給水管網(wǎng)-第5章ppt課件

1、給水管網(wǎng)1.管網(wǎng)計算的課題管網(wǎng)圖形及簡化沿線流量和節(jié)點流量5.15.25.3第5章 管段流量、管徑和水頭損失授課主要內(nèi)容 管段計算流量5.42.管徑計算水頭損失計算管網(wǎng)計算根底方程5.55.65.7授課主要內(nèi)容 管網(wǎng)計算方法分類5.83.第5章 管段流量、管徑和水頭損失 5.1 管網(wǎng)計算的課題給水工程總投資中，輸水管渠和管網(wǎng)所占費用包括管道、閥門、附屬設備等是很大的，普通約占7080，因此必需進展多種方案比較，以得到經(jīng)濟合理地滿足近期和遠期用水的最正確方案。一、兩類課題 1管網(wǎng)設計計算最高時 第一類課題2管網(wǎng)校核計算消防時、事故時及最大轉(zhuǎn)輸時對置水塔 第二類課題4.第一類課題(設計計算)第二類

2、課題 (校核計算)已知條件 管網(wǎng)定線圖、設計流量 管網(wǎng)定線圖、設計流量、管徑 擬定內(nèi)容 節(jié)點流量Qi、管段流量qij節(jié)點流量Qi、管段流量qij 計算內(nèi)容 Dij、hij、hij hij、hij 最終目的 Dij、Ht、Hp 復核最高時確定的水泵能否滿足其他工況時Q、H的要求 5.求沿線流量和節(jié)點流量；求管段計算流量；確定各管段的管徑和水頭損失；進展管網(wǎng)水力計算或技術(shù)經(jīng)濟計算；確定水塔高度和水泵揚程。二、計算步驟6.新舊管網(wǎng)計算步驟一樣：新管網(wǎng)計算在一張城市地形平面圖上，原先沒有任何管網(wǎng)，需求我們定管線以后，在根據(jù) 進展計算。舊管網(wǎng)改、擴建計算改建或擴建，一方面是為了節(jié)約投資，充分發(fā)揚原有管網(wǎng)

3、設備的作用，另一方面，根據(jù)擴展的供水規(guī)模的需求，較小原有管網(wǎng)的改擴建，以到達整個管網(wǎng)協(xié)調(diào)的目的。原有的舊管網(wǎng)曾經(jīng)存在，所以需求對現(xiàn)有管網(wǎng)的管徑、流量等現(xiàn)有資料做深化調(diào)查，在此根底上再進展計算，后面的計算步驟是一樣的。7.思索題簡述管網(wǎng)計算中常見的有哪兩類課題，各自主要的計算內(nèi)容是什么。8.一個城市中，給水管線是特別多的，特別是大城市。假設將一切管線一同計算的話，那么計算是非常復雜的，而且是沒有必要的，有時甚至是不能夠的。所以有必要對管網(wǎng)進展簡化后再計算。一、簡化類型1、新設計管網(wǎng)的簡化前面第四章講管網(wǎng)定線時，提到過城市管網(wǎng)的定線和計算僅思索干管和銜接納，而其他管線如分配管、接戶管等不加以思索，

4、管線相對而言是比較簡單的，所以對新設計管網(wǎng)不需求簡化 5.2 管網(wǎng)圖形及簡化9.2、改建和擴建管網(wǎng)這種情況下，舊管網(wǎng)曾經(jīng)存在，而且管線較多，所以要對這些實踐曾經(jīng)存在的管網(wǎng)進展適當?shù)暮喕?。即：保管主要的干管，略去次要的管線比如管徑較小的分配管、接戶管，但主要干管和次要管線確實定是相對的，不是絕對的。系統(tǒng)規(guī)模小或計算精度要求高時，可以將較小管徑的管線定為主要干管。比如說，一個規(guī)模較小的生活小區(qū)，假設管線數(shù)目較少，這時可以將較小管徑的管線定為主要管線，也就是說可以將管徑較小的管線如分配管保管下來，一同進展管網(wǎng)計算，那么就可以到達很高的計算精度。10.系統(tǒng)規(guī)模大或計算精度要求低時，可以將較大管徑的管線

