管网水力计算.ppt

1、第六章：管网水力计算，管网水力计算。这里讨论的管网水力计算是新建管网的水力计算。对于改扩建后的管网，由于现有管线遍布街道，不仅管线太多，而且连接的管径不同，因此比新设计的管网更难计算。原因是生活和生产用水量增加，水管结垢或腐蚀等原因，计算结果容易偏离实际。此时需要调查实际情况，如用水量、节点流量、不同材质管道的阻力系数和实际管径、管网水压分布等。在第一节树状管网计算中，大多数小型供水和工业企业供水在建设初期往往采用树状管网，然后随着城市的发展和用水量的增加，它们可以根据需要逐步连接成环状管网。村庄网络的计算比较简单，主要原因是树状网络中各管段的流量容易确定，只能得到管段流量。树状网络计算，树状

2、网络计算步骤在每个节点应用节点流量平衡条件qi qij0，无论从二级泵站沿水流方向还是从控制点到二级泵站方向，只能得到唯一的管段流量qi，或者可以说树状网络只有唯一的流量分布。在确定任何管段的流量后，可根据经济流速ve计算管径d，并可计算水头损失hij。选择一条干线，例如从二级泵站到控制点的任何干线，将干线上各管段的水头损失相加，计算出干线的总水头损失，即根据公式HpZc Hc hs hc)和公式Ht=Hc hn(ZtZc)计算出二级泵站所需的水头或水塔所需的高度。这里，控制点的选择非常重要。如果由于控制点选择不当，导致某些区域水压不足，应重新选择控制点进行计算。干线计算后，得到干线上各节点的

3、水压标高，包括引出支线上的节点(等于该节点的地面标高加上服务水头)。因此，在计算树状网络的分支线时，起点处的水压高程是已知的，而分支线终点处的水压高程等于终点处的地面高程与最小服务水头之和。支管的水力坡度(i=(HiHj)/Lij)通过将支管起点和终点之间的水力高差除以支管的长度获得，然后参照该水力坡度从支管各管段的流量中选择相似的标准管径。树状网络计算实例，一个城市的供水区域有5万人，最大日用水量定额为150升(人d)，最小服务水头要求为157千帕(15.7米)。节点4接入工厂，工业用水量400m3/d，两班制，统一使用。城市地形平坦，地面标高为5.00米，管网布置如图所示。树状管网计算实例

4、，总用水量设计最大日生活用水量：500000.15=7500 m3/d=312.5 m3/h=86.81 l/s工业用水量：两班制，均匀用水量，则日用水量时间为16h，工业用水量(集中流量)=400/16=25m3/h=6.94L/s，总用水量：Q=86.81 6.94=93.75L/s，树状特定流量管道的总长度为L:L=2425米(从水塔到节点0的管段两侧无用户)，因此，L)特定流量QS: QS=(QQ)/l不包括在内，其中q(集中流量)=6.94升/秒，L=2425米，然后QS=(QQ)/L=(93.75-6.94)/2425=0.0358升/(毫秒)，树状、树状网络计算示例，各部分的水力

5、计算，树状网络计算实例，主管各段水力计算断面流量的确定各段的断面流量等于该段后所有节点的节点流量之和。Q水塔0Q水塔0=Q0Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8=93.75 L/SQ01 Q01=Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8=88.38 L/SQ14 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8=60.63 L/SQ48 Q48=Q8=11.63 L/s，树状管网计算示例，各段主管水力计算，确定各段直径d和速度v 每段主管的水头损失，hij=每段支管的水力计算，主管上各支管连接点处节点的水压标高为8: H8=16.00(最小服务水头为15.7米，此处约为16.00米)5.00(地面

6、标高)=21.00米节点4:H4=H8 H48=21.00 3.95=24.95米； 节点1:H1=H4 H14=24.95 1.75=26.70米；节点0:H0=H1H01=26.70 0.56=27.26米；水塔：H水塔=H0 h水塔0=27.26 1.27=28.53米、树状管网计算示例、各支管段水力计算、各支管允许水力坡度、允许水头损失：h13=5.70m米、h47=3.95m米，即水力计算后，支管水头损失不能超过允许水头损失。各支管段水力计算中支管直径d的确定方法支管直径的确定方法与主管相同。例如，在参照水力梯度和流量选择各支管段的管径时，应注意市场上标准管径的规格，还应注意各支管段

