第三章 管段流量、管径和水头损失.ppt

第三章 给水管网系统的水力计算 管网水力计算 内 容：求出所有管道的直径、水头损失、水泵扬程和水塔高度。并对事故时、消防时、最大转输时的水泵扬程进行较核。 重要性：管道工程的建设投资占整个给水系统总投资的 60％～80%，输配水所需的动力费用占给水系统运行总费用的40％～70%。 3.1 管网图形及简化 管网图形：根据图论的基本原理，图由“弧”和“顶点”两部分组成。给水管网的几何图形可以抽象地认为是由管段和节点构成的有向图。 3.2 水力计算的基础方程 目的：确定各水源节点的供水量、各管段的流量和管径、全部节点的水压。 多水源环状管网的管段数Ｐ、节点数Ｊ、基环数Ｌ和水源数Ｓ满足列关系： Ｐ＝Ｊ+Ｌ-Ｓ 单水源环状管网： Ｐ＝Ｊ+Ｌ-1 树状管网： Ｐ＝Ｊ-1 P个压降方程： 表示管段水头损失与其两端节点水压的关系式。 城镇中用水量标准不同的区域应分别计算比流量。 Ｊ－Ｓ个连续性方程： 一般表达式： 初步拟定的水压一般不满足连续性方程： 初步拟定水压与实际水压的差额为ΔＨ，实际水压应满足连续性方程： 将函数在分配流量上展开，并忽略高阶微量： 方程组的第一部分称为闭合差： 将闭合差项移到方程组的右边，得到关于水压误差（校正压力）的线性方程组： 求解步骤： 根据已知节点（控制点和泵站）的水压，初步确定其他各节点的水压； 根据流量与水头损失的关系求出各管段的流量； 计算各节点的不平衡流量； 计算各节点的校正压力； 重复第2～4步直到校正压力符合要求为止。 管段方程组解法 原理：直接联立求解 J-S 个连续性方程和 L 个能量方程，求出 P＝L+J-S 个管段流量。 具体步骤： 对能量方程进行线性化处理； 给定流量初值并计算线性系数； 解线性方程求出管段流量； 根据所得流量计算线性系数并重新求解管段流量直到误差符合要求。 连续性方程： Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 能量方程： 4 5 6 3 2 1 将非线形的能量方程转化为线性方程： 3.7.2 环状网平差 1. 哈代-克罗斯法 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 4 5 6 3 2 1 4．节点流量计算： 各 管 段 节 点 流 量 计 算 260.00 120.00 140.00 合计 17.50 57.50 62.28 57.50 27.05 30.22 7.95 40 40 40 0.5(25.45+9.55)=17.50 0.5(25.45+9.55)=17.50 0.5(9.55+9.55+25.45)=22.28 0.5(25.45+9.55)=17.50 0.5(9.55+25.45+19.09)=27.05 0.5(25.45+19.09+15.91)=30.22 0.5(15.91)=7.95 1-2 , 1-5 1-2 , 2-3 2-3 , 3-4 , 3-5 3-4 , 4-6 1-5 , 3-5 , 5-6 4-6 , 5-6 , 7-6 6-7 1 2 3 4 5 6 7 节点总流量 (L/s) 集 中 流 量(L/s) 节 点 流 量(L/s) 节点连的管段 节点 6．2．2 管段设计流量分配 目的：确定各管段中的流量，进而确定管段直径。 流量分配要保持水流的连续性，每一节点必须满足节点流量的平衡条件：流入任一节点的流量等于流离该节点的流量，若以流入为“一”，流离为“+”，则∑Q=0。 1. 树状网 水流方向唯一，流量分配唯一，任一管段的流量等于以后所有节点流量总和。 泵站 5 6 3 8 5 6 4 6 2 7 3 5 4 5 2 8 6 14 27 33 3 4 12 17 7 26 2 34 77 5 2. 环状网 流量分配有多种组合方案 基本原则：满足供水可靠性前提下，兼顾经济性。 方法和步骤： 确定控制点位置，管网主导流向； 参照主导流向拟定各管段水流方向，以最短距离供水到大用户或边远地区； 尽量使平行的主要干管分配相近的流量（防止某些管段负荷过重），连接管要少分配流量，满足沿线配水为限（主要作用是干管损坏时转输流量） 各干管通过的流量沿主要流向逐渐减少，不要忽多忽少； 可以起端开始或从末端，满足节点流量的平衡条件。 此分配值是预分配，用来选择管径，真正值由平差结果定。 3.4 管径计算 管道直径、管段计算流量和水流速度之间满足以下关系： 在确定的计算流量下，管道直径是流速的函数： 从技术上考虑，水流的最大速度应不超过2.5～3.0米/秒（防止水锤），最小速度不得小于0.6米/秒