給水排水管網(wǎng)系統(tǒng).ppt

1 2020 4 14 教材 嚴(yán)煦世 劉遂慶主編 中國建筑工業(yè)出版社 2002 主要參考教材 1 許保玖著 給水處理理論 中國建筑工業(yè)出版社 2000 2 周玉文 趙洪賓著 排水管網(wǎng)理論與計(jì)算 中國建筑工業(yè)出版社 2000 3 唐受印 戴友芝等編 水處理工程師手冊(cè) 化工出版社 2000 629 663 2 2020 4 14 3 2020 4 14 4 2020 4 14 5 2020 4 14 6 2020 4 14 7 2020 4 14 8 2020 4 14 9 2020 4 14 10 2020 4 14 11 2020 4 14 12 2020 4 14 13 2020 4 14 14 2020 4 14 15 2020 4 14 給水排水工程分為給水工程和排水工程兩大部份 給水工程的任務(wù) 排水工程的任務(wù) 給水排水工程專業(yè)課內(nèi)容主要包括水資源規(guī)劃與保護(hù) 取水工程 水處理工程和管網(wǎng)系統(tǒng)工程 本課程為給水排水專業(yè)的主干課 教材中主要講述的內(nèi)容為給水的輸送和分配以及廢水的收集和輸送管道系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的理論 工程設(shè)計(jì)與管網(wǎng)的管理維護(hù)和運(yùn)行調(diào)度的基礎(chǔ)理論與工程技術(shù) 給水排水管網(wǎng)系統(tǒng) 16 2020 4 14 第一章概述 1 給水排水系統(tǒng)的主要功能 1 水量保證 2 水質(zhì)保證 3 水壓保證2 給水排水系統(tǒng)的組成 1 取水系統(tǒng) 2 給水處理系統(tǒng) 3 給水管網(wǎng)系統(tǒng) 4 排水管網(wǎng)系統(tǒng) 5 廢水處理系統(tǒng) 6 排放和復(fù)用系統(tǒng) 17 2020 4 14 第一章概述 3 給水排水系統(tǒng)工作原理 1 流量平衡 2 水質(zhì)關(guān)系 3 水壓關(guān)系4 給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)功能 水量輸送 水量調(diào)節(jié) 水壓調(diào)節(jié)特點(diǎn) 分散性 連通性 傳輸性 擴(kuò)展性 18 2020 4 14 思考題 水源地 為何取水口一般布置在河流較窄的地方 水質(zhì) 為何取水口位于城市河流的上游 水壓 為何給水處理廠一般建筑在城市地勢(shì)較高處而污水處理廠卻建設(shè)在較低處 反之有何問題 19 2020 4 14 第一章概述 5 給水管網(wǎng)系統(tǒng)的組成給水管 渠 配水管網(wǎng) 水壓調(diào)節(jié)設(shè)施 水量調(diào)節(jié)設(shè)施等 6 排水管網(wǎng)系統(tǒng)的組成廢水收集設(shè)施 排水管網(wǎng) 水量調(diào)節(jié)池 提升泵站 廢水輸水管 渠 排放口等 20 2020 4 14 第一章概述 7 給水管網(wǎng)系統(tǒng)類型 1 按水源的數(shù)目分類 2 按系統(tǒng)構(gòu)成方式分類 分壓 分質(zhì) 3 按輸水方式分類8 排水管網(wǎng)系統(tǒng)的體制合流制排水系統(tǒng) 直排式 截流式 分流制排水系統(tǒng) 21 2020 4 14 本章重點(diǎn) 給排水系統(tǒng)的流量關(guān)系 水質(zhì)變化過程 為何對(duì)于某些管網(wǎng)要實(shí)行分區(qū)供水 應(yīng)該采用何方式來保證供水的安全性 應(yīng)該采用何方式保證排水系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)安全性 如何進(jìn)行排水體制的選擇 22 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 1 工程規(guī)劃的主要任務(wù)確定給排水系統(tǒng)的服務(wù)范圍和建設(shè)規(guī)模確定系統(tǒng)的組成與體系結(jié)構(gòu)確定水處理工藝流程與水質(zhì)保證措施管網(wǎng)規(guī)劃與定線2 給水排水工程規(guī)劃原則貫徹執(zhí)行國家和地方的相關(guān)政策與法規(guī)城鎮(zhèn)及工礦企業(yè)規(guī)劃時(shí)兼顧給水排水工程給水排水工程規(guī)劃與城鎮(zhèn)和諧發(fā)展合理確定近遠(yuǎn)期規(guī)劃與建設(shè)范圍合理利用水資源與保護(hù)環(huán)境規(guī)劃方案盡可能經(jīng)濟(jì)高效 23 2020 4 14 可研相關(guān)法規(guī) 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法 1989年12月 中華人民共和國水污染防治法 1984年5月 中華人民共和國水污染防治法實(shí)施細(xì)則 2002國務(wù)院第284號(hào)令 國務(wù)院關(guān)于環(huán)境保護(hù)若干問題的決定 建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)管理辦法 1986年3月 建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)定 1987年3月 污染排放許可證管理暫行辦法 1986年3月 污水處理設(shè)施環(huán)境保護(hù) 監(jiān)督管理辦法 1989年5月 飲用水源保護(hù)區(qū)污染防治管理規(guī)定 1989年11月 排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法 2003年國家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì) 財(cái)政部 國家環(huán)?？偩?國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)第31號(hào)令 排污費(fèi)征收使用管理?xiàng)l例 2003中華人民共和國國務(wù)院令第369號(hào) 24 2020 4 14 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) GBJ68 84工業(yè)建筑防腐設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ46 82建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GBJ9 87建筑防震設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50011 2001給排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50069 2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50010 2002地下工程防水技術(shù)規(guī)范 GB50108 2001建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50007 2002砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50003 2001勞動(dòng)部1998年頒發(fā)的48號(hào)文 關(guān)于生產(chǎn)性建設(shè)項(xiàng)目職業(yè)安全衛(wèi)生檢察的暫行規(guī)定 衛(wèi)生部1994年發(fā)布的 工業(yè)企業(yè)建設(shè)項(xiàng)目衛(wèi)生預(yù)評(píng)價(jià)規(guī)范 可研相關(guān)法規(guī) 25 2020 4 14 可研相關(guān)法規(guī) 工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) TG36 79 工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ87 85 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 GBJ16 87 建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ140 90 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB3838 2002 污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) CJ3080 1999 污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) GB8978 1996 農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) GB5084 