給水管網(wǎng)管段流量管徑和水頭損失PPT課件

1、5.2 5.2 管網(wǎng)圖形及簡化管網(wǎng)圖形及簡化 管網(wǎng)圖形：管網(wǎng)圖形：根據(jù)圖論的基本原理，圖由根據(jù)圖論的基本原理，圖由“弧弧”和和“頂點頂點”兩部分兩部分組成。給水管網(wǎng)的幾何圖形可以抽象地認為是由管段和節(jié)點構(gòu)成的有組成。給水管網(wǎng)的幾何圖形可以抽象地認為是由管段和節(jié)點構(gòu)成的有向圖，如將管段看成向圖，如將管段看成“弧弧”，節(jié)點看成，節(jié)點看成“頂點頂點”，則管網(wǎng)本身也是一，則管網(wǎng)本身也是一種種“圖圖”。 管網(wǎng)圖形中每個節(jié)點通過一條或多條管段和其他節(jié)點相連接。如管網(wǎng)圖形中每個節(jié)點通過一條或多條管段和其他節(jié)點相連接。如果舍去后，會破壞果舍去后，會破壞“圖圖”的連續(xù)性的管段，稱為的連續(xù)性的管段，稱為聯(lián)系管段聯(lián)

2、系管段。去除后會。去除后會破壞破壞“圖圖”的連續(xù)性的節(jié)點，稱為的連續(xù)性的節(jié)點，稱為鉸點鉸點。第1頁/共33頁鉸點聯(lián)系管段第2頁/共33頁 節(jié)點：節(jié)點：有集中流量進出、管道合并或分叉以及邊界條件發(fā)生變化的地點 管段：管段：兩個相鄰節(jié)點之間的管道 管線：管線：順序相連的若干管段 環(huán)：環(huán)：起點與終點重合的管線 基環(huán)：基環(huán)：不包含其它環(huán)的環(huán) 大環(huán)：大環(huán)：包含兩個或兩個以上基環(huán)的環(huán)第3頁/共33頁管段基環(huán)節(jié)點管線大環(huán)第4頁/共33頁 在保證計算結(jié)果接近實際情況的前提下，為方便計算可對管線進行適度簡化。 忽略：忽略：管網(wǎng)中主要起聯(lián)絡(luò)作用的管段，由于正常運行時流量很小，對水力條件的影響很小，計算時可以忽略。

3、 分解：分解：只有一條管段連接的兩個管網(wǎng)可分解成兩個管網(wǎng)進行計算；管網(wǎng)末端水流方向確定的部分可分開計算；環(huán)狀網(wǎng)上接出的樹狀網(wǎng)分開計算。 節(jié)點合并：節(jié)點合并：距離很近的兩個節(jié)點計算時可視為一個節(jié)點。第5頁/共33頁22121AAAAA 管段合并：管段合并：長度近似相等、彼此幾乎平行且相距很近的兩條管段計算時可合并。 等效管段的比阻：等效管段的長度：21llll或第6頁/共33頁節(jié)點合并管段合并分解忽略第7頁/共33頁5.3 5.3 沿線流量和節(jié)點流量沿線流量和節(jié)點流量 比流量：比流量：為簡化計算而將除去大用戶集中流量以外的用水量均勻地分配在全部有效干管長度上，由此計算出的單位長度干管承擔(dān)的供水量

4、。lqQqs 城鎮(zhèn)中用水量標(biāo)準(zhǔn)不同的區(qū)域應(yīng)分別計算比流量。第8頁/共33頁公園街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊第9頁/共33頁 沿線流量：沿線流量：干管有效長度與比流量的乘積。lqqsl 按管道長度計算的比流量不能反映供水人數(shù)和用水量的差別，可采用按面積計算比流量的方法。FqQqs第10頁/共33頁 管網(wǎng)中除最末端的管段外，其他任一管段的流量都由兩部分組成，一部分是本管段沿程配水產(chǎn)生的流量，即沿線流量，另一部分是通過該管段輸送到下游管段的流量，稱為轉(zhuǎn)輸流量。tlqq tqlqqsl第11頁/共33頁 節(jié)點流量：節(jié)點流量：沿線流量只有概念上的意義，在水力計算時應(yīng)將沿線流量按適當(dāng)比例分配到兩各節(jié)點

5、，成為節(jié)點流量。沿線流量轉(zhuǎn)換成節(jié)點流量的原則是管段的水頭損失相同。tlqq tqlqlq1第12頁/共33頁tlqq tqxdxLLxLqLxLqqqlltx222LxLqdxAqdxAdhlxLlqLAdhh02231第13頁/共33頁222lltqLAqqLAh312312222;508. 05;528. 01;577. 005 . 0;501. 050;504. 010tlqq tqlqlq1第14頁/共33頁集中流量處理：tqqtqxLqLqqAxLAqxqqAttt22222211qqLxqqLxqqtttqqLxqqqqttt212第15頁/共33頁5.4 5.4 管段計算流量管段

6、計算流量 樹狀管網(wǎng)的管段流量具有唯一性。樹狀管網(wǎng)的管段流量具有唯一性。泵站56385646273545286142733341217726234775第16頁/共33頁 環(huán)狀管網(wǎng)滿足連續(xù)性條件的流量分配方案可以有無數(shù)多種。 1510131218161714197612527148581912335913460249511135730102498第17頁/共33頁v4Dq2vq4D5.5 5.5 管徑計算管徑計算 管道直徑、管段計算流量和水流速度之間滿足以下關(guān)系：管道直徑、管段計算流量和水流速度之間滿足以下關(guān)系： 在確定的計算流量下，管道直徑是流速的函數(shù)：第18頁/共33頁 從技術(shù)上考慮，水流的

