第五章 管段流量管径与水头损失ppt课件

1、第第5 5章章 管段流量、管径和水头损失管段流量、管径和水头损失5.1 5.1 管网计算的课题管网计算的课题 内内 容：求出一切管道的直径、水容：求出一切管道的直径、水头损失、水泵扬程和水塔高度。并对事头损失、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故时、消防时、最大转输时的水泵扬程进展较核。进展较核。 重要性：管道工程的建立投资占整重要性：管道工程的建立投资占整个给水系统总投资的个给水系统总投资的 60 6080%80%，输配，输配水所需的动力费用占给水系统运转总费水所需的动力费用占给水系统运转总费用的用的404070%70%。 步骤：步骤：绘制计算草图，对节点和管段顺序

2、编号，标绘制计算草图，对节点和管段顺序编号，标明管段长度和节点地形标高；明管段长度和节点地形标高；按最高日最高时计算比流量、沿线流量和节按最高日最高时计算比流量、沿线流量和节点流量；点流量；对各管段拟定水流方向，进展流量分配；对各管段拟定水流方向，进展流量分配；初步确定各管段的管径和水头损失；初步确定各管段的管径和水头损失；进展管网水力计算和技术经济计算；进展管网水力计算和技术经济计算；确定水塔高度和水泵扬程；确定水塔高度和水泵扬程；根据管网各节点的压力和地形标高，绘制等根据管网各节点的压力和地形标高，绘制等水压线和自在水压线图。水压线和自在水压线图。5.2 5.2 管网图形及简化管网图形及简

3、化 管网图形：根据图论的根本原理，管网图形：根据图论的根本原理，图由图由“弧和弧和“顶点两部分组成。给水顶点两部分组成。给水管网的几何图形可以笼统地以为是由管管网的几何图形可以笼统地以为是由管段和节点构成的有向图，如将管段看成段和节点构成的有向图，如将管段看成“弧，节点看成弧，节点看成“顶点，那么管网本顶点，那么管网本身也是一种身也是一种“图。图。 管网图形中每个节点经过一条或多管网图形中每个节点经过一条或多条管段和其他节点相衔接。假设舍去后，条管段和其他节点相衔接。假设舍去后，会破坏会破坏“图的延续性的管段，称为联图的延续性的管段，称为联络管段。去除后会破坏络管段。去除后会破坏“图的延续性图

4、的延续性的节点，称为铰点。的节点，称为铰点。铰点铰点联络管段联络管段 节点：有集中流量进出、管道合并或节点：有集中流量进出、管道合并或分叉以及边境条件发生变化的地点分叉以及边境条件发生变化的地点 管段：两个相邻节点之间的管道管段：两个相邻节点之间的管道 管线：顺序相连的假设干管段管线：顺序相连的假设干管段 环：起点与终点重合的管线环：起点与终点重合的管线 基环：不包含其它环的环基环：不包含其它环的环 大环：包含两个或两个以上基环的环大环：包含两个或两个以上基环的环管段管段基环基环节点节点管线管线大环大环 在保证计算结果接近实践情况的前提下，在保证计算结果接近实践情况的前提下，为方便计算可对管线

5、进展适度简化。为方便计算可对管线进展适度简化。 忽略：管网中主要起联络作用的管段，忽略：管网中主要起联络作用的管段，由于正常运转时流量很小，对水力条件的影由于正常运转时流量很小，对水力条件的影响很小，计算时可以忽略。响很小，计算时可以忽略。 分解：只需一条管段衔接的两个管网可分解：只需一条管段衔接的两个管网可分解成两个管网进展计算；管网末端水流方分解成两个管网进展计算；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。树状网分开计算。 节点合并：间隔很近的两个节点计算时节点合并：间隔很近的两个节点计算时可视为一个节点。可视为一个节点。22

