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水 利 学 报

２０２５ 年 １ 月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５６ 卷 第 １ 期

文章编号： ０５５９－９３５０（２０２５）０１－００５６－０７

管道接口缩径的局部阻力试验研究

郭永鑫， 郭新蕾， 王 涛， 付 辉， 潘佳佳， 李甲振

（中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点试验室， 北京 １０００３８）

摘要： 管道接口缩径会产生明显的局部水头损失， 然而一直以来缺乏试验检测资料和评估计算方法。 本文建立了
管道水头损失检测平台， 提出管道接口局部阻力系数的两种检测方法， 对聚乙烯管热熔对接卷边和球墨铸铁聚乙
烯复合管承插接口保护环的局部阻力系数分别进行检测， 分析了接口局部阻力系数的影响因素和变化规律。 结果
表明： ＤＮ１５０ 聚乙烯管热熔对接卷边为圆弧边缘， 凸起高度 δ 约 ４．３６ ｍｍ， 单个接口的局部阻力系数 ξ≈０．０８６，
折算当量管长为 ０．７５ ｍ； ＤＮ３００ 球墨铸铁聚乙烯复合管承插接口保护环为直角边缘， 凸起高度 δ 约为 １．９３ ｍｍ，
单个接口的局部阻力系数 ξ≈０．０２２， 折算当量管长为 ０．５１ ｍ； 单个接口的局部阻力系数随相对凸起高度 δ∕Ｄ 减小
而减小。 接口为直角边缘的局部阻力系数可采用节流孔板的经验公式计算， 圆弧边缘的局部阻力系数可采用钢管
焊缝的经验公式计算。 研究成果可为管网工程的精细水力计算提供参考。
关键词： 管道接口； 缩径； 水头损失； 局部阻力系数； 当量管长
中图分类号： ＴＶ１３４ ｄｏｉ： １０．１３２４３∕ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０１９５
文献标识码： Ａ
１ 研究背景

输水管道广泛应用于引调水工程、 城市给排水和工农业用水中， 部分管道连接方式会在接口断面
产生缩径现象。 例如， 常用于聚乙烯等塑料管道的热熔对接， 热熔接口卷边凸起将造成接口断面内径
不规则缩小， 也称 “热熔缩径”； 聚乙烯复合管承插口端部采用金属保护环时， 保护环内径小于管道
内径， 产生缩径。 管道接口缩径将使水流产生分离和涡流区， 造成一定的局部水头损失， 工程设计阶
段通常按沿程水头损失的百分比取值 ［１］ ， 具有较大的经验性和不确定性。
不同管材的沿程阻力系数 ［２－４］ 和典型管件的局部阻力系数 ［５－７］ 已有较多检测研究， 但对于管道接
口缩径引起的局部阻力关注较少。 管道接口的局部阻力与缩径断面的形状、 水流流态等因素有关， 其
局部阻力影响并不局限于自身的几何长度内， 上、 下游相当长范围都会有影响。 因此， 管道接口的局
部阻力测量需要剔除其上、 下游影响范围内的沿程阻力影响， 也就是说需要首先精确测量管道的沿程
阻力系数 ｆ， 实际工程还需考虑弯管、 阀门等管件局部阻力系数取值精度的影响 ［８－９］ 。 管道接口的局部
阻力还与其间距有关， 当间距小于某一阈值时， 相邻接口的局部阻力将相互影响， 总局部阻力系数小
于单个接口局部阻力系数之和， 且间距越小， 相互影响越明显， 总局部阻力系数越小。 研究人员对不
同类型相邻管道形变件的局部阻力影响进行研究， 给出了相应的间距阈值， 例如： 白兆亮等 ［１０－１１］ 对相
邻孔板的局部阻力研究认为， 当孔板相对距离 ｌ ∕Ｄ≥９（ｌ 为相邻形变件的间距， Ｄ 为管道内径）时两
ｃｒ ｃｒ
孔板间已无相互影响； 贺益英等 ［１２］ 对弯管研究认为， 当弯管相对距离 ｌ ∕Ｄ≥（２０～２５）时， 相邻弯管局
ｃｒ
部阻力的影响已十分微弱； 纪昌知等 ［１３］ 数值模拟认为 ９０°弯管局部阻力的下游影响长度约为 ４０Ｄ， 且
与管壁的相对粗糙度 Δ∕Ｄ 有关。 综上， 管道接口局部阻力系数的影响因素复杂， 精确测量困难， 由此

收稿日期： ２０２４－０４－０９； 网络首发日期： ２０２４－１２－１９
网络首发地址： ｈｔｔｐｓ：∕∕ｄｏｉ．ｏｒｇ∕１０．１３２４３∕ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０１９５
基金项目： 国家重点研发计划项目（２０２２ＹＦＣ３２０２５００）； 国家自然科学基金项目（５２１７９０８２）
作者简介： 郭永鑫（１９７８－）， 博士， 正高级工程师， 主要从事调水工程水力控制研究。 Ｅ－ｍａｉｌ： Ｇｕｏｙｏｎｇｘｉｎ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｍ
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