海澄威廉姆斯公式辨析

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1、中国工程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会、中国上木工程学会水工业分会建筑给水捧水委员会第六届委员会成立大会暨学术交流年会论文集海澄一威廉姆斯公式辨析刘志武齐永(总装备部工程设计研究总院，北京100028)摘要参照美国消防协会的有关文献，分析了海澄一威廉姆斯公式的主要特点；提出了该公式在实际应用中所存在的主要问题；介绍了摩阻系数、流量单位、管径单位、管件及阀门当量长度等参数的选用原则及摩阻系数的修正方法．‘关键词海澄一威廉姆斯公式摩阻系数当量长度流量单位管径单位水力计算公式是工程设计的基础。合理

2、地选择公式及参数对系统设计的科学性、合理性至关重要。长期以来，业界一直以舍维列夫公式为水力计算公式，但近年来，正逐步被海澄一威廉姆斯(Hazen-Williams)公式所替代。2003版《建筑给排水设计规范》(GB50015—2003，下文简称“水规”)及2005版《自动喷水灭火系统设计规范(局部修订征求意见稿)》(6850015—2003，下文简称“喷规”)均采用海澄一威廉姆斯公式。笔者通过对国际上有关文献的研究和分析，发现上述规范中关于海澄一威廉姆斯公式的应用存在一些不够准确地方，有必要进行深

3、入研讨。1公式单位在美国消防协会的《自动水喷淋系统手册》(AutomaticSprinklerSystemsHandbook，2007Edition，下文简称“手册”)中，海澄一威廉姆斯公式表示为tp_6．05蒜×105(a)式中P为每米水头损失，bar／m，Ibar=lOOkPa；Q为流量，L／min,C为摩阻系数；d为管道内径，nlm。“水规”中海澄一威廉姆斯公式表示为：i=105c_II-I．95。，／l-4．87矿豁(b)式中i．为单位长度水头损失，kPa／mq

4、为流量，L／s；dt为管道

5、内径，mm；Ch为H_w摩阻系数，钢管为i00，铜管130，塑料管为140，内衬水泥铸铁管为130。上述两个公式中流量的单位有所不同，公式(a)中流量单位为L／min，公式(b)中流量单位为m3／s。在我国建筑给水排水领域，习惯以L／s为流量单位，流量如以L／s为单位，数值都是个位或十位数字。例如，5L／s的流量，当以m3／s为单位时，就是0．005m3／s；当以L／min为单位时，则为300L／min。显然，前者不如后者方便。至于管径单位，公式(a)以咖为单位，公式(b)以m为单位。在实际工程中

6、，国内外所有关于管道标准的文献都是以衄为单位。对于公称直径为50m的管道，如采用公式(b)，就要变为0．05m；如采用公式(a)，就可直接采用该数值，不需要换算。可见，无论是流量单位，还是管径单位，公式(b)都不如公式(a)方便，都需要换算。在水力196中国工程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会、中国土木工程学会水工业分会建筑给水排水委员会第六届委员会成立大会暨学术交流年会论文集计算时，小数中零越多，就越容易出现错误。这已不仅仅是方便与否的问题。在欧美消防文献中，流量单位都是L／min，管径单位

7、都是以衄。公式(b)的流量及管径单位的改变，还间接第改变了公式(a)中的常数叫．05x105的改变。如“水规”就将其变为105，而国际上所有文献都是6．05x105或6．05x107。而且，经过这种改变以后，公式(b)看上去有点不像是海澄一威廉姆斯公式了。可以说没有意义。至于公式(b)中各个变量的符号与公式(a)不同，倒也不是原则问题。但将公式中分母以负的指数来表示显得很不清晰，使用时容易发生错误，不如公式(a)以分子式来表示来的清楚、明了。在美国FMGlobalDataSheets3-0中，该公

8、式表示为：p：c∥彤／c，·格扩87。这种表达方式似乎可以实现公式(b)的理念，是值得借鉴的。上述问题虽不能说是错误，但是应用起来不方便，也不符合国际惯例。2公式常数目前，在一些欧美文献中，海澄一威廉姆斯公式的水头损失单位还是bar／m(Ibar=lOOkPa)，但在新出版的文献中，已逐渐改为kPa／m。所以，公式(b)以为kPa／m作为每米管道水头损失的单位是非常值得肯定的。对于一般给水或水消防系统，单位长度水头损失一般都是个位或十位数，如果以kPa／m为单位，在水力计算时就非常方便。国内某些规

9、范以MPa／m为水头损失单位，虽不能说错，但非常不方便。试想，单位长度水头损失为5kPa／m，以肝a／m为单位时，就变成了O．005MPa／m。实际工程中也没有这样用的。关于压力的单位，似乎有一种误解，就是认为只有MPa才是国际。其实，压力(压强)的国际单位是帕[斯卡](Pa)，等于1牛顿每平方米，即1Pa．1N／m2，但不属于1974年“第十四届国际计量大会”确定的七个基本国际单位之一，是SI导出的单位。但Pa的单位太小，工程中常用kPa(即103Pa)或MPa(即106Pa)来