6、121AAAAA 管段合并：长度近似相等、彼此几管段合并：长度近似相等、彼此几乎平行且相距很近的两条管段计算时可乎平行且相距很近的两条管段计算时可合并。合并。 等效管段的比阻：等效管段的比阻：等效管段的长度：等效管段的长度：21llll或节点节点合并合并管段合并管段合并分解分解忽略忽略5.3 5.3 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量 比流量：为简化计算而将除去大用户集比流量：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干管长度上，由此计算出的单位长度干管承当的供水量。当的供水量。lqQqs 城镇

7、中用水量规范不同的区域应分别计城镇中用水量规范不同的区域应分别计算比流量。算比流量。公园公园邻居邻居邻居邻居邻居邻居邻居邻居邻居邻居邻居邻居邻居邻居邻居邻居 沿线流量：干管有效长度与比流量的沿线流量：干管有效长度与比流量的乘积。乘积。lqqsl 按管道长度计算的比流量不能反映供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，可采用按面积计水人数和用水量的差别，可采用按面积计算比流量的方法。算比流量的方法。FqQqs 管网中除最末端的管段外，其他任一管段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

8、流量，另一部分是经配水产生的流量，即沿线流量，另一部分是经过该管段保送到下游管段的流量，称为转输流过该管段保送到下游管段的流量，称为转输流量。量。tlqq tqlqqsl 节点流量：沿线流量只需概念上的意节点流量：沿线流量只需概念上的意义，在水力计算时应将沿线流量按适当比义，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那么是管段的水流量转换成节点流量的原那么是管段的水头损失一样。头损失一样。tlqq tqlqlq1tlqq tqxdxLLxLqLxLqqqlltx222LxLqdxAqdxAdhlxLlqLAdh

9、h02231222lltqLAqqLAh312312222;508. 05;528. 01;577. 005 . 0;501. 050;504. 010tlqq tqlqlq1集中流量处置：集中流量处置：tqqtqxLqLqqAxLAqxqqAttt22222211qqLxqqLxqqtttqqLxqqqqttt2125.4 5.4 管段计算流量管段计算流量 树状管网的管段流量具有独树状管网的管段流量具有独一性。一性。泵站泵站56385646273545286142733341217726234775 环状管网满足延续性条件的流量分配方环状管网满足延续性条件的流量分配方案可以有无数多种。案可以

10、有无数多种。 1510131218161714197612527148581912335913460249511135730102498v4Dq2vq4D5.5 5.5 管径计算管径计算 管道直径、管段计算流量和管道直径、管段计算流量和水流速度之间满足以下关系：水流速度之间满足以下关系： 在确定的计算流量下，管道直径是流在确定的计算流量下，管道直径是流速的函数：速的函数： 从技术上思索，水流的最大速度应不超从技术上思索，水流的最大速度应不超越越2.53.0米米/秒防止水锤，最小速度秒防止水锤，最小速度不得小于不得小于0.6米米/秒防止堆积。秒防止堆积。 从经济上思索，较大的水流速度可减小从经济

11、上思索，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添加，从而加大运转的大而会导致水头损失添加，从而加大运转的动力费用。合理的流速应该使得在一定年限动力费用。合理的流速应该使得在一定年限投资归还期内管网造价与运转费用之和投资归还期内管网造价与运转费用之和最小。最小。)100()(121CpMtCMMtCWt11001MCpttWWt 设设Wt为总费用，为总费用，C为管网造价，为管网造价，M1为为年度运转电费，年度运转电费，M2为年折旧费用，为年折旧费用，t为投为投资归还年限。那么有：资归还年限。那么有：投资归还期内的年度总费

12、用为：投资归还期内的年度总费用为：DeM1Cpt1001VeCpt1001WM1WVW0DW0管径管径 （mm）平均经济流速平均经济流速 （m/s）D=100400D4000.60.90.91.422252282SQALQLQgDgVdLHHhjiijRJCV 5.6 5.6 水头损失计算水头损失计算 流量和水头损失的关系：流量和水头损失的关系：均匀流根本公式：均匀流根本公式： 舍维列夫公式适用于旧铸铁管和旧钢管舍维列夫公式适用于旧铸铁管和旧钢管时：当smV/2 . 13 . 1200107. 0DVJ 时：当smV/2 . 13 . 123 . 03 . 1200107. 0)867. 01