92 農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn) GB4284 84 污水再生利用設(shè)計(jì)規(guī)范 GB T50335 2002 室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ14 87 室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ13 86 工業(yè)企業(yè)噪音控制設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ87 85 工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn) GB12348 90 建筑電氣設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范 JGJ16 83 建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ15 88 26 2020 4 14 可研一般包括內(nèi)容 1 項(xiàng)目建設(shè)的必要性 2 根據(jù)城市 企業(yè) 的實(shí)際情況確定項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容 3 確定給 廢 水處理規(guī)模及處理程度 4 對(duì)給 廢 水處理工藝進(jìn)行技術(shù)論證 5 確定給 廢 水處理建設(shè)用地及地址 6 給 廢 水處理工程方案 7 環(huán)境和社會(huì)影響分析 環(huán)境保護(hù) 勞動(dòng)保護(hù) 安全運(yùn)行和節(jié)能措施 8 項(xiàng)目運(yùn)行管理 9 項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃與進(jìn)度預(yù)測(cè) 10 投資估算與融資方案 11 財(cái)務(wù)評(píng)價(jià) 12 社會(huì)效益評(píng)價(jià) 27 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 3 給排水工程規(guī)劃工作程序 自學(xué) 4 給水排水工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法數(shù)學(xué)分析法 方案比較法a 靜態(tài)法年計(jì)算費(fèi)用缺點(diǎn) 投資償還期確定困難 不能反映資金的時(shí)間價(jià)值 28 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 資金的時(shí)間價(jià)值 指資金在生產(chǎn)和流通過程中隨著時(shí)間推移而產(chǎn)生的價(jià)值 參考書籍 給水排水工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)實(shí)例分析與應(yīng)用第二章 引起資金時(shí)間價(jià)值的原因 1 社會(huì)再生產(chǎn)角度而言 貨幣轉(zhuǎn)化為資產(chǎn)后 經(jīng)歷一定時(shí)間生產(chǎn)和流通中產(chǎn)生的利潤 2 從流通角度而言 消費(fèi)者或出資者將資金用于投資致使消費(fèi)推遲而應(yīng)得到的必要補(bǔ)償 資金時(shí)間價(jià)值的衡量尺度 利息和利潤 通常采用利率表示 利息的計(jì)算分為單利法和復(fù)利法 29 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 資金的時(shí)間價(jià)值計(jì)算實(shí)例 有一筆5萬元的借款 借期3年 年利率為8 試分別按照單利法和復(fù)利法計(jì)算到期的本利和 單利法 F P 1 ni 5 1 3 8 6 2萬 復(fù)利法 F P 1 i n 5 1 8 n 6 2986萬 30 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 現(xiàn)值 P 表示在建設(shè)初期即0點(diǎn)上的資金價(jià)值 終值 F 表示投資償還期期末的資金價(jià)值 復(fù)利法計(jì)算公式 1 當(dāng)資金現(xiàn)值為P 年利率為i 則n年后的終值為 F P 1 i n 2 當(dāng)資金終值為F 年利率為i 投資償還期為n年 現(xiàn)值為 31 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 3 當(dāng)資金現(xiàn)值為P 年利率為i 投資償還期為n年內(nèi)各年分?jǐn)傎Y金現(xiàn)金為A 則各年分?jǐn)傎Y金現(xiàn)值為 32 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 為保證資金現(xiàn)值P得到回收 則有 即 33 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 b 動(dòng)態(tài)法年計(jì)算費(fèi)用 34 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 計(jì)算實(shí)例 某給水項(xiàng)目建設(shè)投資5800萬元 年運(yùn)行費(fèi)用為245萬元 年 求1 投資償還期為20年的靜態(tài)年計(jì)算費(fèi)用值 2 利率為5 5 還款期為20年的動(dòng)態(tài)年計(jì)算費(fèi)用值 35 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 計(jì)算實(shí)例 某廢水處理項(xiàng)目工程建設(shè)總投資800萬元 年運(yùn)行費(fèi)用為 43 8萬元 年 求1 投資償還期為10年的靜態(tài)年計(jì)算費(fèi)用值 2 利率為5 5 還款期為10年的動(dòng)態(tài)年計(jì)算費(fèi)用值 1 靜態(tài)年計(jì)算費(fèi)用值 2 動(dòng)態(tài)年計(jì)算費(fèi)用值 36 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 5 城市用水量預(yù)測(cè) 1 城市用水量包括項(xiàng)目 2 用水量變化的表示方法平均日用水量最高日用水量最高日平均時(shí)用水量最高時(shí)用水量 37 2020 4 14 日變化系數(shù)時(shí)變化系數(shù)年變化系數(shù) 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 38 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 用水量變化曲線 39 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 時(shí)變化系數(shù)的計(jì)算Kh 5 83 24 100 1 40 40 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 6 用水量預(yù)測(cè)計(jì)算 城市 1 分類估算法 2 單位面積法 3 人均綜合指標(biāo)法 41 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 4 年遞增率法Qa Q0 1 t 42 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 5 線性回歸法Qa Q0 Q t 43 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 6 生長曲線法 44 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 城市用水量日變化系數(shù) 45 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 7 給水管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃布置給水管網(wǎng)布置形式 圖2 2樹狀網(wǎng)圖2 3環(huán)狀網(wǎng) 46 2020 4 14 圖2 4壓力與重力相結(jié)合輸水方式 3 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 輸水管渠定線 47 2020 4 14 8 排水管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃布置污水管網(wǎng)布置基本形式 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 平行式布置 48 2020 4 14 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 