什么是Hazen-Williams方程(the Hazen-Williams Equation)？

Hazen-Williams方程是一个公式，用于计算流体在流经管道时，由于与管道内表面、管道内径的摩擦，环境压力下降了多少，以及流体的流速。在过去，当流体流动为湍流时，工程师通常会采用这种流速降低法，因为它可以很好地近似计算速度损失。这个公式相对简单，但它的有效使用有几个限制因素，个人电脑的出现使它在很大程度上已经过时。Hazen-Williams方程可用于灌溉系统用于输送流体的水管系统都有所谓的水头损失，水头损失是流体在与管壁和其他管道障碍物相互作用时，由于流体内部的摩擦而产生的高度、速度和压力损失的总和，作为这些相互作用引起的湍流的一个副作用，水头损失也基于现有的摩擦系数，该系数是根据所用管道材料的类型和流体流动的速度来计算的。摩擦系数可以在80到130之间或更多，这种变化性使得Hazen-Williams方程仅仅是一个粗略的计算对于压降。工程师们接受使用Hazen-Williams方程计算体积流量的典型限制因素。这些因素包括流体必须具有的限制粘度至少为113厘斯托克，这是水在60华氏度（15.5摄氏度）的室温下显示的数值。管道直径必须大于2英寸（5.08厘米），流速不能超过每秒10英尺（每秒3.05米）Hazen-Williams方程中通常使用两个公式，一个基于经验或实验数据和英制单位，另一个使用标准国际单位。英制公式为hf=0.002083 L（100/C）1.85 x（gpm1.85/d4.8655），其中"hf"等于以英尺为单位的水头损失，"L"表示以英尺为单位测量的管道长度，"C"是管道材料类型的摩擦系数。"Gpm"表示每分钟加仑数，根据通过管道的测量加仑流量计算得出，"d"表示在管壁上发生堆积或腐蚀之前管道的初始内径，公式中的值100表示无量纲Hazen-Williams系数。标准国际单位公式只是用公制单位计算水头损失（也称为摩擦压降）的另一种方法。它表示为ΔP=1.1101 x 1010（Q/C）1.85 1/D4.87，其中"ΔP"是压力降（单位：千帕/米），"Q"是流体的流速（单位：立方米/小时），"D"是管道内径，"C"是无量纲的Hazen-Williams系数。虽然Hazen-Williams系数的标准为100是常规的，如果管道使用年限为10至15年，由于管道中的矿物质沉积和腐蚀增加了摩擦水平和湍流，通常可以用75代替在缺乏更精确的计算机计算的情况下，Hazen-Williams方程仍然适用于许多类型的液体流量系统。它可用于消防喷淋系统和灌溉系统，或建筑物或市政供水网络。这是因为现在在公式中输入的管道材料类型存在一些已确定的摩擦系数，例如130的黄铜和铜管，150的聚氯乙烯（PVC）管，120的钢管，此外，每一个数值都有一定的余地，因为它是基于管道老化过程中管道内表面变形的近似值。如果需要更精确的数值来测量除水以外的其他物质的水头损失或流体流动，则采用达西-韦斯巴赫方程，它使用了一个更精确的摩擦系数，从一个包含雷诺数的穆迪图中计算出来。