武理工城市污水处理工程讲义07污水处理工程中的水力计算.docx
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1、第七章污水处理工程中的水力计算7.1 管渠水力计算7.1.1 管渠水力计算的目的在污水的输送、处理过程中,常常会用到管道或渠道,根据污水的流量和输送时要求的坡度、流速和管道造价,运营费用等因素确定管道的直径、渠道的断面面积,同时计算出污水流经管渠的水头损失,即是管渠水力计算的目的。7.1.2计算公式常用的公式有流量公式:Q=W(7.1.1)流速公式:VcVri(7.1.2)式中:。为流量(mVs)心为过水断面面积(me为流速(m/shR为水力半径(mJ为水力坡度;C为谢才系数。谢才系数C值一般按曼宁公式来计算C=(7.1.3)式中:力为管壁粗糙系数,该值根据管渠材料而定,见表7.1.L表21.
2、1排水管渠管壁粗植系数表管集科类a(ft陶土曾.铸铁管0.013混凝土和铜筋混凝土管水泥砂浆抹面如M0.013-0.0143?料管一石榭水泥管.铜管0.012聚拘传Sifi0.015紫蜘块石渠道0.017干离城石豪道0.020d025土明渠带或不带簟皮)0.025-0.0307.2堰流计算堰是一种流量计量工具,在污水处理工程中,常采用的堰有薄壁三角堰及平顶堰(宽顶堰)。在水处理构筑物中,出流堰还具有控制出水流埴和出水水质稳定的作用。堰的使用和计算因用途、堰上水深不同而不同。7. 2.1三角堰堰的缺口为三角形的称为三角堰,当所需测量的流量较小时(例如QVO.lm3s),采用三角堰,可减少测量所带
3、来误差。图7.21为三角堰,当H=9(V时,称为直角三角堰薄壁堰,其流量公式为-0.021-0.200时Q=l.4s,2(7.2.1)A=O.301-0.350时Q=1.3432v(7.2.2)0.201-0.300BtQ=yd.4t5+1.343247)(7.2.3)式中:S为水头(m):Q为流量(mQ.当A=60时,其流量公式为QH0.R2625(测量人时,应在堰口上游3h处进行)8. 2.2宽顶堰当堰顶水平且厚度2.5V6HVIO时。在进口处形成水面跌落,堰顶范围内产生一段流线近似平行堰顶的渐变流动,这种堰流称为宽顶堰流。宽顶堰流分为有底坎和无底坎两种情况,当河渠水流经闸、桥涵等建筑物时
4、,可按无底坎的宽顶堰流处理。另外,宽顶堰流还分为自由出流和淹没出流。1 .自由流宽项堰流(见图7.2.2)(V,基本公式Qtmb(7.2.4)或Q=4M6(7.2.5)式中:Q为流量(3sh,为堰顶宽度(m):HC为包括行近流速的堰前水头,即Hn=A/+e(m)乙阳Vn为行近流速(mshm为自由溢流的流量系数,它与堰型、堰高等边界条件有关,即Mm6为侧收缩系数。流态判别界限:h.H0.8,自由流;图7.2. 9.H0.8,淹没流;瓦为从堰顶起算的下游水深;W为从堰顶起算的上游水深。(2)有底坎宽顶堰的流埴系数。不同的进口堰头形状,其流量系数m有不同数值。1)进口边缘为直角时,见图02.3,当0
5、PH JIS7. 2. 4当0PZ30时,m=036.A斜坡式进口(见图7.2.5和斜角式进口(见图7.2.6)的流量系数可按表7.2.琏取。斜坡进口图7. 2 R图7. Z.h表N2I上游斜坡式进口流量系数册PiHC联0.51.01.52.02.500.3850.3850.3850.川50.3850.20.3720.3770.3800.M20.3820.40.3650.3730.3770.3800.3810.60.3610.3700.3760.3790.3800.80.3570.3680.3750.3780.3791.00.3550.3670.3710.3770.3782.003490-36
6、30.3710.3750.3774.0C3450.3610.3703740.3766.00.3440.3600.3690.3740.3758.00.3430.3600.3690.3740.376CO0.3400.358d30.3730.375(3)无底坎宽顶堰的流量系数分为四种情况表Z21上游有*r斜角式进口的流.系数n.PlHf/H0.0250.050O.IOO2.OOO0.3850.3850.385O-3850.20.3710.3740.376l0.3770.40.3640.3670.3700.3730.60.3590.3630.3670.3700.80.35603600.3650.368