5、定為次要管線。比如說，一個規(guī)模較大的城市，象一些特大城市，如北京、上海，這些城市的管線數(shù)目很多，假設將一切管線進展計算的話是很復雜的。所以在管網(wǎng)計算之前，除了可以將管徑小的管線省略，還可以將管徑較大但在給水、配水中所起作用并不大的管線加以適當?shù)氖÷浴?1.二、簡化要求普通而言，管網(wǎng)越簡化，那么計算任務量就越少。但是假設過分簡化的話，計算結(jié)果將與實踐用水情況差別很大。所以要記?。翰⒉皇枪芫W(wǎng)越簡化就越好，而應該慎重對待管線簡化問題。要求：就是要使簡化后的管網(wǎng)根本上反映出實踐用水情況。12.三、簡化方法1、管線省略管徑大的管線，在給水、配水中所起的作用很大，對水力條件的影響很大。管徑小的管線，影響小

6、。所以首先應該省略對水力條件影響小的管線，也就是管徑相對較小的管線比如分配管。13.2、合并平行管線的合并管徑較小、相互平行且接近的管線可以思索合并。交叉點合并當管線上的交叉點靠的很近時，可以將其合并為同一交叉點。相近交叉點合并后可以減少管線的數(shù)目，使系統(tǒng)簡化。14.3、管網(wǎng)分解當兩管網(wǎng)由一條管線銜接時，可以將銜接納線斷開，分解為兩個獨立的管網(wǎng)。當兩管網(wǎng)由兩條管線銜接時，它也可以分解為兩個獨立的管網(wǎng)，但與第一種情況不同的是，必需有一個前提條件存在。前提條件為：分支管網(wǎng)在主管網(wǎng)的末端，而且銜接納線的流向、流量可以確定時，可進展分解。15.【例題】16.17.18.思索題？試述管網(wǎng)簡化的方法？以及

7、新舊管網(wǎng)簡化的區(qū)別？19.5.3 沿線流量和節(jié)點流量一、根本概念1、節(jié)點：管網(wǎng)中有分支的點。水源節(jié)點如泵站、水塔、高地水池兩管段交點不同管徑或不同材質(zhì)的管線交接點集中向大用戶供水的點工廠、學校等用水量大的單位虛節(jié)點實踐上不存在20.2、管段：兩節(jié)點之間的管線。3、管線：管段按順序銜接構(gòu)成管線。4、管網(wǎng)的環(huán)：起點和終點重合的管線?；h(huán)：不含其它環(huán)的環(huán)。大環(huán)：含有基環(huán)的環(huán)。虛環(huán)：將兩個或兩個以上的水壓已定的水源節(jié)點泵站、水塔等用虛線和虛節(jié)點銜接起來構(gòu)成的環(huán)。實踐上不存在21.定義：供應該管段兩側(cè)用戶所需的流量沿管段兩側(cè)供應用戶的流量1、干管配水情況實踐用水復雜：大用戶工廠、企業(yè)等 居民用水：數(shù)量多

8、、水量少如下圖，沿線有數(shù)量較多的用戶用水q1，q2，等，也有分配管的流量Q1，Q2，等，假設按照實踐用水情況來計算管網(wǎng)，非但很少能夠，并且因用戶用水量經(jīng)常變化也沒有必要。因此，計算時往往加以簡化。二、沿線流量22.2、簡化方法1長度比流量法假定：用水量均勻分布在全部的干管上沿線均勻配水長度比流量：干管線單位長度的流量 ：管網(wǎng)總用水量 ：大用戶集中用水量之和 ：干管總長度雙側(cè)配水：取管道實長 單側(cè)配水：取管道實長的一半 不配水：計算長度為零23.各管段沿線流量整個管網(wǎng)沿線流量總和缺陷在于：忽視沿線供水人數(shù)、用水量差別，不能反映各管段實踐配水量。24.2面積比流量法假定：用水量均勻分布在整個供水面

9、積上面積比流量 ：管線單位面積上的配水流量每一段計算管段的沿線流量整個管網(wǎng)沿線流量總和 25.劃分供水面積的方法：等分角法街區(qū)長邊為梯形，短邊為三角形例 缺陷在于：計算復雜，普通很少用所以，干管分布比較均勻，干管間距大致一樣時，普通采用長度比流量法。 26.留意：1面積比流量思索了沿線供水面積人數(shù)多少對管線配水的影響，計算結(jié)果更接近實踐配水情況，但計算較費事。當供水區(qū)域的干管分布比較均勻時，二者相差很小。這時，用長度比流量較好。2當供水區(qū)域內(nèi)各區(qū)衛(wèi)生設備或人口密度相差較大時，各區(qū)的比流量應分別計算。3同一管網(wǎng)，比流量的大小隨用水量變化而變化。各種工況下需分別計算。27.三、節(jié)點流量1、定義從沿