正交式 污水管網(wǎng)布置基本形式 49 2020 4 14 支管布置與定線 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 低邊式布置 50 2020 4 14 支管布置與定線 第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃 圍坊式穿坊式 51 2020 4 14 經(jīng)濟(jì)分析方法水量變化表示方法用水量預(yù)測(cè)計(jì)算方法 本章重點(diǎn) 52 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 1 管網(wǎng)水流特征流態(tài)特征 層流 紊流 過渡流 紊流流態(tài)分為阻力平方區(qū) 過渡區(qū)以及水力光滑區(qū) 管徑大小和管壁粗糙度 水流基本處于紊流過渡區(qū)和阻力平方區(qū) 故取值在1 75 2之間 53 2020 4 14 恒定流與非恒定流給排水管網(wǎng)中水的流態(tài)不可能為恒定流 但是設(shè)計(jì)中按照恒定流進(jìn)行計(jì)算 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 54 2020 4 14 均勻流與非均勻流管網(wǎng)中水的流態(tài)也不可能為均勻流 但當(dāng)管道截面在一定距離內(nèi)不發(fā)生變化和轉(zhuǎn)彎時(shí)可認(rèn)為是均勻流 當(dāng)管道局部出現(xiàn)三通 轉(zhuǎn)彎或變徑時(shí)則為非均勻流 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 55 2020 4 14 壓力流與重力流 斷面形狀 水頭 位置水頭 壓力水頭 流速水頭組成勢(shì)能和動(dòng)能 水頭損失 沿程阻力 沿程水頭損失 局部阻力 局部水頭損失 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 56 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 2 管渠水頭損失計(jì)算分為沿程水頭損失和局部水頭損失計(jì)算沿程水頭損失可采用謝才公式或采用達(dá)西公式 局部水頭損失計(jì)算采用公式 57 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 3 謝才公式與達(dá)西公式比較謝才公式達(dá)西公式 注意謝才公式與達(dá)西公式的應(yīng)用范圍 58 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 4 謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的求解謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的求解可選擇舍維列夫公式 原蘇聯(lián) 海曾 威廉公式 德國 科爾波洛克 懷特公式 英國 巴甫洛夫斯基公式 原蘇聯(lián) 或曼寧公式 英國 59 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 5 局阻與沿程水頭損失的指數(shù)形式沿程水頭損失的指數(shù)形式局阻水頭損失公式的指數(shù)形式管道水頭損失的指數(shù)形式 60 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 6 局阻與沿程阻力的關(guān)系局阻一般只占沿程阻力的5 以內(nèi) 可以忽略不計(jì) 61 2020 4 14 例題 某管道直徑為700mm 長度為800m 海曾 威廉姆粗糙系數(shù)為105 管道上有90度彎頭2個(gè) 直流三通6個(gè) 全開閘閥2個(gè) 輸水流量為480L s 計(jì)算沿程水頭損失和局部水頭損失并計(jì)算局阻與沿程阻力之比 62 2020 4 14 分析 本題已知流量可以確定流速 已知粗糙系數(shù)可求沿程阻力系數(shù) 已知上述兩項(xiàng)可求沿程水頭損失局阻系數(shù)已知可求局阻水頭損失 63 2020 4 14 計(jì)算過程 1 q 480L s D 700mm 0 7m 則v 1 248m s 2 3 0 9 2 0 1 6 0 19 2 2 784 5 0 22 2 25 0 10 64 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 7 非滿管流管渠水力計(jì)算公式7 1采用數(shù)學(xué)分析方法求解非滿管流的過水?dāng)嗝娣eA 然后求解水力半徑R 7 2謝才公式與曼寧公式的組合流速公式流量公式 65 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 8 非滿管流計(jì)算公式的簡化與水力計(jì)算方法8 1計(jì)算公式的簡化水力計(jì)算圖表等比例簡化8 2計(jì)算方法已知公式中的三項(xiàng)求解其余兩項(xiàng) 66 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 9 水力等效簡化原則 等效后管網(wǎng)與原系統(tǒng)具有相同的水力特性 9 1串聯(lián)管道的簡化 L l1 d1 l2 d2 lN dN 串聯(lián)管道 67 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 9 1串聯(lián)管道的簡化 當(dāng)串聯(lián)管段管徑相同時(shí)呢 68 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 9 2并聯(lián)管道的簡化 d1 q1 d2 q2 dN qN d q 并聯(lián)管道 69 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 9 2并聯(lián)管道的簡化 當(dāng)并聯(lián)管段管徑相同時(shí)呢 例題 70 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 9 3沿線均勻出流的簡化 x l ql 71 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 簡化思路假定沿線出水均勻 實(shí)際呢 把沿線流量折算為起端與末端流量 與實(shí)際是否相符 由兩項(xiàng)假定推導(dǎo)出如下公式 72 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 令n 2 轉(zhuǎn)輸系數(shù) qt ql 則 對(duì)上式進(jìn)行等價(jià)變換 即 0時(shí) 時(shí) 0 5 73 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 9 4局部水頭損失計(jì)算的簡化說明 簡化為需要的計(jì)算管徑 例題 74 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 10 水泵 75 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 76 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 77 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 78 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 某S型水泵性能曲線 H 79 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 10 1工頻泵水力特性公式 最小二乘法擬合分析 80 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 10 2調(diào)速泵水力特性公式 水泵靜揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速有關(guān) 而水泵內(nèi)阻保持不變 81 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 10 3考慮吸 壓水管路的水泵水力特性公式 Q 82 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 10 4泵站水力特性公式 同型號(hào)水泵并聯(lián)水力特性公式 同型號(hào)水泵并聯(lián) 每臺(tái)泵流量相同 等效為一臺(tái)泵即為泵站水力特性曲線 假定泵站中有n臺(tái)同型號(hào)水泵并聯(lián) 每臺(tái)泵水力特性曲線為 當(dāng)不計(jì)管路水頭損失時(shí) 則有如下流量與揚(yáng)程對(duì)應(yīng)關(guān)系 見下表 83 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 