管段流量管径和水头损失ppt课件.ppt

1 第5章管段流量 管径和水头损失5 1管网计算的课题 重要性 输水管渠和管网所占费用一般约占给水工程总投资70 80 因此必须进行多种方案比较 以得到经济合理地满足近期和远期用水的最佳方案 2 计算步骤是 求沿线流量和节点流量 求管段计算流量 确定各管段的管径和水头损失 进行管网水力计算或技术经济计算 确定水塔高度和水泵扬程 3 5 2管网图形及简化 由于给水管线遍布在街道下 非但管线很多并且管径差别很大 如果将全部管线一律加以计算 实际上没有必要 甚至很少可能 因此 除了新设计的管网 因定线和计算仅限于干管而不是全部管线的情况外 对改建和扩建的管网往往将实际的管网适当加以简化 保留主要的干管 略去一些次要的 水力条件影响较小的管线 但简化后的管网基本上能反映实际用水情况 使计算工作量可以减轻 4 在保证计算结果接近实际情况的前提下 为方便计算可对管线进行适度简化 忽略 管网中主要起联络作用的管段 由于正常运行时流量很小 对水力条件的影响很小 计算时可以忽略 分解 只有一条管段连接的两个管网可分解成两个管网进行计算 管网末端水流方向确定的部分可分开计算 环状网上接出的树状网分开计算 节点合并 距离很近的两个节点计算时可视为一个节点 5 6 7 8 9 5 3沿线流量和节点流量 节点 有集中流量进出 管道合并或分叉以及边界条件发生变化的地点管段 两个相邻节点之间的管道管线 顺序相连的若干管段环 起点与终点重合的管线基环 不包含其它环的环大环 包含两个或两个以上基环的环 10 11 5 3 1沿线流量 比流量 为简化计算而将除去大用户集中流量以外的用水量均匀地分配在全部有效干管长度上 由此计算出的单位长度干管承担的供水量 城镇中用水量标准不同的区域应分别计算比流量 12 13 沿线流量 干管有效长度与比流量的乘积 按管道长度计算的比流量不能反映供水人数和用水量的差别 可采用按面积计算比流量的方法 14 管网中除最末端的管段外 其他任一管段的流量都由两部分组成 一部分是本管段沿程配水产生的流量 即沿线流量 另一部分是通过该管段输送到下游管段的流量 称为转输流量 15 节点流量 沿线流量只有概念上的意义 在水力计算时应将沿线流量按适当比例分配到两各节点 成为节点流量 沿线流量转换成节点流量的原则是管段的水头损失相同 即求出一个沿线不变的折算流量q 使它产生的水头损失等于实际沿管线变化的流量qx产生的水头损失 16 式中 式中 根据水力学 5 22 管段dx中的水头损失为 第一步求实际沿管线变化的流量qx产生的水头损失 17 积分得 18 沿线不变的折算流量q等于 其中 为折算系数 是把沿线变化的流量折算成在管段两端节点流出的流量 19 第二步求沿线不变的折算流量q产生的水头损失 得 20 取水头损失指数n 2 得 21 管网任一节点的节点流量 即任一节点i的节点流量qi等于与该节点相连各管段的沿线流量ql总和的一半 22 某城市最高用水量为284 7L s 其中集中供应工业用水量为189 2L s 干管各管段名称及长度如下图 单位 m 试求 1 干管比流量 2 各管段的沿线流量 3 各节点流量 并标注于相应节点上 例 解 1 干管计算长度 23 2 干管比流量为 3 各管段的沿线流量 24 4 各管段节点流量 1 2 3 6 7 5 4 12 4 12 5 16 4 12 4 189 2 12 5 2 6 20 3 单位 L s 25 树状管网的管段流量具有唯一性 计算流量等于该管段以后 顺水流方向 所有节点流量总和 8 6 14 27 33 77 5 5 4管段计算流量 26 环状管网满足连续性条件的流量分配方案可以有无数多种 27 步骤按照管网的主要供水方向 初步拟定各管段的水流方向 并选定整个管网的控制点 控制点是管网正常工作时和事故时必须保证所需水压的点 一般选在给水区内离二级泵站最远或地形较高之处 为了可靠供水 从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线 这些平行干管中尽可能均匀地分配流量 并且符合水流连续性即满足节点流量平衡的条件 这样 当其中一条干管损坏 流量由其它干管转输时 不会使这些干管中的流量增加过多 和干管线垂直的连接管 其作用主要是沟通平行干管之间的流量 有时起一些输水作用 有时只是就近供水到用户 平时流量一般不大 只有在干管损坏时才转输较大的流量 因此连接管中可分配较少的流量 28 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 5 5管径计算 1 管径 29 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 防止沉积 从经济上考虑 较大的水流速度可减小管道直径 降低工程造价 但由于水流速度大而会导致水头损失增加 从而加大运行的动力费用 合理的流速应该使得在一定年限 投资偿还期 内管网造价与运行费用之和最小 30 设Wt为总费用 C为管网造价 M1为年度运行电费 M2为年折旧费用 t为投资偿还年限 则总费用为 投资偿还期内的年折算费用为 2 费用 31 0 De D M1 W W 0 ve v M1 W W 32 5 6 1流量和水头损失的关系 均匀流基本公式 5 6水头损失计算 33 舍维列夫公式 适用于旧铸铁管和旧钢管 34 巴甫洛夫斯基公式 适用于混凝土管 钢筋混凝土管和渠道 对于混凝土管和钢筋混凝土给水管 当n 0 02时 y值可采用1 6 35 海曾 威廉公式 36 柯尔勃洛克公式 37 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 节点数 基环数 和水源数 满足列关系 单水源环状管网 1 树状管网 1 管网计算的原理 基于质量守恒和能量守恒 由此得出连续性方程和能量方程 5 7管网计算基础方程 38 管网水力计算时 节点流量 管段长度为已知 需要确定管道的直径和流量 有2P个未知数 利用经济流速确定流量与直径的关系 实际上只要求解 个未知数 管网中的水流必须符合质量守恒和能量守恒原理 即满足连续方程和能量方程 独立的连续性方程数为 个 独立的能量方程数为 个 共计 个 39 个节点连续性方程 qi为节点流量 qij为管段流量 离开节点为正 流向节点为负 40 个基环能量方程 hij为管段水头损失 顺时针方向为正 逆时针方向为负 41 在管网水力计算时 根据求解的未知敷是管段流量还是节点水压 可以分为解环方程 解节点方程和解管段方程三类 5 8管网计算方法分类 42 解环方程 管网经流量分配后 各节点已满足连续性方程 可是由该流量求出的管段水头损失 并不同时满足L个环的能量方程 为此必须多次将各管段的流量反复调整 直到满足能量方程 从而得出各管段的流量和水头损失 解环方程时 哈代 克罗斯 HardyCross 法是其中常用的一种算法 由于环状网中 环数少于节点数和管段数 相应的以环方程数为最少 因而成为手工计算时的主要方法 43 解节点方程 解节点方程是在假定每一节点水压的条件下 应用连续性方程以及管段压降方程 通过计算调整 求出每一节点的水压 节点的水压已知后 即可以从任一管段两端节点的水压差得出该管段的水头损失 进一步从流量和水头损失之间的关系算出管段流量 工程上常用的算法有哈代 克罗斯