7、0.3671.00.3530.3580.3632.00.3470.3530.3580.3634.00.3420.3490.3550.3616.00.3410.3480.3540.360QQ0.3370.3450.3320.3581)直角形翼墙(见图7.,7及表7.2.3)流量系数rrt=am工a-W.* gqEiG一一.I图7一2.7直角翼墙2)八字形翼墙(见图7,2.2、表7.2.4).图7.7.H表7.2.1直角形翼墙进口的平底宽顶堰流系数JR.bfB*0.OO.I0.20.30.40.5E0.3200.3220.3240.3270.3300.334bib0.60.70.80.91.0E0
8、.3400.3460.35$0.3670.385表71.4八字形翼墙进口的平底宽顶堰流系数.b/BCtW0.51.02.00*0.00.3430.3500.3530.350O.1O.3440.331U.3340.3510.2O.3460.3520.3550.3520.3O.3480.3540.3570.3540.40.3500.3S60.3580.3560.50.3520.3580.3600.3580.6O.3560.3610.3630.3610.7O.300.3640.366O-3640.80.3650.3690.3700.3690.90.3730.3750.3760.375!.0O.38S
9、0.3850.3850.3853】圆弧形翼墙(见图7.2.9、表7.2.5).4)斜角形翼墙(见图7.2.1。、表2,Q表7,工S圆弧形翼墙进口的平底宽顶堰流系数M.r*686MaioO.toao0.400.00.3200.MSaMtasoau4a7OiMO0.J0.321amasamA.Mld0.324amax$OlSSIa3S4au9aM2“3OLmas400343Ou333a357aMO0.30d4amama349a35KM20.SMa334a34a351Ouis?a)O.MSamdO.MOa3$0ohmdMOaioa.mso.m&M)M0.3Md370.10.3SSaM2aM50.1U
10、0.17am0.3730.90.M7anamO.37Samam0.37B1.00.MSaesam0.MSO-MSaits0u3SS表726斜角形翼墙进口的平底宽顶堰流Jt系数il,/ao685Oi0506IOO0t00-a。anoOi1OiMOd50.3$0dla122Qu1370.341634,0.351dZamam0.M3aus0.1Md3.ttf(K341队3450.U90.2Md4ano0.3430.34?0.3S10.3as03340.340.3S0O.3S4aIM0.6amoasso0.3S4ais7a.mi0.7(K3U03SSO.l0.M10.M40.SasssaMtaxP/H
11、BBl式中:户为上游堰高(m):a为堰前水头(m)M为两墩间净宽(m)B为上游引渠宽,对于梯形断面近似用一半深处的渠道宽(m3为系数,闸墩(或边墩)墩头为矩形,宽顶堰进口边缘为直角时,-O.Kj闸墩(或边墩)墩头为曲线形,宽顶堰进口边缘为直角或圆弧时,=0.IOC上式的应用条件为:6BO.2.PH3.0时,用PH=30计算。2)无底坎宽顶堰侧收缩系数。对于无底坎宽顶堰边墩侧收缩对溢流能力的影响已包含在流量系数中,需单独计算时,按(7.2.9)式计算,或者直接查表7.2.7(a.b)2.淹没式宽项堰流计算公式Qitmb2WJzst(7.2.10)式中:。为淹没系数,其他符号同前。当出现淹没堰流时
12、,堰的溢流能力将有所减小,淹没对溢流能力的影响用淹没系数反映,不同的堰型,/有不同的变化规律,宽顶堰的也值,与水流的淹没程度即(瓦/的比值)有关,儿是从堰顶起算的下游水位,是包括行近流速水头的堰前水头,。,与儿/“的关系值,可查表7.2.8.表7.侧收缩系数.(.0.10)b/BPlH0.00.250.51.0203.00.10.9130.9300.9390-950O.959O.9640.20.913O.930O.939O.9S00.9S9O.640.30.915O.932O.941O.9510.960O.9650.40.9180.936O.9460.955O.9630.968d&09290.