得同型號(hào)水泵并聯(lián)水力特性公式 84 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 不同型號(hào)水泵泵站水力特性曲線 由于型號(hào)不同 故工作流量不等 采用最小二乘法進(jìn)行計(jì)算確定方法 1 從水泵樣本中查出其水力特性曲線公式 確定每臺(tái)泵高效揚(yáng)程段進(jìn)而確定共同高效揚(yáng)程段 2 確定若干高效揚(yáng)程段中的揚(yáng)程 根據(jù)特性曲線求出流量 3 根據(jù)揚(yáng)程 流量采用最小二乘法進(jìn)行計(jì)算he sp 水泵串聯(lián)特性曲線 85 2020 4 14 作業(yè) P65 第2 5 6題 86 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 問題 進(jìn)行管段均勻出流簡化時(shí) 把管道劃分為若干較短小管道時(shí) 能否減小計(jì)算誤差 未確定管徑時(shí)能否進(jìn)行局阻等效簡化 多臺(tái)水泵并聯(lián)工作 泵站靜揚(yáng)程會(huì)否受到影響 求泵站水力特性曲線時(shí) 若不按照高效段進(jìn)行計(jì)算將會(huì)出現(xiàn)何問題 87 2020 4 14 第三章管網(wǎng)水力學(xué) 本節(jié)重點(diǎn)1 水力等效簡化原則 方法 并聯(lián) 串聯(lián) 2 沿線均勻出流的簡化計(jì)算 方法 系數(shù) 3 計(jì)算泵站水力特性曲線 同型號(hào) 不同型號(hào) 注意 最小二乘法公式不一定背過 但等效簡化公式一定要記住 88 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 1模型化手段 簡化與抽象 簡化 忽略比較次要給排水設(shè)施 分析與計(jì)算集中于主要對(duì)象 抽象 忽略分析處理對(duì)象的具體水力特性 將其視為模型元素 只考慮拓?fù)潢P(guān)系與水力特性 89 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 1 1簡化簡化原則 宏觀等效與小誤差 管線簡化措施 刪除次要管線 保留主要管路 管線交叉點(diǎn)較近 可合并 可將全開閥門刪除 從全閉閥門處斷開 管材不同或管線并聯(lián) 可采用水力等效原則等效為同一管材或單管道 盡量將大系統(tǒng)拆分為若干小系統(tǒng) 附屬設(shè)施簡化措施 刪除對(duì)全局水力特性影響小的設(shè)施 合并同一位置的多個(gè)相同設(shè)施 90 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 1 2抽象抽象的結(jié)果 管段與節(jié)點(diǎn) 管段 只能輸送流量而不允許改變流量 但可改變水的能量 存在大流量處斷開 管段較長應(yīng)分成若干管段 節(jié)點(diǎn) 管線交叉處 端點(diǎn)或大流量進(jìn)出點(diǎn) 只能能量不能改變能量 但存在流量的變化 91 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 管段與節(jié)點(diǎn)屬性 構(gòu)造屬性 拓?fù)鋵傩?管段與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)關(guān)系 與水力屬性 表征管段與節(jié)點(diǎn)的水力特征 管段構(gòu)造屬性 長度即管長 直徑即管徑 粗糙系數(shù) 管段拓?fù)鋵傩?管段方向 起端節(jié)點(diǎn)即起點(diǎn) 終端節(jié)點(diǎn)即終點(diǎn) 管段水力屬性 管段流量為矢量 管段流速為矢量 管段揚(yáng)程為矢量 管段摩阻 管段壓降 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造屬性 節(jié)點(diǎn)高程 節(jié)點(diǎn)位置 節(jié)點(diǎn)拓?fù)鋵傩?與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的管段及其方向 節(jié)點(diǎn)的度 節(jié)點(diǎn)水力屬性 節(jié)點(diǎn)流量 節(jié)點(diǎn)水頭 自由水頭 針對(duì)有壓流 92 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 1 3模型標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)與管段編號(hào) 管段可 1 2 等 節(jié)點(diǎn)可 1 2 等 設(shè)定管段方向 原因存在矢量 設(shè)定節(jié)點(diǎn)流量方向 流入為負(fù) 流出為正 93 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 2管網(wǎng)模型的拓?fù)涮匦酝負(fù)涮匦杂糜诿枋龉?jié)點(diǎn)與管段的關(guān)聯(lián)關(guān)系 2 1圖管網(wǎng)模型略去構(gòu)造與水力特性后 僅考慮節(jié)點(diǎn)與管段之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系時(shí)即為管網(wǎng)圖 圖即關(guān)系或聯(lián)系 圖的表示方法 幾何表示法和集合表示法 集合表示時(shí)可采用管段集合 節(jié)點(diǎn)集合 節(jié)點(diǎn)集合與管段集合構(gòu)成管網(wǎng)圖G V E 節(jié)點(diǎn)數(shù)N G 管段數(shù)M G 94 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 2 2有向圖在管網(wǎng)圖中 關(guān)聯(lián)任意管段的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)是有序的 為表明管段方向 表示管段時(shí)由起點(diǎn)指向終點(diǎn) 也可采用各管段的起點(diǎn)集合和終點(diǎn)集合表示管網(wǎng)圖 95 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 2 3管網(wǎng)圖的連通性連通圖 從圖的任意兩個(gè)頂點(diǎn)均通過一系列邊及頂點(diǎn)相連通 即從一個(gè)頂點(diǎn)出發(fā) 經(jīng)過相關(guān)聯(lián)的邊和頂點(diǎn)可到達(dá)其余任一頂點(diǎn) 非連通圖可分為若干相互連通部分 96 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 2 4管網(wǎng)圖的可平面圖性一圖若可把其畫在平面上同時(shí)任意兩條邊均不相交 圖為可平面圖 管網(wǎng)圖一般均為可平面圖 一般在采用幾何表示時(shí) 均畫成平面圖 對(duì)于一連通且畫在平面上的管網(wǎng)圖 管段數(shù) 節(jié)點(diǎn)數(shù) 環(huán)數(shù)遵循下述關(guān)系 M N L 1 97 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 2 5節(jié)點(diǎn)的度關(guān)聯(lián)數(shù) 對(duì)應(yīng)管段 2 6關(guān)聯(lián)集記為S v 括號(hào)中的數(shù)量對(duì)應(yīng)此節(jié)點(diǎn)的度 2 7割集分離管段或節(jié)點(diǎn)所需切斷的管段的集合 98 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 2 8路徑從一節(jié)點(diǎn)到達(dá)另一節(jié)點(diǎn)時(shí)通過的不重復(fù)的管段名稱的集合 2 9回路從一節(jié)點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過若干不重復(fù)的管段后又回到此節(jié)點(diǎn)的管段名稱集合 回路即管網(wǎng)中的環(huán) 99 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 2 10樹定義 無回路且連通 性質(zhì) 唯一性 任意節(jié)點(diǎn)之間存在且存在唯一的路徑 刪除任一管段造成管網(wǎng)圖的非連通性 擴(kuò)充性 任兩個(gè)不同節(jié)點(diǎn)加上一條管段均組成回路 樹的節(jié)點(diǎn)數(shù)與樹枝數(shù) 管段數(shù) 之間關(guān)系為 N M 1 100 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 2 11生成樹對(duì)環(huán)而言 刪除與其環(huán)數(shù)相對(duì)應(yīng)的管段數(shù)量后組成的圖即生成樹 