下水道水力學.ppt

Ch 3 下水道水力學 3 – 1 概論 (1) 設計 ( Design ) 依預計之下水量設計適當尺寸及坡度之下水道。 (2) 驗核 ( Check ) 驗核已有下水道之容量、流速、坡度夠不夠， 將來下水量增加時是否仍充足夠用或需增建輔 助下水道以補足容量。 (3) 測量 ( Measure ) 測量下水道內之污水量、水頭損失。 水力學應用於下水道之設計與檢核時，因預估污水量與實際污水量有頗大的差異與變化，故運用水力學計算時，並不一定要嚴格的用符合水流情況之變量流等，求其精密計算結果。 ∴作了很多假設 結果仍符合要求 －steady flow (穩定流，等量流)，流量不隨t 改變 －incompressible fluid ( ρ≠ f (position) ) －uniform flow (均勻流，等速流)，Q不隨t 改變 (1) 下水道系統內之水流為自由水流式(水之流動藉重力)， 即依明渠水力學之原理( open channel hydraulics ) 自來水乃藉壓力式輸送，故依壓力管線原理( pipe flow) (2) 下水道內含有大量懸浮物質，故設計流速須有限制。 ?流速太大 管材受固體顆粒之沖蝕 ?流速太小 顆粒附著於管壁 淤塞 (4) 下水道管渠之水流大部分為變量流( unsteady flow ) ，及變速流( nonuniform flow )。但為求簡化計算， 一般假定在短距離內，視為steady∕uniform flow。 unsteady flow ︰流量隨時間而變化→ ; non-uniform flow ︰流速在不同位置亦不同→ ; 明渠流中之 uniform and non-uniform flow uniform flow → nonuniform flow → 影響污水在下水道內流動之主要因素︰ (1) 坡降 (2) 斷面形狀及斷面積( 圓、馬蹄、矩形 ) (3) 管內表面粗糙度( roughness ) 不同材質之pipe (4) 水流情況︰— 滿流 or 非滿流 — steady or unsteady flow (5) 阻礙物，彎管之有無 (6) 流體之性質，比重、黏度 污水之性質變化較大 3 – 2 管流及明渠水力學基本原理 * 其流動係受(1)流體重力及(2)介面摩擦阻力之作用 * 明渠( open channel )︰具自由面( free surface )者 採用流體力學的三個基本方程式： — 連續方程式 ( Continuity equation ) — 能量方程式 ( Energy equation ) — 動量方程式 ( Momentum equation ) 1.明渠流 ( open channel ) → 流動之驅動力為 〝gravity〞 (水往低處流) 2. 管流 ( pipe flow ) →重力 →沿著管路之壓力梯度 3 – 3 水流摩阻公式介紹 計算下水道內水流摩擦之公式如下︰ 1. Chezy formula ( 謝塞公式 ) C = Chezy coefficient R = 水力半徑 ≡ 水流截面積∕潤濕周長 S = 渠底坡度 2. Darcy－Weisbach formula ( 達西－維斯巴哈公式 ) (2) 明渠水流︰ 1. Chezy formula Assume: 在管流中 2. Darcy – Weisbach equation { B 明渠流 Fig 3-4 摩阻係數與雷諾數及相對糙度之關係  ( P84 ) ( Moody圖 ) Moody chart (c) Transition region ( NR 4000 ) (d) Completely turbulent region ( f ≠ f (NR) ) Fig 3-3 各