7、的水头损失之和不应大于允许的水头损失。如4567支线总水头损失为3.28米，根据支线起点(H4)与终点(H7)的水压高差，允许水头损失计算为H4H 7=24.95(16 5)=3.95米，满足要求；否则，必须调整和重新计算管道直径，直到满足要求。由于标准管径规格不多，可用管径有限，调整次数少。树状管网计算实例，水塔高度，水箱底部高出地面高度，泵扬程，第2节，环状管网计算原理，环状管网水力计算方法分类，初始流量分配后，调整管道流量满足能量方程，得到各管段流量的回路方程解。用连续性方程和压降方程求解节点方程，得到各节点的水压。利用连续性方程和能量方程求解管段方程，得到各管段的流量。环形方程解，环形

8、网络在初始分配流量时已满足连续性方程qi qij0的要求。然而，在选择管径和计算每个管段的水头损失后，每个环通常不能满足hij0或sijqijn0的要求。求解环形方程的环形网络的计算过程是在根据初步流量分布确定的管径的基础上重新分配每个管段的流量，并重复计算，直到连续性方程和能量方程同时满足。这个计算过程称为管网调整。调整是求解J1线性连续性方程和L非线性能量方程。获取p管段的流量。一般来说，非线性能量方程不能用直接法求解，而是用逐步逼近法。求解环方程的方法有很多种，最常用的解法是哈代十字法。环路方程解、l非线性能量方程解、环路方程解、l非线性能量方程解过程、环路方程解、l非线性能量方程解过程

9、、环路方程解、l非线性能量方程解过程、环路方程解、Hardy Cross和Lobachev提出了用修正流量调整每个环路的管道流量的迭代方法。下面以四环管网为例说明环路方程的求解方法。、和当Lyell应用Hardy Cross迭代法求解节点方程时，步骤如下：根据泵站和控制点的水压标高，假设每个节点的初始水压，此时假设的水压应满足能量方程hij=0，假设的水压越符合实际情况，计算收敛越快；根据hij=HiHj和qij=(hij/sij)1/2之间的关系计算管段的流量。假设节点管段的流量和水头损失为负，离开节点的流量和水头损失为正，检查每个节点管段的流量是否满足连续性方程，即进出节点的流量的代数和(

10、qi qij)是否等于零。如果不等于零，则得出节点的截流误差为q=齐齐奇，然后根据以下公式计算修正后的水压Hi值；除了已经确定水压的节点之外，每个节点的水压都根据Hi进行校正，并且根据新的水压重复上述步骤，直到所有节点的流入和流出流量的代数和，即节点流量q=qi qij的闭合误差达到预定的精度。在第3节“环网的计算”中，哈迪十字法中任何环的修正流量qi由两部分组成：一部分是受相邻环影响的修正流量，如右括号中的前两项所示；另一部分是消除该环闭合误差hi的修正流量。这里，不考虑通过相邻环传输的其他环的校正流的影响，例如，图62中的环，仅考虑通过公共管段69和98传输的相邻环1和校正流Q和Q，并且不

11、考虑环校正期间对环的影响。如果忽略环之间的相互作用，即在调节每个环的流量时，不考虑相邻环的影响，而忽略上述公式中相邻环的修正流量，则操作可以简化。当在hsqn公式中使用n2时，基环的校正流量公式可推导如下：环网计算、Hardy Cross方法、环网计算、Hardy Cross方法计算，闭合差hi和校正流量qi的方向和数值可在管网图上显示。闭合差hi为正，由顺时针箭头指示，反之亦然，由逆时针箭头指示。校正流qi的方向与闭合差hi的方向相反。在回路1中，因为管段12和25的初始分配流量与Q方向相反，所以应减去Q，同时将Q加到管段14和45上。在回路中，应从管段23和36的流量中减去Q，并将Q加到管

