水泵扬程怎么算？管道阻力损失计算方法

水泵扬程计算与管道阻力损失分析方法

水泵扬程的基本概念

水泵扬程(H)是指单位重量液体通过水泵后获得的能量增量，单位为米(m)，从工程应用角度，扬程可理解为水泵能够将水提升的垂直高度加上克服管道阻力所需的压力。

扬程计算公式

完整的水泵扬程计算公式为：

H = H1 + H2 + H3 + H4 + H5

• H1：吸水面到水泵轴线的垂直高度(吸水扬程)
• H2：水泵轴线到出水口最高点的垂直高度(压水扬程)
• H3：管道沿程阻力损失
• H4：管道局部阻力损失
• H5：出水口自由水头(一般取2-5m)

管道阻力损失计算方法

沿程阻力损失(H3)

沿程阻力损失计算公式(达西-魏斯巴赫公式)：

H3 = λ × (L/D) × (v²/2g)

式中：

• λ：沿程阻力系数(无单位)
• L：管道长度(m)
• D：管道内径(m)
• v：流速(m/s)
• g：重力加速度(9.81m/s²)

沿程阻力系数λ的确定方法：

• 层流区(Re<2000)：λ=64/Re
• 紊流区(Re>4000)：
  • 水力光滑区：采用布拉修斯公式 λ=0.3164/Re^0.25
  • 过渡区：采用柯尔布鲁克公式 1/√λ=-2lg[(2.51/Re√λ)+(Δ/3.7D)]
  • 完全粗糙区：采用尼古拉兹公式 λ=1/[2lg(3.7D/Δ)]²

• Re：雷诺数(Re=vd/ν，ν为运动粘度)
• Δ：管壁绝对粗糙度(m)

局部阻力损失(H4)

局部阻力损失计算公式：

H4 = Σξ × (v²/2g)

式中：

• ξ：局部阻力系数(查表获得)
• v：流速(m/s)
• g：重力加速度(9.81m/s²)

常见管件的局部阻力系数ξ：

• 标准弯头(90°)：0.3-1.0
• 闸阀(全开)：0.1-0.5
• 止回阀：2.0-10.0
• 变径管：0.1-0.5
• 三通分流：1.0-3.0

工程实用简化计算方法

对于一般工程应用,可采用以下简化方法估算阻力损失：

1. 每100米管道阻力损失经验值：

   • 钢管：5-15m/100m
   • PVC管：3-10m/100m
   • 铸铁管：6-18m/100m

2. 局部阻力损失估算： 通常取沿程阻力损失的15%-30%作为局部阻力损失

计算实例

假设条件：

• 流量Q=50m³/h
• 吸水管长L1=10m，DN150钢管
• 压水管长L2=80m，DN125钢管
• 吸水面到出水口高差H1+H2=25m
• 含3个90°弯头(ξ=0.5)，1个闸阀(ξ=0.3)

计算步骤：

1. 计算流速v=Q/A=50/(3600×0.01227)=1.13m/s(DN125)
2. 计算沿程阻力损失(假设λ=0.02) H3=0.02×(90/0.125)×(1.13²/19.62)=0.94m
3. 计算局部阻力损失 H4=(3×0.5+0.3)×(1.13²/19.62)=0.12m
4. 取自由水头H5=3m
5. 总扬程H=25+0.94+0.12+3=29.06m

注意事项

1. 计算时应考虑最不利工况
2. 实际选型时应在计算值基础上增加10%-20%的余量
3. 对于复杂管网系统,建议采用专业水力计算软件
4. 长期运行后管道内壁结垢会导致阻力增加,设计时应考虑裕度

水泵扬程计算是泵系统设计中的关键环节,需要综合考虑几何高度、管道特性和流体性质，准确的阻力损失计算可确保水泵选型合理，避免能源浪费或性能不足，在实际工程中，建议结合理论计算与工程经验，必要时进行实测验证。

《温州品能泵业技术部整理发布，转发标明出处》