13、945d9530.9600.967O.9710.60.940O.9540.961O.9670.9730.9760.70.955O.9640.970O.974O.79O.9820.8d968O.9760.979O.9830.986O.9880.9O.984O.98RO.9900.9920.993O.9941.01.0001.0001.0001.000I.OOO1.000表7.2.7(b)侧收缩系数e=0.19)b/BP/H0.00.250.5.o2.03.0O.O.836O.868O.887O.9040.9220.9310.20.8360.8680.8870.9040.922O.9310.3O.
14、8360.872O.890O.907O.924O.9330.40.8450.8820.8980.915O.9300.9380.50.8640.8960.9110.9250.9390.9450.6O.8860.9130.9250.937O.9500.9550.70.911O.9330.941O.951O.%!0.9660.80.940O.953O.9S8O.9650.972O.9770.9O-9700.976O.978O.983O.986O.9881.01.0001.0001.OOOLOOO1.0001.000表N2.A宽顶堰淹没系数。,表o0800.81O.820.830.84O.850.86
15、0.871.00O.995O.990O.9800.97O.960.95O.93HdHQ0.880.890.900.910.920.930.940.95*O.900.87O.84O.82O.780.74O-70O.65HJHeO.960.97O.98叫O.59O.500.407.a处理构筑物中集配水渠道的水力计算在污水处理工程中,为配合各处理构筑物的正常运行,需要修建一些集水、配水渠道以及集配水设备,它们的水头损失主要包括局部水头损失。这些设备的种类有多种,但损失主要包括堰流损失、进口损失及出口损失。m堰流损失A.H(7.3.1式中:Zl-为堰流局部水头损失(m)为堰前水头(mhA为跌落水头(n
16、).进口损失式中:瓦为局部水头损失(m)七为局部阻力系数;7,为水流流速(msL虐为重力加速度(ms对于不同的连接方式,局部阻力系数也不尽相同。见图7.5剧角进“蜩叭口SHllW管 =0.010.05 介0.2方左图7.曳1局部阻力系数出口损失式中符号同前。7.4沉淀池整流配水花墙计算在沉淀池入口处设置多孔整流墙,使污水均匀分布,有孔整流墙上的开孔总面积为池横断面积的6%20%,污水流经整流配水花墙会产生水头损失。假设设计流量为Q,沉淀池横断面为。有孔整流墙的开孔率,则孔内流速为那么整流配水花墙水头损失为(7.4.1)式中:儿为局部水头损失(m):m为孔口收缩值,在2522.dd间取值;”为孔
17、的个数;为局部阻力系数;力为孔内流速(m/s)i为重力加速度(ms5f)7.5污水厂高程流程中水力计算为了使污水和污泥能在各处理构筑物之间通畅流动,以保证处理厂正常运行,必须进行高程布置,以确保各处理构筑物、泵房以及各连接管渠的高程,同时计算决定各部分水面标高。水力计算时,应选择一条距离最长、损失最大的流程,并按最大设计流埴计算,同时,要留有充分的余地,以使实际运行时能有一定的灵活性。水力计算常以接受处理后污水水体的最高水位作为起点,逆污水流程向上倒推计算,以使处理后的污水在洪水季节也能自流排出,而水泵需要的扬程则较小,运行费用也较低。但同时应考虑土方平衡,并考虑有利排水。污水厂污水的水头损失
18、主要包括:水流经过各处理构筑物的水头损失;水流经过连接前后两构筑物的管渠的水头损失,包括沿程损失与局部损失;水流经过量水设备的损失。7. 5.1污水高程水力计算1 .各处理构筑物的水头损失m格栅水头损失:(7.5.1;,角in8(菅)(7.5.2)式中:N为局部阻力系数;8为格栅断面形状系数;/为格栅厚度(mh。为格栅净间距(mh方为栅格倾角;,J为栅格上流侧的平均流速(ms).(2)集水槽水头损失。集水槽系平底,且为均匀集水、自由跌落水流,故按下列公式计算:B=O.904(7.5.3)儿=1.258(7.5.4)式中:U为集水槽设计流量,为确保安全常对设计流量乘以1.21.E的安全系数(r3
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