楊衛(wèi)權(quán) (南匯縣自來(lái)水公司，上海201312)
唐朝春(華東交通 大學(xué)土木工程系，江西南昌330013)
陳蓉(株洲鐵路水電段，湖南株洲412000)

　　摘　要：針對(duì)濾池配水原理中存在著將多孔管孔口作用水頭看作壓強(qiáng)水頭和認(rèn)為孔口流量系數(shù)沿程不變的觀點(diǎn)，運(yùn)用水力學(xué)原理，對(duì)多孔配水管中的作用水頭和孔口流量系數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了探討，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，多孔管孔口出流的作用水頭應(yīng)為總水頭，其值沿水流方向逐漸減小，而孔口流量系數(shù)沿程逐漸增大；多孔管孔口沿程出流量的變化與進(jìn)口總水頭的大小有關(guān)，在進(jìn)口總水頭較小時(shí)，多孔管孔口沿程出流量逐漸減小，而在進(jìn)口總水頭較大時(shí)，孔口沿程出流量逐漸增大。?
　　關(guān)鍵詞：多孔配水管；作用水頭；孔口流量系數(shù)
　　中圖分類號(hào)：TU991.24
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1000-4602(1999)10-0026-03

　　配水系統(tǒng)是濾池的主要組成部分，其主要作用是保證進(jìn)入濾池的沖洗水能夠均勻分布在整個(gè)濾池面積上，并在過(guò)濾時(shí)均勻集水。有關(guān)文獻(xiàn)對(duì)其配水原理作了詳細(xì)的論述^[1～3]，但存在著兩個(gè)錯(cuò)誤看法：①將多孔管孔口出流的作用水頭看作是壓強(qiáng)水頭；②將沿程孔口流量系數(shù)看作是保持不變的常數(shù)。本文運(yùn)用水力學(xué)原理，對(duì)多孔配水管中的作用水頭和孔口流量系數(shù)的變化進(jìn)行了探討，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 多孔配水管中作用水頭的變化

　　對(duì)于直徑和長(zhǎng)度比符合式(1)的短管，如大阻力配水系統(tǒng)的干管和支管，其水頭變化可用圖1表示。

?

　　從圖1可見(jiàn)，沿水流方向壓頭逐漸增大，而總水頭逐漸下降，兩者的變化規(guī)律是相反的，因此，孔口作用水頭采用壓頭還是總水頭對(duì)其變化規(guī)律至關(guān)重要，有必要研究多孔管在 配水中能量的有效利用。

　　D＞(0.006L)^1/1.33?(1)
　　式中?D——多孔管的直徑
　　　　?L——多孔管的長(zhǎng)度

　　參照文獻(xiàn)^[1]的圖8—5，可得到多孔配水管的能量分配(見(jiàn)圖2)。

?

　　設(shè)孔口作用水頭為壓頭，則用于孔口出流的有效利用能量E₁可用BCDE所包圍的面積S₁表示；用于克服管道沿程水頭損失所消耗的能量E₂可用AEF所包圍的面積S₂表示；而進(jìn)口總能量E₀=QH₀γ=γQ[H₁+α(v²₀/2g)]可用長(zhǎng)方形ACDF的面積S₀表示。
　　顯然S₁+S₂＜S₀，即用于孔口出流的有效利用能量E₁與用于克服管道沿程水頭損失所消耗的能量E₂之和小于進(jìn)口總能量E₀。從能量守恒的角度看是不可能的，顯然，這里忽視了ABE包圍的面積S₃所代表的能量E₃［多孔管各段流速水頭之和，其值
E₃=∑γq_i(v²_i/2g)］。若按照作用水頭為壓強(qiáng)水頭的假設(shè)，則E₃既沒(méi)有被沿程阻力消耗掉，也沒(méi)有被消耗在孔口阻力上。顯然，對(duì)其去向的合理解釋是，E₃被消耗在孔口阻力上，也只能消耗在孔口阻力上，即作用在孔口上用于克服孔口局部阻力的水頭除了壓頭之外還有流速水頭，即總水頭。事實(shí)上，文獻(xiàn)^[1]第95頁(yè)第8行早就指出了圖8—5中的“剩余的水頭消耗在用戶給水龍頭的局部水頭損失上”，其中的“剩余水頭”即指流速水頭。
　　因此對(duì)短管來(lái)說(shuō)，盡管沿水流方向其壓頭逐漸增大，但其總水頭總是逐漸下降的。因此在進(jìn)行孔口出流量的計(jì)算時(shí)，必須考慮流速水頭，以總水頭作為計(jì)算依據(jù)，否則就會(huì)得到末端作用水頭大于起點(diǎn)作用水頭的錯(cuò)誤結(jié)論。

2 多孔管沿程孔口流量系數(shù)的變化

　　孔口出流量除與作用水頭有關(guān)外，尚與孔口流量系數(shù)μ有關(guān)。而μ與ε、ζ有關(guān)^[4]，如式(2)所示：

　　μ＝εΦ＝ε(1/(1+ζ))^0.5　　　　　　　　　(2)
　　式中?Φ——流速系數(shù)?
?　　　　ε——壓縮系數(shù)?
　　　　?ζ——孔口局部阻力系數(shù)?