生成樹和樹具有相同的性質(zhì) 這也表明樹在適當(dāng)部位添加一定的管段后組成環(huán) 增加的管段數(shù)即環(huán)數(shù) 101 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 3管網(wǎng)模型的水力特性指管網(wǎng)模型中節(jié)點(diǎn)和管段傳遞 輸送流量和能量的特性 理論依據(jù)為質(zhì)量守恒和能量守恒 102 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 3 1節(jié)點(diǎn)流量方程依據(jù)質(zhì)量守恒得到流入節(jié)點(diǎn)流量之和與流出節(jié)點(diǎn)的流量之和相等 即 103 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 104 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 3 2管段能量方程管段兩端節(jié)點(diǎn)水頭之差應(yīng)該等于該管段壓降 非水頭損失 HFi HTi hii 1 2 3 M 105 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 Q1 Q2 Q5 Q6 Q7 Q4 Q3 q1 q2 q3 q4 q5 q6 q7 q8 h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 h8 106 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 3 3恒定流基本方程組 107 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 問題 管段流量與節(jié)點(diǎn)流量能否為負(fù)值 若為負(fù)值代表什么意義 環(huán)的能量具有什么特點(diǎn) 流量具有什么特點(diǎn) 108 2020 4 14 第四章管網(wǎng)模型化 本章重點(diǎn)管段 節(jié)點(diǎn)路徑與回路樹節(jié)點(diǎn)流量方程與管段能量方程 109 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 1 給水管網(wǎng)水力分析的參數(shù)流量與水頭 當(dāng)管段特性已知且處于恒定流狀態(tài)時(shí) 流量與水頭關(guān)系可通過恒定流方程組解得 110 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 2 水力分析的前提條件2 1已知各管段的水力特性即確定管段流量與水頭損失之間的關(guān)系 111 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 112 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 2 2節(jié)點(diǎn)流量與節(jié)點(diǎn)水頭必須一個(gè)已知一個(gè)未知 113 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 2 3必須至少存在一個(gè)定壓節(jié)點(diǎn)方程數(shù)和未知量相等只是方程組可解的必要條件而非充分條件 作為充分條件 要求管網(wǎng)中必須至少有一個(gè)定壓節(jié)點(diǎn) 若管網(wǎng)中無定壓節(jié)點(diǎn) 方程組無確定解 114 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 3恒定流基本方程組的線性變換3 1節(jié)點(diǎn)流量連續(xù)性方程組的變換大節(jié)點(diǎn)概念 關(guān)聯(lián) 割集的方式 下面例題 115 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 116 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 針對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)可寫出節(jié)點(diǎn)流量連續(xù)性方程 117 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 由大環(huán)以及割集概念寫出流量連續(xù)性方程 118 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 整個(gè)管網(wǎng)作為割集 節(jié)點(diǎn)8的割集 節(jié)點(diǎn)6的割集 節(jié)點(diǎn)5的割集 節(jié)點(diǎn)4的割集 節(jié)點(diǎn)3 6 8的割集 節(jié)點(diǎn)2 3 5 6 8的割集 節(jié)點(diǎn)1 2 3 4 5 6 8的割集 119 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 寫出割集的連續(xù)性方程的意義何在 方程中只包含一個(gè)管段流量與若干個(gè)節(jié)點(diǎn)流量 若節(jié)點(diǎn)流量已知 可直接求得管段流量 大家分析一下 如下圖所示的割集有何意義 120 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 121 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 問題所舉例子為單定壓節(jié)點(diǎn) 樹狀網(wǎng) 一個(gè)水源供水 可直接通過流量連續(xù)性方程組求解 針對(duì)多定壓節(jié)點(diǎn)也能夠列出流量連續(xù)性方程組 但很難直接求出定壓節(jié)點(diǎn)流量 樹狀網(wǎng) 單定壓節(jié)點(diǎn)環(huán)狀網(wǎng) 能夠得到定壓節(jié)點(diǎn)流量 但無法列出直接求解管段流量的連續(xù)性方程組 多定壓節(jié)點(diǎn)環(huán)狀網(wǎng) 既不能直接求出定壓節(jié)點(diǎn)流量 也不能列出直接求解管段流量的連續(xù)性方程組 122 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 3 2管段能量守恒方程組的變換將一些相關(guān)聯(lián)的管段首尾相連 形成一條路徑 把其能量方程相加減可導(dǎo)出路徑能量方程 見下圖 123 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 124 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 計(jì)算定壓節(jié)點(diǎn)7到定壓節(jié)點(diǎn)8的壓降 這也說明壓降方向由7到8 與此方向相同的流向或壓降為正值 反之為負(fù)值 得 當(dāng)起點(diǎn)和終點(diǎn)重合時(shí) 路徑能量方程的形式如何呢 由上圖 計(jì)算回路 1 2 5 4 的能量方程 分析得到 假定起點(diǎn)為 1 流過管段 2 6 8 5 后回到 1 則路徑能量方程為 我們定的水流方向?yàn)橐来谓?jīng)過 2 6 8 5 若水流方向依次通過 5 8 6 2 呢 路徑能量方程如何表示 125 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 上式也表明對(duì)于一個(gè)回路即管網(wǎng)系統(tǒng)中的環(huán)而言 其能量方程恒為零 環(huán)能量方程 我們的上例只存在兩個(gè)基本環(huán) 故能夠?qū)懗鰞蓚€(gè)環(huán)能量方程 若確定環(huán)中各節(jié)點(diǎn)或各管段流量依舊不能確定多定壓節(jié)點(diǎn)流量 例子為兩個(gè)定壓節(jié)點(diǎn) 如何進(jìn)行處理呢 工程上提出了虛環(huán)的概念 126 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 虛環(huán)存在如下假設(shè) 在管網(wǎng)中增加一個(gè)虛節(jié)點(diǎn)編號(hào)為0 叫做虛定壓節(jié)點(diǎn) 其流量為整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)用水量 壓力即水頭恒為0 在虛節(jié)點(diǎn)與各定壓節(jié)點(diǎn)之間連接叫做虛管段 虛管段提供各定壓節(jié)點(diǎn)所需水頭與水量 但其本身無壓降 各定壓節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)流量定為0 但節(jié)點(diǎn)水頭改為未知量 管網(wǎng)成為單定壓節(jié)點(diǎn)管網(wǎng) 127 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 