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

　　摘　要：針對濾池配水原理中存在著將多孔管孔口作用水頭看作壓強水頭和認為孔口流量系數(shù)沿程不變的觀點，運用水力學原理，對多孔配水管中的作用水頭和孔口流量系數(shù)的變化規(guī)律進行了探討，并通過試驗進行了驗證。結果表明，多孔管孔口出流的作用水頭應為總水頭，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口總水頭的大小有關，在進口總水頭較小時，多孔管孔口沿程出流量逐漸減小，而在進口總水頭較大時，孔口沿程出流量逐漸增大。?
　　關鍵詞：多孔配水管；作用水頭；孔口流量系數(shù)
　　中圖分類號：TU991.24
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：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入濾池的沖洗水能夠均勻分布在整個濾池面積上，并在過濾時均勻集水。有關文獻對其配水原理作了詳細的論述^[1～3]，但存在著兩個錯誤看法：①將多孔管孔口出流的作用水頭看作是壓強水頭；②將沿程孔口流量系數(shù)看作是保持不變的常數(shù)。本文運用水力學原理，對多孔配水管中的作用水頭和孔口流量系數(shù)的變化進行了探討，并通過試驗進行了驗證。

1 多孔配水管中作用水頭的變化

　　對于直徑和長度比符合式(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，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其變化規(guī)律至關重要，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——多孔管的長度

　　參照文獻^[1]的圖8—5，可得到多孔配水管的能量分配(見圖2)。

?

　　設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；而進口總能量E₀=QH₀γ=γQ[H₁+α(v²₀/2g)]可用長方形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水頭的假設，則E₃既沒有被沿程阻力消耗掉，也沒有被消耗在孔口阻力上。顯然，對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。事實上，文獻^[1]第95頁第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。
　　因此對短管來說，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。因此在進行孔口出流量的計算時，必須考慮流速水頭，以總水頭作為計算依據(jù)，否則就會得到末端作用水頭大于起點作用水頭的錯誤結論。

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外，尚與孔口流量系數(shù)μ有關。而μ與ε、ζ有關^[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)?

　　對于一般的孔口出流，μ可看成一個常數(shù)。但對多孔管來說，μ并不是一個常數(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，結果使μ也發(fā)生較大變化。表1中ε和ζ、μ的變化說明了這一點。

　　從表1中可見：?
　　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ζ逐漸減小，結果使μ逐漸增大；?
　?、讦痰淖兓闆r與開孔數(shù)、開孔比有關。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?。?
　?、谘厮鞣较?，孔口流量系數(shù)逐漸增大。?
　　因此，對等直徑等距離多孔管來說，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：?
　?、佼斂偹^在配水過程中起主要作用時，多孔管沿程孔口出流量逐漸減小；?
　　②當流量系數(shù)μ沿程的變化在配水過程中起主要作用時，多孔管沿程孔口出流量逐漸增大。

4 實例

4.1 試驗材料
　　DN20mm鍍鋅鋼管，長876mm，開圓孔14個，孔距40mm，開孔段長535mm；設5個取樣點（見圖3，每個取樣點同時集取2個孔口的流量）。

4.2　 試驗結果討論?
　　表2和圖4、5分別為在不同進水總水頭時，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：?
　?、俣嗫坠苣┒藟侯^始終大于始端壓頭，與進水總水頭的大小無關；?
　?、谠谶M水總水頭較小時，其孔口出流量沿流程逐漸下降；?
　　③在進水總水頭較大時，沿程孔口出流量逐漸增大。?
　　這些結論與前面的分析是一致的，也說明文獻^[2]中空氣試驗的試驗范圍有缺陷。盡管本試驗所用多孔管管徑與濾池中所用管徑相差較大，但其試驗結果可以論證前文中提出的問題。

5 結論?

　　①多孔管孔口作用水頭應為總水頭，其大小沿水流方向逐漸減小。?
　?、诳卓诹髁肯禂?shù)是一個變量，在進口水頭較小時，沿程變化較小，可看作是常數(shù)；而在進口總水頭較大時，沿程變化較大，對流量的變化影響很大。?
　　③在進口水頭較小時，多孔管始端孔口出流量大于末端出流量；而在進口水頭較大時，多孔管始端孔口出流量小于末端出流量。

參考文獻：

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　　[3]鐘淳昌?凈水廠設計[Ｍ]?北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986?246-248.
　　[4]西南交通大學水力學教研室?水力學[Ｍ]?第三版?北京：高教出版社，1983?230-235.?
　　[5]給水排水系統(tǒng)水力計算手冊[Ｍ]?郭連起譯?北京：中國建筑工業(yè)出版社，1983?99-109.?

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