　　對(duì)于一般的孔口出流，μ可看成一個(gè)常數(shù)。但對(duì)多孔管來(lái)說(shuō)，μ并不是一個(gè)常數(shù)，原因是從起端至末端，其流量、流速變化較大，水流的流態(tài)必然也有很大變化，因此沿程孔口的ε、ζ發(fā)生較大變化，結(jié)果使μ也發(fā)生較大變化。表1中ε和ζ、μ的變化說(shuō)明了這一點(diǎn)。

　　從表1中可見(jiàn)：?
　　①多孔管沿程孔口的μ是變化的。從管道起端至末端，ε逐漸增大同時(shí)ζ逐漸減小，結(jié)果使μ逐漸增大；?
　　②μ的變化情況與開孔數(shù)、開孔比有關(guān)。開孔數(shù)越多，其始、末端μ相差越大；開孔比越大，μ相差越大。?

3 孔口沿程出流量的變化?

　　綜合上述討論，可以得知作用水頭和流量系數(shù)的變化規(guī)律為：?
　　①沿水流方向，孔口作用水頭逐漸減小；?
　　②沿水流方向，孔口流量系數(shù)逐漸增大。?
　　因此，對(duì)等直徑等距離多孔管來(lái)說(shuō)，根據(jù)總水頭和孔口流量系數(shù)兩者的變化規(guī)律，沿程孔口出流量的變化必然出現(xiàn)以下兩種情況：?
　　①當(dāng)總水頭在配水過(guò)程中起主要作用時(shí)，多孔管沿程孔口出流量逐漸減小；?
　　②當(dāng)流量系數(shù)μ沿程的變化在配水過(guò)程中起主要作用時(shí)，多孔管沿程孔口出流量逐漸增大。

4 實(shí)例

4.1 試驗(yàn)材料
　　DN20mm鍍鋅鋼管，長(zhǎng)876mm，開圓孔14個(gè)，孔距40mm，開孔段長(zhǎng)535mm；設(shè)5個(gè)取樣點(diǎn)（見(jiàn)圖3，每個(gè)取樣點(diǎn)同時(shí)集取2個(gè)孔口的流量）。

4.2　 試驗(yàn)結(jié)果討論?
　　表2和圖4、5分別為在不同進(jìn)水總水頭時(shí)，多孔管始末端總水頭、壓頭及沿程孔口出流量的變化情況。?

　　從表2及圖4、5中可以看到：?
　　①多孔管末端壓頭始終大于始端壓頭，與進(jìn)水總水頭的大小無(wú)關(guān)；?
　　②在進(jìn)水總水頭較小時(shí)，其孔口出流量沿流程逐漸下降；?
　　③在進(jìn)水總水頭較大時(shí)，沿程孔口出流量逐漸增大。?
　　這些結(jié)論與前面的分析是一致的，也說(shuō)明文獻(xiàn)^[2]中空氣試驗(yàn)的試驗(yàn)范圍有缺陷。盡管本試驗(yàn)所用多孔管管徑與濾池中所用管徑相差較大，但其試驗(yàn)結(jié)果可以論證前文中提出的問(wèn)題。

5 結(jié)論?

　　①多孔管孔口作用水頭應(yīng)為總水頭，其大小沿水流方向逐漸減小。?
　　②孔口流量系數(shù)是一個(gè)變量，在進(jìn)口水頭較小時(shí)，沿程變化較小，可看作是常數(shù)；而在進(jìn)口總水頭較大時(shí)，沿程變化較大，對(duì)流量的變化影響很大。?
　　③在進(jìn)口水頭較小時(shí)，多孔管始端孔口出流量大于末端出流量；而在進(jìn)口水頭較大時(shí)，多孔管始端孔口出流量小于末端出流量。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]嚴(yán)煦世，范瑾初?給水工程[Ｍ]?第三版?北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995?94-99，332-337.
　　[2]許保玖?給水處理理論與設(shè)計(jì)[Ｍ]?北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1992?256-260.
　　[3]鐘淳昌?凈水廠設(shè)計(jì)[Ｍ]?北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986?246-248.
　　[4]西南交通大學(xué)水力學(xué)教研室?水力學(xué)[Ｍ]?第三版?北京：高教出版社，1983?230-235.?
　　[5]給水排水系統(tǒng)水力計(jì)算手冊(cè)[Ｍ]?郭連起譯?北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1983?99-109.?

　　電　話：(0791)3800145(O)3800205(H)(唐朝春)?
　　收稿日期：1999-02-19