13、 (000912. 0DVKVDVJ 巴甫洛夫斯基公式适用于混凝土管、钢巴甫洛夫斯基公式适用于混凝土管、钢筋混凝土管和渠道筋混凝土管和渠道yRnC1 对于混凝土管和钢筋混凝土给水管，当对于混凝土管和钢筋混凝土给水管，当n0.02时，时，y值可采用值可采用1/6。Rnny)10. 0(75. 013. 05 . 2 海曾海曾威廉公式威廉公式87. 4852. 1852. 167.10DCLQh 水管种类水管种类海曾海曾-威廉系数威廉系数C塑料管塑料管新铸铁管、涂沥青或水泥的铸铁管新铸铁管、涂沥青或水泥的铸铁管混凝土管、焊接钢管混凝土管、焊接钢管旧铸铁管和旧钢管旧铸铁管和旧钢管1501301201

14、00 柯尔勃洛克公式柯尔勃洛克公式)Re51. 271. 3lg(21Dk水管种类水管种类粗糙系数粗糙系数k（mm）涂沥青铸铁管涂沥青铸铁管涂水泥铸铁管涂水泥铸铁管涂沥青钢管涂沥青钢管镀锌钢管镀锌钢管石棉水泥管石棉水泥管离心法钢筋混凝土管离心法钢筋混凝土管塑料管塑料管0.050.1250.500.050.1250.030.040.040.250.010.035.8 5.8 管网计算根底方程管网计算根底方程 目的：确定各水源节点的供水量、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。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、多水源环状管网的管段数、

15、节点数、基环数和水源数满足列关系：基环数和水源数满足列关系： + +- - 单水源环状管网：单水源环状管网： + +-1 -1 树状管网：树状管网： -1 -1 管网水力计算时，节点流量、管段长度管网水力计算时，节点流量、管段长度为知，需求确定管道的直径和流量，有为知，需求确定管道的直径和流量，有2P2P个个未知数，利用经济流速确定流量与直径的关未知数，利用经济流速确定流量与直径的关系，实践上只需求解个未知数。系，实践上只需求解个未知数。 管网中的水流必需符合质量守恒和能量管网中的水流必需符合质量守恒和能量守恒原理，即满足延续方程和能量方程。独守恒原理，即满足延续方程和能量方程。独立的延续性方

16、程数为个，独立的能量立的延续性方程数为个，独立的能量方程数为个，合计个。方程数为个，合计个。个节点延续性方程：个节点延续性方程：01ijiqq qi为节点流量，为节点流量，qij为管段流量，分开节为管段流量，分开节点为正，流向节点为负。点为正，流向节点为负。02ijiqq0SJijiqq个基环能量方程：个基环能量方程： 0Iijh hij为管段水头损失，顺时针方向为正，为管段水头损失，顺时针方向为正，逆时针方向为负。逆时针方向为负。 0IIijh 0Lijh5.9 5.9 管网计算方法分类管网计算方法分类 在管网水力计算时，根据求在管网水力计算时，根据求解的未知敷是管段流量还是节点水解的未知敷

17、是管段流量还是节点水压，可以分为解环方程、解节点方压，可以分为解环方程、解节点方程和解管段方程三类。程和解管段方程三类。 解环方程：管网经流量分配解环方程：管网经流量分配后，各节点已满足延续性方程，可后，各节点已满足延续性方程，可是由该流量求出的管段水头损失，是由该流量求出的管段水头损失， 并不同时满足并不同时满足L L个环的能量方程，为个环的能量方程，为此必需多次将各管段的流量反复调此必需多次将各管段的流量反复调整，直到满足能量方程，从而得出整，直到满足能量方程，从而得出各管段的流量和水头损失。各管段的流量和水头损失。 解节点方程：在假定每一节点水压的解节点方程：在假定每一节点水压的条件下，运用延续性方程以及管段