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导致相关检测研究资料缺乏， 对其变化规律的认识不足。 如何准确分析和评估管道接口缩径造成的局
部水头损失， 是实现管道工程安全、 经济设计以及输水系统智能调控的关键。
本文首先建立管道水头损失的试验检测平台， 对商用的热熔对接聚乙烯管和承插连接球墨铸铁聚
乙烯复合管的水力性能进行检测， 分析热熔卷边和承插口保护环两种典型接口缩径产生的局部阻力特
性， 借鉴节流孔板等类似缩径形变件的经验公式给出接口局部阻力系数的经验计算方法， 为管道系统
接口局部阻力的评估和设计提供参考依据。

２ 检测方法

２．１ 试验平台 试验在中国水利水电科学研究院水力学试验室开展。 检测平台布置如图 １ 所示， 由上

游 １３ ｍ 高水箱（内装电动平水栅）、 数根热熔对接的聚乙烯管或承插连接的球墨铸铁聚乙烯复合管、
流量调节阀和下游矩形量水堰组成。 试验管道布置有多个测压断面， 试验过程中， 调节不同的上游水
箱水位或阀门开度， 待水流稳定后， 通过下游矩形量水堰确定管道的泄流量 Ｑ， 使用测压管测量不同

断面间的总水头损失 ｈ ， 同步记录试验水温 Ｔ。
Ｚ

图 １ 管道水头损失试验平台

２．２ 接口的局部阻力系数测量 考虑接口局部水头损失的管道总水头损失计算公式为
æ Ｌ ö Ｖ ２
ｆ ∑ ξ＋ｆ
ｈ ＝ ｈ ＋ｈ ＝ ç ÷ （１）
Ｚ
ｊ
è Ｄ ø ２ｇ
式中： ｈ 为总水头损失， ｍ； ｈ 为缩径接口的局部水头损失， ｍ； ｈ 为沿程水头损失， ｍ； ξ 为单个缩
Ｚ
ｊ
ｆ
径接口的局部阻力系数； ｆ 为达西沿程阻力系数； Ｌ 为检测管段间距， ｍ； Ｄ 为管道内径， ｍ； Ｖ 为管
２
道平均流速， ｍ∕ｓ； ｇ 为重力加速度， ｇ ＝ ９．８ ｍ∕ｓ 。
管道形变件的局部水头损失计算需扣除其影响范围内的沿程水头损失， 然而， 试验中很难对管道
接口的局部水头损失和其影响范围内的沿程水头损失分别直接测量。 为此， 根据管道的当量粗糙度 Δ
是否已知， 提出如下两种接口局部阻力系数 ξ 的测量方法。
方法一： 当管道的当量粗糙度 Δ 已知时， 将当量粗糙度 Δ 代入柯尔勃洛克 －怀特（ Ｃｏｌｅｂｒｏｏｋ －
Ｗｈｉｔｅ）公式
１ æ Δ ２．５１ ö
＝ －２ｌｇç ＋ ÷ （２）
ｆ è ３．７Ｄ Ｒｅ ｆ ø
式中 Ｒｅ 为管道雷诺数。
由式（２）可得不同流量下的达西沿程阻力系数 ｆ， 进而可依据式（１） 求得单个接口的局部阻力系
数 ξ。
方法二： 当管道的当量粗糙度 Δ 未知时， 建立不同断面间距的总水头损失计算方程， 并两两联
立， 采用消元法消去式中达西沿程阻力系数 ｆ， 即可求得单个接口的局部阻力系数 ξ。
试验需考虑的另外一个因素是相邻接口间距的影响。 将管道缩径接口看作为一种节流孔板的特
例， 则相邻接口局部阻力影响的间距阈值可参考文献［１０］， 认为相对距离 ｌ ∕Ｄ≥９ 时相邻接口已无相
ｃｒ
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