10、線流量折算得出的并且假設在節(jié)點集中流出的流量。2、折算緣由管段流量包括： ：沿該管段長度L配水的沿線流量沿線配水逐漸減小，末端為0； ：經(jīng)過該管段輸水到以后管段的轉(zhuǎn)輸流量沿整個管段不變?？梢钥闯觯簭墓芏纹瘘c到終點的流量是變化的，所以難以確定管徑、水頭損失。這就需求將沿線變化的沿線流量轉(zhuǎn)化成從節(jié)點流出的流量，那么管段流量就不再變化，可以確定管徑。28.3、原理求一個折算流量 沿線不變， 產(chǎn)生的水頭損失與 (實踐沿管線變化的流量)產(chǎn)生的水頭損失相等。 ：折算系數(shù)，是把沿線變化的流量折算成再管段兩端節(jié)點流出的流量，即節(jié)點流量的系數(shù)。29.4、步驟1 產(chǎn)生的水頭損失管段任一斷面上的流量 30.2 產(chǎn)生

11、的水頭損失3水頭損失公式指數(shù) 時，31. ，看管段在管網(wǎng)中的位置， 值不同，折算系數(shù) 也不同。管網(wǎng)末端 ，那么 ，管網(wǎng)起端 ，取 ， 普通取 ，即將沿線流量折半作為管段兩端的節(jié)點流量。所以，節(jié)點流量任一節(jié)點的節(jié)點流量等于該節(jié)點相連的各管段的沿線流量總和的一半。闡明：大用戶的集中流量，可以在節(jié)點標注出來。32.某城市最高時用水量為284.7L/s，其中集中供應工業(yè)用水量為189.2 L/s，干管各管段稱號及長度如下圖，管段45、12及23為單邊配水，其他為兩邊配水。試求：1干管比流量2各管段沿線流量3各節(jié)點流量以及節(jié)點流量圖解：1干管總計算長度：【例題】33.2干管的比流量：管段編號管段長（m）

12、管段計算長度（m）比流量（L/s.m）沿線流量（L/s）1-22-31-42-53-64-55-66-77567568208208207567562507561/2=3787561/2=3788208208207561/2=3787562500.02087.97.91717177.8(7.9)15.75.2合計460095.5(95.6)3各管段的沿線流量計算結(jié)果表34.節(jié)點編號連接管段編號各連接管段沿線流量之和（L/s）節(jié)點流量（L/s）123456714、1212、25、2323、3614、4545、25、5636、56、676717+7.924.97.9+17+7.932.87.9+17

13、24.917+7.824.87.8+17+15.740.517+15.7+5.237.95.212.4516.412.4512.420.2518.952.6合計19195.54各管段節(jié)點流量計算表5將節(jié)點流量和集中流量標注于相應節(jié)點上構(gòu)成節(jié)點流量圖2.612.40 35.思索題？試述計算沿線流量的步驟，并推導所用到的有關公式。如何將沿線變化的流量簡化成沿線不變的管段流量，替代的條件是什么。試推導折算系數(shù)a的表達式，并闡明a的變化范圍及計算中采用的值。36.5.4 管段計算流量目的：確定各管段中的流量，進而確定管段直徑。一、單水源的樹狀網(wǎng)單水源：供應管網(wǎng)的水源只需一個樹狀網(wǎng)：呈樹枝狀向用戶供水1

14、、特點1供水沿一個方向也就是從水源二級泵站、高地水池等到各個節(jié)點的供水只需一個方向例： 2供水可靠性差管網(wǎng)中任一管段損壞，發(fā)惹事故時，該管段以后的一切管線都會斷水。37.2、分配方法任何一管段的流量等于該管段后面一切節(jié)點流量的和。從上例中可知：也就得到了管段23的計算流量了?？梢?，樹狀網(wǎng)的流量分配是比較容易的，也就是管段計算流量確實定是比較容易的。3、結(jié)論每一管段的流量只需一個值，且是獨一的。 38.【例題】水由二級泵站供出后，由管網(wǎng)的一端輸入，它的水流方向只需一個，部分管段的流量計算如下： 管段3-4的流量為：管段4-8的流量為：39.二、單水源的環(huán)狀網(wǎng)環(huán)狀網(wǎng)：管線銜接成環(huán)狀向用戶供水環(huán)狀網(wǎng)