7、最大速度應(yīng)不超過2.53.0米/秒（防止水錘），最小速度不得小于0.6米/秒（防止沉積）。 從經(jīng)濟上考慮，較大的水流速度可減小管道直徑，降低工程造價；但由于水流速度大而會導(dǎo)致水頭損失增加，從而加大運行的動力費用。合理的流速應(yīng)該使得在一定年限（投資償還期）內(nèi)管網(wǎng)造價與運行費用之和最小。第19頁/共33頁)100()(121CpMtCMMtCWt11001MCpttWWt 設(shè)Wt為總費用，C為管網(wǎng)造價，M1為年度運行電費，M2為年折舊費用，t為投資償還年限。則有：投資償還期內(nèi)的年度總費用為：第20頁/共33頁DeM1Cpt1001VeCpt1001WM1WVW0DW0管徑管徑 （mm）平均經(jīng)濟流速

8、平均經(jīng)濟流速 （m/s）D=100400D4000.60.90.91.4第21頁/共33頁22252282SQALQLQgDgVdLHHhjiijRJCV 5.6 5.6 水頭損失計算水頭損失計算 流量和水頭損失的關(guān)系：流量和水頭損失的關(guān)系：均勻流基本公式：第22頁/共33頁1. 舍維列夫公式（適用于舊鑄鐵管和舊鋼管）時：當(dāng)smV/2 . 13 . 1200107. 0DVJ 時：當(dāng)smV/2 . 13 . 123 . 03 . 1200107. 0)867. 01 (000912. 0DVKVDVJ第23頁/共33頁2. 巴甫洛夫斯基公式（適用于混凝土管、鋼筋混凝土管和渠道）yRnC1 對于

9、混凝土管和鋼筋混凝土給水管，當(dāng)n0.02時，y值可采用1/6。Rnny)10. 0(75. 013. 05 . 2第24頁/共33頁3. 海曾威廉公式87. 4852. 1852. 167.10DCLQh 水管種類水管種類海曾海曾-威廉系數(shù)威廉系數(shù)C塑料管塑料管新鑄鐵管、涂瀝青或水泥的鑄鐵管新鑄鐵管、涂瀝青或水泥的鑄鐵管混凝土管、焊接鋼管混凝土管、焊接鋼管舊鑄鐵管和舊鋼管舊鑄鐵管和舊鋼管150130120100第25頁/共33頁4. 柯爾勃洛克公式)Re51. 271. 3lg(21Dk水管種類水管種類粗糙系數(shù)粗糙系數(shù)k（mm）涂瀝青鑄鐵管涂瀝青鑄鐵管涂水泥鑄鐵管涂水泥鑄鐵管涂瀝青鋼管涂瀝青鋼

10、管鍍鋅鋼管鍍鋅鋼管石棉水泥管石棉水泥管離心法鋼筋混凝土管離心法鋼筋混凝土管塑料管塑料管0.050.1250.500.050.1250.030.040.040.250.010.03第26頁/共33頁5.8 5.8 管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程 目的：確定各水源節(jié)點的供水量、各管段的流量和管徑、全部節(jié)點的水壓。 多水源環(huán)狀管網(wǎng)的管段數(shù)、節(jié)點數(shù)、基環(huán)數(shù)和水源數(shù)滿足列關(guān)系： + +- - 單水源環(huán)狀管網(wǎng)： + +-1 -1 樹狀管網(wǎng)： -1 -1 第27頁/共33頁 管網(wǎng)水力計算時，節(jié)點流量、管段長度為已知，需要確定管道的直徑和流量，有2P2P個未知數(shù)，利用經(jīng)濟流速確定流量與直徑的關(guān)系，實際上只要

11、求解個未知數(shù)。 管網(wǎng)中的水流必須符合質(zhì)量守恒和能量守恒原理，即滿足連續(xù)方程和能量方程。獨立的連續(xù)性方程數(shù)為個，獨立的能量方程數(shù)為個，共計個。第28頁/共33頁個節(jié)點連續(xù)性方程：01ijiqq qi為節(jié)點流量，qij為管段流量，離開節(jié)點為正，流向節(jié)點為負。02ijiqq0SJijiqq第29頁/共33頁個基環(huán)能量方程： 0Iijh hij為管段水頭損失，順時針方向為正，逆時針方向為負。 0IIijh 0Lijh第30頁/共33頁5.9 5.9 管網(wǎng)計算方法分類管網(wǎng)計算方法分類 在管網(wǎng)水力計算時，根據(jù)求解的未知敷是管段流量還是節(jié)點水壓，可以分為解環(huán)方程、解節(jié)點方程和解管段方程三類。 解環(huán)方程：解環(huán)方程：管網(wǎng)經(jīng)流量分配后，各節(jié)點已滿足連續(xù)性方程，可是由該流量求出的管段水頭損失， 并不同時滿足L個環(huán)的能量方程，為此必須多次將各管段的流量反復(fù)調(diào)整，直到滿足能量方程，從而得出各管段的流量和水頭損失。第31頁/共33頁 解節(jié)點方程：解節(jié)點方程：在假定每一