用Excel公式计算管道尺寸的水流速率，使用哈森威廉姆斯公式
Hazen Williams公式计算水流速率的局限性
Hazen Williams公式是一个经验公式，可用于典型环境温度下的湍流水流。紊流的要求不是很限制。管道输水的大多数实际应用都是在湍流区。有关这一主题的回顾，请参阅文章，'雷诺数与层流与湍流严格来说，哈森·威廉姆斯公式适用于60华氏度的水，但它适用于高于或低于60华氏度的合理水温范围。对于粘度与水不同的流体，或水温远高于或低于60oF的流体，达西韦斯巴赫方程比哈森威廉姆斯公式更适用。请按以下连结，以了解更多有关达西维斯巴赫方程．
在接下来的几节中，介绍和讨论了几种形式的Hazen Williams方程，将提供一个可下载的Excel电子表格模板，用于使用Excel公式进行Hazen Williams水流速率计算。
Hazen Williams公式的形式
有几种不同形式的Hazen Williams公式用于计算水流速率。它可以写成水速或水流量，可以写成压降或水头损失，也可以写成几组不同的单元。Hazen Williams公式的传统形式是:
美国单位:V = 1.318 C R0.633 S0.54，其中:
- V =水流速度，单位ft/sec
- C = Hazen Williams系数，取决于管道材料和管道年龄
- R =水力半径，ft (R =截面积/湿周长)
- S =能量等级线斜率=水头损失/管道长度= hL/L，无量纲
si单位:V = 0.85 C R0.633 S0.54，其中:
- V的单位是m/s, R的单位是米
Hazen Williams公式主要用于管道中的压力流动，其中液压半径为管径的四分之一(R = D/4)。利用这个关系和Q = V(πD2/4)，对于圆形管道中的流动，Hazen Williams公式可以重写为下一节所示。
用Hazen Williams公式计算管道直径范围内的水流速率
对于圆形管道中压力下的水流，上面所示的Hazen Williams公式可以改写为以下方便的形式:
美元单位:Q = 193.7 C D2.63 S0.54，其中:
- Q =水流速，加仑/分钟(gpm)
- D =管道直径，单位ft
- C和S同上
si单位:Q = 0.278 C D2.63 S0.54，其中
- Q的单位是m3/s D的单位是米
Hazen Williams公式也可以用压差(ΔP)表示，而不是用管道长度L上的水头损失(hL)表示，使用ΔP = ρghL:
在S.I.单位中，方程的方便形式是:Q = (3.763 x 10-6) C D2.63 (ΔP/L)0.54，其中
- Q为水流速率，单位为m3/hr，
- D为管径，单位为mm
- L为管道长度，单位为m，
- ΔP为管道长度上的压差，L，单位为kN/m2
美国单位:Q = 0.442 C D2.63 (ΔP/L)0.54，其中
- Q为水流速率，单位为gpm，
- D为管道直径，单位为英寸
- L为管道长度，单位为ft，
- ΔP为管道长度上的压差，L，单位为psi
这是Hazen Williams公式的一种形式，可以方便地用于估计美国单位管道尺寸和长度的水流速率，如第二页下一节所示。
本文的第二页有一个Hazen Williams系数的数值表，一个有几个PVC管道长度和直径的水流速计算示例的表，以及一个下载带有Excel公式的电子表格模板的链接，用于进行水流速计算。
Hazen Williams系数的值
为了使用Hazen Williams公式来计算水流流速，需要使用Hazen Williams系数C来计算所用的管道材料。C的值可以在许多手册、教科书和网站上找到。一些常见管道材料通常使用的C值显示在左边的表格中。
来源:Toro Ag灌溉(PDF)
管道尺寸和长度的水流速率计算示例
下表是根据以下公式编制的:Q = 0.442 C D2.63 (ΔP/L)0.54，单位为上面给出的，以计算直径为1/2英寸到6英寸，长度为5英尺到100英尺的PVC管道的水流速率，所有这些都是在特定长度的管道上的压差为20 psi。Hazen Williams系数在前一节的表格中被取为150。
...............................................水流速流量 .............................................
........................................................管径英寸 .............................................
长度,英国《金融时报》……0．5……０．７５……1……1.5……2……2.5……3...........4..........5............6
．...5................ 23……66……140……407……868……1560……2520……5371……9659……15601
.．.10............... 16……45……96……280……597……1073……1733……3694……6643……10730
.．.15............... 13…………77……225……479……862……1393……2968……5337……8620
.．.20................ 11……31……66……193……410……738……1192……2541……4569……7380
.．.40................ 7……21……46……132……282……508……820……1747……3142……5076
．．One hundred................ 4…………28……81……172……309……500……1065……1916……3096
该表显示了您应该直观地预料到的模式。对于给定的压差驱动流量，对于给定的管径，水流速率随管径的增大而增大，而对于给定的管径，水流速率随管径的增大而减小。利用上表所示的Hazen Williams方程，上面的方程可以计算不同管道材料和压力驱动力下管道尺寸和长度的水流速率。
一个Excel模板来计算水管尺寸和长度的水流速率。
左边的电子表格模板内置了Excel公式，可以计算不同管道尺寸的水流速率，如前一节所示。这个Excel表格模板可以在下面下载，允许输入Hazen Williams系数值和考虑的整个管道长度的压降。此外，管道直径和长度可以从当前的电子表格中更改，因此如果Hazen Williams系数已知，并且管道上的压降已知，则可以计算出管道直径和长度的任何组合的流量。
示例电子表格有美国单位，但可以下载S.I.版本和美国版本。
参考文献
进一步资料参考:
1.本特森,H。流体流动基础，PDH学分的在线继续教育课程。
2.曼森，B. R.， Young, D. F.， & Okiishi, T. H.，流体力学基础，第四版，纽约:约翰·威利父子公司，2002。
3.Liou, c.p.。”Hazen-Williams方程的局限性和正确使用”,水利学报，第124卷第9期，1998年9月，第951-954页。
这篇文章是系列文章的一部分:管道流量计算
管道流动计算包括使用雷诺数来确定流动是层流还是湍流。摩擦水头损失可以用达西维斯巴赫方程和摩擦因子来计算。在紊流和层流中，都可以求出完全发展流动的入口长度。
