什么是"每100英尺水头损失计算器"?
本工具采用Hazen-Williams(海曾-威廉)公式估算管道中的摩擦水头损失,结果以"每100英尺管道损失多少英尺水柱"表示。该公式在消防(美国NFPA 13标准)、给排水及供水管网设计中应用广泛,适用于常温下满流、有压输送的水管。需要注意的是,本计算器采用美制单位(gpm、英寸、英尺),主要面向美国工程实践;中国国内设计通常使用公制单位与相应规范,换算或选用时请留意。
如何使用
分别输入流量(美制加仑每分钟,gpm)、管道内径(英寸)和Hazen-Williams粗糙系数C(新的塑料/PVC管约取150,水泥内衬管或新钢管约取130,老旧钢管/铸铁管约取100)。计算结果为每100英尺直管段的摩擦损失。若要得到总损失,只需用实际管长除以100,再乘以该结果即可。
公式详解
本工具采用的美制单位Hazen-Williams公式为:
$$h_f = 0.2083 \left(\frac{100}{\text{C}}\right)^{1.852} \frac{\text{gpm}^{1.852}}{d^{4.8655}}$$得出每100英尺的水头损失(英尺)。C值越高(管壁越光滑),损失越小;由于公式中含有 \(d^{4.8655}\) 这一项,管径一旦变小,损失会急剧上升。
计算实例
以50 gpm的流量通过一根2英寸管道、\(C = 130\) 为例:\((100/130)^{1.852} = 0.6149\),\(50^{1.852} = 1387.0\),\(2^{4.8655} = 29.16\)。代入得
$$h_f = 0.2083 \times 0.6149 \times \frac{1387.0}{29.16} \approx 6.09$$即每100英尺6.09英尺(因取整不同,数值略有出入)。
常见问题
C值应该取多少?请按管材种类和使用年限选取相应的设计值;在偏保守的消防设计中,钢管常取 \(C = 120\)。
水温有影响吗?Hazen-Williams公式假定为约60°F(约15.6°C)的常温水,不适用于高温流体或非水介质。
只适用于满流管道吗?是的——该公式仅适用于有压、满流状态的管道,不适用于非满流的重力流。