鱼缸过滤管线计算与水泵选择

    以前对水泵、水管直径及走向、过滤流量等在鱼缸设计时常常采用估算，往往误差较大，最近一段时间小弟潜心钻研工程流体力学，收获颇多，在此与大家一起分享。
管道水头损失的计算方法：
    水在管道内流动会产生机械能的损耗，即水头损失。水头损失可分为沿程摩阻力损失和局部阻力损失两种类型。沿程水头损失为水流过一定管道距离后由于水分子的内部摩檫而引起的损失，局部水头损失为水流经过各种管件、阀门等设备时因流态的变化而产生的损失。沿程水头损失与局部水头损失之和即为管道的总水头损失。
    沿程水头损失的经验公式。对于硬质塑料管道（PVC），目前常用的计算公式：Hf = 9.48×104×L×Q1.77/ d4.77 式中：Hf为沿程水头损失（m）；L、Q、d分别为管道长度（m）、流量（m3/h）和管道内径（mm）。局部水头损失计算公式为：Hj =ξV2/2g 式中：Hj为局部水头损失（m）；ξ为局部阻力损失系数，与管件、阀门的类型与大小有关；v、g分别为管道中水的流速（m/s）和重力加速度（9.81m/s2）。
    首先确定要达到多少过滤量，也就是每小时过滤几遍主缸的水，从而得出过滤流量。通过计算得出水头损失，再加上提水高度（主缸与过滤缸水位差）得到实际扬程，此时再根据实际扬程和实际流量查找适合的水泵。
下面为一个计算实例：
    主缸水体：197×67×55（长宽高），每小时过滤3遍。上水使用外径25mm、内径21mm的PVC硬质水管，直管长度3m，弯头3个，手动阀门一个。通过计算水头损失为1.424m，考虑到运行一段时间管线内部会附着硝化细菌菌尸和其他垃圾，为此再加上1.15的保险系数，得出实际扬程为1.64m。提水高度为1.2m，因此得到实际扬程为2.84m。设计流量为2179L/H。找到某款水泵的标称流量为5500L/H，标称扬程为4.5m，查此水泵的“扬程－流量”曲线得到在实际扬程为2.84m处的流量为2100L/H，基本符合要求。鱼缸管线的粗细、长度以及管线里水的流速对水头损失影响很大，这个设计如果将管子从25mm改成32mm则水头损失从1.424m下降到0.573m，可减少管子一半以上的机械能损耗。（附计算程序文件）