коэффициент Шези в соответствии со СНиП 2.04.03-85 определяется по формуле Н.Н.Павловского (при 0,1 < R < 3 м):

,

где ,
n – коэффициент шероховатости.

Другой, более сложный способ определения коэффициента сопротивления λ (а значит, и коэффициента Шези С) производится по формуле Н.Ф.Федорова, включающей в себя дополнительные параметры:

,

где Δ_э – эквивалентная абсолютная шероховатость,
a₂ – коэффициент, учитывающий характер шероховатости стенок труб,
Re – число Рейнольдса.

Эта универсальная формула справедлива для всех трех областей турбулентного режима движения: областей гладких труб, квадратичного сопротивления и переходной области между ними. Для расчета коэффициента λ можно использовать формулу, связывающую коэффициент шероховатости и абсолютную эквивалентную шероховатость:

.

Учет местных сопротивлений при гидравлическом расчете водоотводящих сетей

Гидравлический расчет водоотводящих сетей основан на положении, что в сети движение сточных вод является равномерным и установившимся. В действительности из-за местных сопротивлений (перепады, повороты и т.д.) на значительном протяжении трубопроводов наблюдается неравномерное движение.

Наиболее резкое снижение скорости при безнапорном движении происходит перед поворотами потока и перед боковыми присоединениями. Здесь может выпасть взвесь, что приводит к заиливанию сети. Поэтому при гидравлическом расчете как напорных, так и самотечных сетей следует учитывать местные потери напора, которые определяются по формуле Вейсбаха:

,

где h_м – потери напора,
ζ – коэффициент местного сопротивления,
v – средняя скорость течения.

При расчетах обычно принимают среднюю скорость, отнесенную к сечению, расположенному ниже по течению после местного сопротивления. Коэффициент местного сопротивления зависит от значения числа Рейнольдса.

Практически местные потери напора в поворотных колодцах составляют 1,5 – 3 см, а соединительных колодцах достигают 6 см. Поэтому, например, в поворотных колодцах следует давать дополнительный уклон поворотному лотку на величину местных потерь напора (см. рис.).