12、段25和56。调整后的流量为q2-5=q2-5q，因为公共管段25同时受到回路1和回路校正流量的影响。采用哈迪十字法进行流量调节后，每个环的闭合误差将会减小。如果精度仍不满足要求，应根据调整后的新流量计算新的修正流量，并继续调整。在调节过程中，某一环的闭合误差可能会改变其符号，即从顺时针变为逆时针，或者相反，有时闭合误差的绝对值反而增大，这是由于在推导修正流量公式时忽略了qi2项以及各环的相互影响。上述计算方法称为哈代十字法，即洛巴切夫法。在计算机出现之前，它是最早和最广泛使用的管网分析方法。根据城镇供水情况，拟定环网各管段的水流方向，在各节点满足齐齐奇=0的条件，并考虑供水的可靠性要求进行流

13、量分配，得到初步分配的管段流量齐齐奇(0)。这里，I和j代表管道截面两端的节点数。各管段的摩擦系数sijaijLij由qiji(0)计算。首先，采用哪个公式，然后确定d和aij)和水头损失hij(0)=sij(qij(0) 2。在求解回路方程的步骤中，假设每个回路中水流顺时针方向的水头损失为正，逆时针方向的水头损失为负。计算水头损失代数和hij(0)，如hij(0) 0，差值为fir如果hi(0)0为顺时针方向，则意味着每个管段顺时针方向的流量稍多，逆时针方向的流量稍少；否则，如果hi(0)0是逆时针方向，则意味着顺时针方向的流量稍少，逆时针方向的流量稍多。环网计算，解环方程，环网计算，解环方

14、程，根据此流量重新计算。如果闭合误差未达到允许的精度，则在从步骤2开始的每次调整后，根据流量重复计算，直到每个环的闭合误差满足要求。在人工计算中，要求每个环的闭合误差小于0.5m，大环的闭合误差小于1.0m。在计算中，闭合误差可以达到任何要求的精度，但可以认为是0。010.05 m，环网计算示例，示例：环网计算。根据最高小时用水量Qh=219.8L升/秒，计算管网如下图所示。环网计算实例，节点流量，环网计算实例，根据用水量情况初步分配流量，拟定各管段的流向。根据最短路径供水原则，考虑可靠性要求，进行流量分配。这里，流向节点的流带有一个负号，离开节点的流带有一个正号。分配时，每个节点都满足齐齐集

15、=0的条件。几条平行的干线，如321、654和987，大致分配相似的流量。垂直于干线的连接管分配较少的流量(在本例中，最初由连接管14、47、25和58分配的流量都是4L/s)，从而获得每个管段的计算流量。环形网络计算示例、初步分配流量、环形网络计算示例、管径确定：管径根据极限流量确定。市场上供应的管道规格一般为DN100、DN150、DN200、DN250、DN300及以上，一般以100毫米为一级，即DN400和DN500。根据表71中的极限流量确定的管道直径也应符合市场上供应的管道的标准规格。例如，根据p92页的公式763确定管道直径，单个管道段的转换流速为：例如，管道段36，Q36=59

16、.6升/秒，Q0 (36)=0.9359.6=55.43升/秒，查表71，然后DN36=300。例如，对于管段32，Q32=39.6升/秒，Q0 (32)=0.9339.6=36.83升/秒，查找表71，然后DN32=250mm毫米；例如，对于管段14，q14=4L/s，q0(14)=0.934=3.72L/s，查找表71，然后DN14=100mm。环网计算示例，确定管径，例如，管段56，用减少流量Q0 (56)=0.9376.471.1升/秒。根据极限流量计(表71)，管径为DN350，但考虑到市场提供的规格，没有管道用DN350。从表71可以看出，Q0 (56)=71.1升。关于主管间连接管的直径，考虑到主管事故时连接管需要大流量和消防流量，连接管25、58、14和47的直径适当扩大到DN150。水力计算水力坡度：各管段管径确定后，水力坡度可计算为1000i(根据所选管道，查看第11章钢管和铸铁管水力计算、第12章石棉水泥管水力计算、第13章钢筋混凝土圆管水力计算(全流量，n=0.013)等水力计算表)。)；水头损失：h=1000 i1/1000 S