Q0 H0 0 0 11 10 q10 Q7 q11 Q8 128 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 管網(wǎng)簡化為單定壓節(jié)點(diǎn)管網(wǎng) 于是不需列出定壓節(jié)點(diǎn)之間的能量方程 上述管網(wǎng)增加一個(gè)回路 需要多列一個(gè)環(huán)能量方程 如下 其實(shí) 從本質(zhì)上來講 虛環(huán)能量方程表示的依舊為定壓節(jié)點(diǎn)能量方程 129 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 將多定壓節(jié)點(diǎn)管網(wǎng)采用虛節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一為單定壓節(jié)點(diǎn)管網(wǎng)后 管網(wǎng)的環(huán)數(shù)增加R 1個(gè) 假定存在R個(gè)定壓節(jié)點(diǎn) 每一環(huán)對(duì)應(yīng)一環(huán)方程 則環(huán)方程數(shù)量為L R 1個(gè) 得出環(huán)方程 把管段方程表達(dá)式帶入可進(jìn)行水力計(jì)算 130 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 4恒定流方程組的求解方法銷元與迭代兩種手段減少未知量數(shù)目和逼近最終解 求解恒定流方程組一般常用的為解環(huán)方程和解節(jié)點(diǎn)方程 131 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 4 1解環(huán)方程解環(huán)方程一般針對(duì)單定壓節(jié)點(diǎn)管網(wǎng) 多定壓節(jié)點(diǎn)管網(wǎng)如何求解 解環(huán)方程的方法為首先使得管網(wǎng)滿足流量連續(xù)性方程 然后通過計(jì)算滿足能量方程 計(jì)算步驟 先滿足流量連續(xù)性方程 需要確定管段流量 依據(jù)為流量連續(xù)性方程 即進(jìn)行管段流量初分配 根據(jù)各管段流量 計(jì)算各管段水頭損失 然后根據(jù)回路即環(huán)能量為零的原則判斷其是否滿足要求 第一次分配不能滿足如何進(jìn)行處理 132 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 環(huán)流量環(huán)流量即沿某一固定方向給管網(wǎng)中的某一環(huán)施加的相同流量 環(huán)流量在節(jié)點(diǎn)流入與流出的量相等 未改變流量連續(xù)性 但由于環(huán)流量的施加卻改變了各管段的水頭損失 環(huán)流量的施加原則是使得環(huán)能量滿足為0的條件 這也是管網(wǎng)平差的控制原則 一般規(guī)定環(huán)流量順時(shí)針為正 逆時(shí)針為負(fù) 133 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 4 2解節(jié)點(diǎn)方程工作順序與解環(huán)方程相反 先使得各環(huán)滿足能量方程 然后再設(shè)法滿足流量連續(xù)性方程 方法為先對(duì)于各節(jié)點(diǎn)的水頭進(jìn)行初擬 然后根據(jù)壓降確定各管段流量 判斷各節(jié)點(diǎn)是否滿足流量連續(xù)性方程 134 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 4 3對(duì)于上述兩種方法的評(píng)價(jià)應(yīng)用范圍 環(huán)方程一般為單定壓節(jié)點(diǎn)管網(wǎng) 而節(jié)點(diǎn)方程不受限制 復(fù)雜程度 一般而言 解環(huán)方程未知量較少 而節(jié)點(diǎn)方程未知量較多 在手工計(jì)算時(shí)一般采用解環(huán)方程 采用機(jī)算時(shí)兩種方法均可采用 135 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 5例題 樹狀網(wǎng)計(jì)算 管段流量的計(jì)算采用逆推法 節(jié)點(diǎn)水頭的計(jì)算采用順推法 樹狀網(wǎng)為典型的單水源單定壓節(jié)點(diǎn)管網(wǎng)系統(tǒng) 136 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 問題 為何回路即環(huán)的能量為0 節(jié)點(diǎn)流量也應(yīng)該為0 多定壓節(jié)點(diǎn)管網(wǎng)提出虛環(huán)或虛節(jié)點(diǎn)的概念有何意義 解環(huán)方程和解節(jié)點(diǎn)方程的不同在何處 你認(rèn)為解節(jié)點(diǎn)方程或解環(huán)方程有沒有簡便方法 137 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 本節(jié)重點(diǎn)割集的概念在流量連續(xù)性方程簡化時(shí)的應(yīng)用環(huán)流量與環(huán)能量虛環(huán)解環(huán)方程與解節(jié)點(diǎn)方程的方法 138 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 6解環(huán)方程水力分析方法6 1管段水力特性的線性化管段水力特性公式表明管段流量與壓降遵循下述關(guān)系 是線性關(guān)系嗎 因而管段水力特性線性化可使得恒定流方程組線性化 139 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 在分析過程中 我們已經(jīng)得出需要先初擬管段流量的結(jié)論 即給定每個(gè)管段一個(gè)流量值 在給定的流量值上對(duì)式子進(jìn)行微分可得下述關(guān)系 由于函數(shù)為連續(xù)的 原因 在管段給定工況點(diǎn) qi 0 hi 0 附近 管段水力特性采用該點(diǎn)切線表示 140 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 誤差大小 141 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 6 2環(huán)能量方程組的線性化根據(jù)前面已經(jīng)講過的內(nèi)容可知 初擬管段流量滿足流量連續(xù)性方程 對(duì)于每一環(huán)的所有管段同時(shí)施加同一流量不會(huì)改變其連續(xù)性 但可改變環(huán)的能量 這也表明環(huán)流量為改變環(huán)能量的唯一變量 我們通過施加不同的環(huán)流量使環(huán)能量方程組得以滿足要求 因此環(huán)能量方程組在初擬管段流量的前提下可采用下式表示 針對(duì)上式的理解采用以下所示管網(wǎng)來解釋 142 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 143 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 我們已經(jīng)將環(huán)能量方程組線性化 下面要討論的問題就是如何對(duì)其進(jìn)行求解 解上述線性方程的基本思路為 在給定初分管段流量下 在環(huán)流量初值點(diǎn)處 采用線性切面函數(shù)替代環(huán)水頭函數(shù) 采用Taylor公式在初值點(diǎn)處展開 忽略高次項(xiàng) 只保留線性項(xiàng) 得線性方程組 144 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 式 145 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 初擬管段流量處各環(huán)的閉合差如下所示 hk 將式 表示為矩陣形式為 系數(shù)矩陣為 146 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 而 147 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 再寫一組8個(gè)環(huán)的 148 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 本節(jié)重點(diǎn)管段水力特性的線性化方法環(huán)能量方程組的線性化方法從方程組到矩陣方程組的轉(zhuǎn)化 149 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 問題在何條件下管段水力特性的線性化過程較符合實(shí)際 引起的誤差較小 非線性方程組的解法對(duì)于方程組的解產(chǎn)生何影響 你能否想出較佳的此非線性方程組的解法 能夠較快得出實(shí)際結(jié)果 150 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 