15、的流量分配是比較復雜的1、特點1各管段流量和以后的節(jié)點流量無直接聯(lián)絡2每一管段無獨一的流量分配值，而有多種組合一個節(jié)點銜接著幾條管段所以這個節(jié)點處的流量包括：該點的節(jié)點流量流向和流離該節(jié)點的幾條管段流量因此，節(jié)點處的流量情況復雜這時節(jié)點就必需滿足節(jié)點流量平衡條件40.2、延續(xù)性方程質(zhì)量守恒對于節(jié)點來說，流入節(jié)點的流量等于流出節(jié)點的流量。用公式表達： ：節(jié)點i的節(jié)點流量 ：從節(jié)點i到節(jié)點j的管段流量41.【例題】以右圖中的節(jié)點5為例 流離節(jié)點的流量有： 流向節(jié)點的流量有： 由節(jié)點流量平衡條件有 同理，節(jié)點1為 42.分配時，要求滿足經(jīng)濟性和可靠性。主要是由于管段流量分配取值不一樣 不同管徑 建立

16、費用不同 運轉(zhuǎn)費用不同當某管段出現(xiàn)事故時，其他管段替代輸水的才干不同比如，圖中假設12管段損壞，那么全部流量必需由14管段經(jīng)過，也就是這時14管段必需經(jīng)過很大的流量，呵斥該管段的水頭損失過大，從而影響到整個管網(wǎng)的供水量或水壓。43.經(jīng)濟性和可靠性的定義 ：經(jīng)濟性：指流量分配后得到的管徑，應使一定年限內(nèi)的管網(wǎng)建造費用和管理費用為最小。可靠性：指能向用戶不延續(xù)地供水，并且保證應有的水量、水壓、水質(zhì)。44.3、結(jié)論：單水源環(huán)狀網(wǎng)可以有不同的流量分配方案，但應保證提供用戶所需的水量，并且滿足延續(xù)性方程，同時照顧經(jīng)濟性、可靠性。但是，經(jīng)濟性和可靠性的要求是有矛盾的，有時兩者是不容易兼顧，也就是同時滿足的

17、，從而添加了流量分配的復雜性。普通只需在滿足可靠性的前提下，即在管網(wǎng)發(fā)惹事故時能保證用戶用水的要求下，盡量使管網(wǎng)總費用最小，也就是盡量滿足經(jīng)濟性。45.4、分配步驟1沿供水方向，初步擬定管段水流方向，定控制點?？刂泣c是保證管網(wǎng)壓力的點，普通在離泵站最遠或地形最高處。2從二泵站到控制點之間，選定幾條平行的干管；平行干管中流量盡能夠均勻，滿足 。各干管經(jīng)過的流量沿主要流向逐漸減少，不要忽多忽少。這樣，當其中一條干管損壞時，流量由其他干管轉(zhuǎn)輸，不會使這些干管中的流量添加過多。例：46.3銜接納：溝通平行干管之間的流量，有時起輸水作用，有時就近供水給用戶。平常流量不大，干管發(fā)惹事故時流量大，因此銜接納

18、可分配流量小些。留意：此分配值是預分配，用來選擇管徑，真正值由平差結(jié)果定。例：47.三、多水源管網(wǎng)多水源：多個水源泵站、水塔、高地水池兩個或兩個以上同時供水給用戶。例：以對置水塔為例，即最高用水時，由泵站和水塔同時向用戶供水，也就是多水源供水管網(wǎng)。由每一水源的供水量定出大致的供水范圍，初步確定各水源的供水分界限；48.從各水源開場，沿供水方向，每一節(jié)點符合 ，以及思索經(jīng)濟和平安供水，進展流量分配；位于分界限上的各節(jié)點的流量，往往由幾個水源同時供應；各水源供水范圍內(nèi)的全部節(jié)點流量加上分界限上的由該水源供應的節(jié)點流量之和，應等于該水源供水量。49.思索題試述單水源樹狀網(wǎng)、環(huán)狀網(wǎng)及多水源環(huán)狀網(wǎng)管段流

19、量分配的方法、特點以及步驟。50. 5.5 管徑計算 定線干管、銜接納走向與位置 管段計算流量 管段的管徑設計計算的主要課題之一一、管徑確定1、管徑計算公式 由水力學公式可知，流量、流速和過水斷面之間的關系為 式中 q 管段內(nèi)經(jīng)過的流量，m3/s； A 水管斷面積，m2； v 管段內(nèi)水的流速，m/s。 各管段的管徑計算公式為51.2、流速范圍1技術(shù)方面最大設計流速不超越2.53m/s緣由：為了防止管網(wǎng)水錘景象出現(xiàn)事故。水錘：在壓力管道中，由于流速的猛烈變化而引起的一系列急劇的壓力交替升降的水力沖擊景象。最低流速不小于0.6m/s緣由：為了在保送渾濁的原水時，防止水中懸浮物質(zhì)在水管內(nèi)堆積。所以，