6 3牛頓 拉夫森法直接求解線性方程組并通過迭代逐步逼近環(huán)能量滿足為零的條件 步驟為 一初擬各管段流量并給定環(huán)水頭的最大允許閉合差值 二計(jì)算各環(huán)水頭閉合差三判斷各環(huán)水頭閉合差是否滿足小于最大允許閉合差條件 滿足計(jì)算各管段水力參數(shù) 否則進(jìn)行下面工作 四繼續(xù)計(jì)算矩陣系數(shù)五根據(jù)公式計(jì)算各環(huán)環(huán)流量六將環(huán)流量施加到環(huán)內(nèi)所有管段 得到新的流量重新計(jì)算各環(huán)閉合差看其能否滿足閉合差要求 否則繼續(xù)計(jì)算 七計(jì)算管段壓降 流速 節(jié)點(diǎn)水頭 計(jì)算節(jié)點(diǎn)自由水頭 151 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 前面講過 首先對(duì)各管段進(jìn)行流量初分配 各節(jié)點(diǎn)應(yīng)該滿足質(zhì)量守恒 我們需要驗(yàn)證其能否滿足 這也是將來進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)的第一步 節(jié)點(diǎn)2 89 90 89 90 179 8 0 3 4 6 7也均能滿足 那么 節(jié)點(diǎn)8呢 這說明 我們用來計(jì)算的管網(wǎng)首先已經(jīng)滿足了流量連續(xù)性方程 在計(jì)算中需要滿足的第一個(gè) 下面要做的工作是使其滿足環(huán)能量為零 152 2020 4 14 第一步 根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算管段參數(shù) 包括管段阻力系數(shù)s 管段壓降h 管段阻尼系數(shù)z 要求采用海曾 威廉姆公式計(jì)算 則 水頭損失 阻尼系數(shù) 153 2020 4 14 計(jì)算管段水力參數(shù)如下表 154 2020 4 14 上表已經(jīng)計(jì)算出各管段水頭損失 則判斷環(huán)閉合差 如下 環(huán)1 5 2 6 8組成 閉合差為 4 668754 2 745204 1 698341 2 37029 3 345327 環(huán)2 3 7 9 6組成 閉合差為 0 205301 1 450033 3 517173 2 745204 4 60704 計(jì)算結(jié)果表明 環(huán)閉合差均不能滿足要求 需要進(jìn)行環(huán)流量修正 155 2020 4 14 環(huán)1閉合差為3 345327 環(huán)2閉合差為 4 60704 156 2020 4 14 解此方程組可得 q1 0 008445 q2 0 002004 把環(huán)流量施加于各環(huán) 則可得各管段新流量 如下表 157 2020 4 14 已經(jīng)計(jì)算出各管段的新流量 根據(jù)新流量計(jì)算管段水力參數(shù)如下表 重新計(jì)算各環(huán)閉合差 則 環(huán)1閉合差為0 213131 環(huán)2閉合差為 0 659550 158 2020 4 14 閉合差仍不能滿足要求 繼續(xù)構(gòu)建系數(shù)矩陣 系數(shù)矩陣為 可得線性方程組 求解每一環(huán)應(yīng)該施加的環(huán)流量 解此方程組可得 q1 0 0048495 q2 0 0005221 159 2020 4 14 根據(jù)第二次施加的環(huán)流量計(jì)算各環(huán)閉合差 如下表 重新計(jì)算各環(huán)閉合差 則 環(huán)1閉合差為0 0022 環(huán)2閉合差為 0 03348 這說明 各環(huán)水頭已經(jīng)滿足要求 平差過程已經(jīng)完成 160 2020 4 14 已經(jīng)得出各管段流量 則根據(jù)滿管流 均勻流以及連續(xù)流的假定來計(jì)算各計(jì)算管段流速 如下表所示 161 2020 4 14 計(jì)算節(jié)點(diǎn)水頭與自由水壓 如下表 162 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 上述例題只求解兩個(gè)環(huán)的情況 若環(huán)比較多的時(shí)候呢 比如四個(gè)環(huán) 如何列方程組 上述解法為牛頓 拉夫森法 下面看看哈代 克羅斯法如何求解 163 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 6 4哈代 克羅斯法采用牛頓 拉夫森法求解環(huán)流量 所需要求解的方程數(shù)量與環(huán)數(shù)量相等 當(dāng)環(huán)的數(shù)量相當(dāng)大尤其是共用管段較多時(shí) 方程組的求解也相當(dāng)困難 為此 哈代 克羅斯提出了修正的水頭平差法 它的解法與牛頓 拉夫森法相同 不同的是此解法忽略鄰環(huán)的影響 只考慮本環(huán) 他認(rèn)為鄰環(huán)對(duì)于本環(huán)的流量影響相對(duì)較小 可在計(jì)算過程中忽略不計(jì) 這種方法導(dǎo)致的后果是收斂速度較慢 與牛頓 拉夫森法相比 但仍然是工程上的常用方法 164 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 牛頓拉夫森法在計(jì)算過程中 所采用的系數(shù)矩陣為 由于哈代 克羅斯法認(rèn)為鄰環(huán)影響極小 故公共管段的系數(shù)依舊為0 則 165 2020 4 14 根據(jù)哈代 克羅斯法的思路 我們可以把公式大幅度簡化 如下圖所示計(jì)算環(huán)流量可寫成如下所示 哈代 克羅斯平差公式可以適應(yīng)環(huán)數(shù)較多的情況 就算是存在不可想象的數(shù)量 依舊計(jì)算十分簡單 下面仍舊以上述例題為例來講解 平差公式為 166 2020 4 14 第一步仍舊首先計(jì)算各管段水力參數(shù) 如同牛頓 拉夫森法 167 2020 4 14 環(huán)1閉合差為3 345327 環(huán)2閉合差為 4 60704 系數(shù)矩陣為 可得線性方程組 求解每一環(huán)應(yīng)該施加的環(huán)流量 168 2020 4 14 解此方程組得 q1 0 008445 q2 0 002004 牛頓 拉夫森法 q1 0 0093195 q2 0 0028116 哈代 克羅斯法 把修正流量帶入各管段 如下表所示 169 2020 4 14 已經(jīng)計(jì)算出各管段的新流量 根據(jù)新流量計(jì)算管段水力參數(shù)如下表 重新計(jì)算各環(huán)閉合差 則 環(huán)1閉合差為 0 1501 環(huán)2閉合差為0 2933 170 2020 4 14 閉合差仍不能滿足要求 繼續(xù)平差 根據(jù)上述公式得到 q1 h z2 6 5 8之和 0 0004821 q2 0 0003044 哈代 克羅斯法 把流量進(jìn)行校正 依舊計(jì)算閉合差 看其能否滿足要求 最終閉合差為環(huán)1 0 033 環(huán)2為 0 063 而經(jīng)過兩次平差后 牛 拉法的最終閉合差為環(huán)1 0 0022 環(huán)2為 0 03348 171 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 兩種方法的對(duì)比表明 在手工計(jì)算過程中哈代 克羅斯法能夠簡化計(jì)算 從數(shù)據(jù)中也可看出 其逼近最佳結(jié)果的速度要小于牛頓 拉夫森法 兩種方法不存在優(yōu)劣之分 可根據(jù)自己的情況適當(dāng)采用 172 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 要求掌握牛頓 拉夫森法的計(jì)算過程與方法 掌握哈代 克羅斯法的計(jì)算過程與思路 了解哈代 克羅斯法與牛頓 拉夫森法的不同 173 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 哈代 克羅斯法的改進(jìn)1 整個(gè)管網(wǎng)閉合差總和恒為零 2 平差過程是閉合差在管網(wǎng)中傳遞與相互抵消的過程 3 改進(jìn)平差算法的措施 1 各環(huán)同時(shí)平差改為每次只平差一個(gè)環(huán) 2 優(yōu)先平差閉合差較大的一個(gè)或幾個(gè)環(huán) 3 改環(huán)平差為若干小環(huán)組成的大環(huán)平差 環(huán)組合的原則為各小環(huán)閉合差方向相同 174 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 7節(jié)點(diǎn)方程組解法解節(jié)點(diǎn)方程是在假定水壓的條件下 應(yīng)用連續(xù)性方程以及流量和水頭損失的關(guān)系 通過計(jì)算調(diào)整 求出每一節(jié)點(diǎn)的水壓 節(jié)點(diǎn)的水壓已知后 即可從任一管段兩端節(jié)點(diǎn)的水壓差得出該管段的水頭損失 進(jìn)一步從流量與水頭損失之間的關(guān)系計(jì)算出管段流量 再使得管網(wǎng)滿足流量連續(xù)性方程 手工計(jì)算一般進(jìn)行環(huán)方程平差 機(jī)算一般采用解節(jié)點(diǎn)方程組的方法 節(jié)點(diǎn)方程組一般平差速度較快 較精確 175 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 7 1解節(jié)點(diǎn)方程的步驟應(yīng)用節(jié)點(diǎn)之間的壓差關(guān)系即水頭關(guān)系確定各節(jié)點(diǎn)的初分配節(jié)點(diǎn)壓力 根據(jù)各節(jié)點(diǎn)水頭確定各管段所允許的水頭損失 根據(jù)水頭損失與流量關(guān)系確定各相應(yīng)管段的管段流量 計(jì)算各節(jié)點(diǎn)是否滿足流量連續(xù)性方程 滿足流量連續(xù)性方程 說明各節(jié)點(diǎn)水頭初分配合理 否則 改變節(jié)點(diǎn)水頭 繼續(xù)進(jìn)行上述工作 直至各環(huán)滿足流量連續(xù)性方程 176 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 7 2水力特性的線性化 h q 管段水力特性的線性化 平差環(huán)方程 qi 0 qi 0 dqi hi 0 hi 0 dhi siqin h q hi 0 hi 0 dHk qi 0 qi 0 dqi 誤差 管段水力特性的線性化 平差水頭方程 177 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 和阻尼系數(shù)相似 所采用的線性系數(shù)即在初分水頭點(diǎn)的直線斜率 由于 得 即 代入 得 也可由 得 178 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 如同解環(huán)方程 解節(jié)點(diǎn)方程組相似其方法 首先進(jìn)行線性化 得到系數(shù)矩陣如下所示 179 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 上述解法依舊屬于牛頓 拉夫森法 若忽略鄰節(jié)點(diǎn)的影響 平差公式如下所示 j 1 2 3 N 180 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 平差步驟與平差環(huán)方程一致 只是流量與水頭相互調(diào)換 181 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 7 3實(shí)例以下圖所示管網(wǎng)為例講解 列節(jié)點(diǎn)的連續(xù)性方程 取n 2 代入方程組 如下 182 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 183 2020 4 14 解節(jié)點(diǎn)方程組與解環(huán)方程組的對(duì)比 步驟的一致性 計(jì)算過程的繁瑣性 節(jié)點(diǎn)方程組未忽略相鄰節(jié)點(diǎn)的影響 而環(huán)方程忽略相鄰環(huán)的影響故收斂速度節(jié)點(diǎn)方程組快于環(huán)方程組 手算采用哈代 克羅斯法時(shí) 節(jié)點(diǎn)方程組解法不能合并幾個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算 但可優(yōu)先平差閉合差較大的節(jié)點(diǎn) 計(jì)算公式均可采用技巧記憶 184 2020 4 14 第五章給水管網(wǎng)水力分析 P101例題 哈代 克羅斯法環(huán)方程平差 單定壓節(jié)點(diǎn) P105例題 哈代 克羅斯法環(huán)方程平差 多定壓節(jié)點(diǎn) 首先設(shè)置虛節(jié)點(diǎn) 然后設(shè)置虛管段 185 2020 4 14 例題的算法 p115 3 節(jié)點(diǎn)水頭為20m時(shí)各水塔供水量與用戶用水量 CW已知 可得出s k 10 67 CW1 852 m 4 87 s kl Dm 根據(jù)s可得出各管段水量即水塔供水量 需要節(jié)點(diǎn)水頭為20m 若再小或直至為23 7m呢 當(dāng)用戶用水量為多少時(shí) 一座水塔進(jìn)水 一座水塔供水 另外一座不供不進(jìn) 解答此問題不需要平差概念 一座高度為25 5m即供水壓力 一座為23 7m 另外一座為28 3m 用戶用水量是與用戶需要水壓相關(guān)聯(lián)的 用戶需要的水壓直接決定各座水塔的供水量 186 2020 4 14 當(dāng)用戶用水水壓為0m時(shí) 各座水塔都供水 且都達(dá)到最大流量 隨著所需要的水頭的增加 各水塔供水量都在減少 當(dāng)用水水頭為其中最低供水壓力的水塔壓力時(shí) 此水塔就不會(huì)供水 比如達(dá)到23 70m時(shí) 水塔2不會(huì)供水 但水量也不會(huì)由其它水塔進(jìn)入水塔2 此時(shí)管段2的流速為0 達(dá)到平衡 當(dāng)需水壓力接著提高 直至大于23 70但小于25 50m時(shí) 水塔1和3同時(shí)供水 但水塔2成為用戶 水流在管段2中反向流動(dòng) 再接著提高用戶水壓 直至為25 50m時(shí) 管段1又達(dá)到一平衡 只由水塔3同時(shí)提供用戶和水塔水量 當(dāng)需水壓力接著提高 大于25 50m但小于28 30m時(shí) 仍然只有水塔3供水 但管段1和2都會(huì)存在轉(zhuǎn)輸流量 當(dāng)需水壓力為28 30m或以上時(shí) 用戶就無水可用了 由以上分析可知 當(dāng)用戶用水水頭為25 50m時(shí) 滿足題設(shè)條件 可計(jì)算相應(yīng)流量 問題一 當(dāng)用戶用水量為多少時(shí) 三座水塔同時(shí)供水 問題二 當(dāng)用戶用水量為多少時(shí) 兩座水塔供水 問題三 當(dāng)用戶用水量為多少時(shí) 只有一座水塔供水 187 2020 4 14 用水量為50L s時(shí) 求解節(jié)點(diǎn) 4 的水頭 進(jìn)行節(jié)點(diǎn)流量平差 請(qǐng)問不采用平差方法能否求解 方法一 不平差 可先賦予節(jié)點(diǎn) 4 一水頭H 則可確定管段流量 可解下述方程組 上述方程組中有四個(gè)變量 四個(gè)方程 可通過數(shù)學(xué)方法求解 由于此問題的特殊性 可不平差求解 若節(jié)點(diǎn)多時(shí) 肯定只能采用平差法簡單許多 188 2020 4 14 方法二 哈代 克羅斯法平差 由于水塔同為供水水源節(jié)點(diǎn) 故需要設(shè)置一虛節(jié)點(diǎn) 由虛節(jié)點(diǎn)提供水量 水源節(jié)點(diǎn)提供水頭 原管網(wǎng)如下所示 189 2020 4 14 對(duì)流量進(jìn)行初分配 根據(jù)初分配流量列環(huán)方程 解環(huán)方程 根據(jù)平差公式計(jì)算施加的環(huán)流量 根據(jù)所施加的環(huán)流量再計(jì)算環(huán)能量 當(dāng)環(huán)能量滿足精度要求 即可停止計(jì)算 上述平差方法為環(huán)方程組求解方法 本題能否采用解節(jié)點(diǎn)方程組的方法進(jìn)行求解呢 針對(duì)本題而言 采用節(jié)點(diǎn)方程組求解方法更簡便 190 2020 4 14 方法三 解節(jié)點(diǎn)方程組 哈代 克羅斯法賦予節(jié)點(diǎn) 4 一初始水頭值 賦值時(shí)有要求嗎 根據(jù)賦予的節(jié)點(diǎn)水頭 求解每一管段的流量 可計(jì)算得到 再根據(jù)下述公式求解所應(yīng)施加的節(jié)點(diǎn)能量 接續(xù)上述平差方法 直至達(dá)到要求 191 2020 4 14 第六章給水管網(wǎng)工程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)用水量 水量調(diào)節(jié)以及設(shè)計(jì)流量計(jì)算 管段直徑確定 設(shè)計(jì)工況水力分析 泵站揚(yáng)程與水塔高度 可無 水力校核 最大轉(zhuǎn)輸 消防 事故 繪制管道施工圖 管徑 埋深 192 2020 4 14 1最高日用水量計(jì)算包括項(xiàng)目如下 1 居民生活用水量 2 工業(yè)企業(yè)生活用水及其生產(chǎn)用水 3 消防用水 4 其它用水包括綠化 澆灑道路 公共設(shè)施用水 5 未預(yù)見水量及管網(wǎng)漏損 15 25 水量單位轉(zhuǎn)換為L s 消防用水并非計(jì)算在最高日用水量中 而是轉(zhuǎn)存在清水池中 第六章給水管網(wǎng)工程設(shè)計(jì) 193 2020 4 14 第六章給水管網(wǎng)工程設(shè)計(jì) 工業(yè)用水計(jì)算指標(biāo)萬元產(chǎn)值用水量和單位產(chǎn)品用水量 194