20、流速范圍為0.62.53m/s52.2經(jīng)濟方面管網(wǎng)造價、日常輸水電費綜合思索，但不能同時滿足、矛盾、不能兼得由公式 可知， 與 成反比 小 管網(wǎng)造價大 水頭損失小 水泵揚程小 電費小 最優(yōu)化處理方法 大 管網(wǎng)造價小 水頭損失大 水泵揚程大 電費多 求一個經(jīng)濟流速 ：在投資期限內(nèi)t年內(nèi)，管網(wǎng)造價和管理費用電費之和最小時的流速。 ：經(jīng)濟管徑由 確定 53.二、求經(jīng)濟流速過程1、總費用公式 ：年內(nèi)的總費用 ：一次投資的管網(wǎng)造價 ：每年的管理費用， ，包括電費 ，折舊費包括修繕費折舊費與管網(wǎng)造價有關，可表示為 ：管網(wǎng)的折舊和大修率，以管網(wǎng)造價的計54.2、一年為根底求年折算費用：有條件地將造價折算為一

21、年的費用可以看出：C ：隨D增大或減小而添加 C、M1都和D、有關 M1：隨D增大或減小而添加 那么，W可用v的函數(shù)表示，也可以用D的函數(shù)表示55.0DeDM1WW0vevM1WW3、W與v、D的關系圖 年折算費用和管徑的關系 年折算費用和流速的關系 是一條下凹的曲線，最低點處對應的就是 、56.4、經(jīng)濟流速 確定原那么1各城市經(jīng)濟流速按各地條件而定由于各個城市的水管資料和價錢、施工費用、電費等都不同，因此不能直接套用其他城市的數(shù)據(jù)。2管網(wǎng)中各管段 不一樣隨管網(wǎng)圖形、該管段在管網(wǎng)中的位置、該管段流量和管網(wǎng)總流量的比例等決議。3有時用“界限流量表定 書92頁表7157.4采用平均經(jīng)濟流速 書38

22、頁表51由于實際計算W復雜，有難度。大管徑取較大的平均經(jīng)濟流速小管徑取較小的平均經(jīng)濟流速5 不一定是規(guī)范直徑，普通取接近值管徑（mm）平均經(jīng)濟流速（m/s） D=100400 D4000.60.90.91.458.思索題從技術(shù)方面思索，流速范圍為多少？什么叫經(jīng)濟流速、年折算費用。分析年折算費用和管徑、流速之間的關系。59.5.6 水頭損失計算 一、根本概念1、組成沿程水頭損失 ：沿管線長度的沿程阻力引起的水頭損失。部分水頭損失 ：在配件、附件如彎管、閥門、漸縮管等這些地方的部分阻力引起的水頭損失。 水頭損失60.在給水管網(wǎng)中，由于管道的長度較長，沿程水頭損失是遠遠大于部分水頭損失的，所以在計算

23、時，主要思索沿程水頭損失，部分水頭損失通常忽略不計， 。假設有必要時，可以將沿程水頭損失乘以1.051.10的系數(shù)，以計及部分水頭損失。61.2、水壓和水頭損失之間的關系給水管網(wǎng)中的任一管段兩端節(jié)點的水壓和該管段的水頭損失存在著這樣的等式關系：其中： 指管段i、j的水頭損失； 指從某一基準面算起的管段起端i和終端j的水壓。62.3、兩類情況在實踐運用中，常遇到兩種計算水頭損失的情況：(1)對實踐運轉(zhuǎn)管網(wǎng)進展測試時，常用 來計算管段的水頭損失； (2)在工程設計計算時，常利用各種水頭損失計算公式或利用這些公式制成的水力計算表，進展管段水頭損失計算。63.二、水頭損失計算的普通公式1、公式 由水力

24、學中得到的水頭損失計算公式為 。i：單位管段長度的水頭損失或水力坡度前面曾經(jīng)知道管段計算流量確實定，那么如今就要推導出流量和水頭損失之間的關系，就是要用流量來表達水頭損失。64.2、推導主要是根據(jù)謝才公式，也就是均勻流流速公式來推導的。 指管內(nèi)的平均流速 ：謝才系數(shù) ：水力半徑 為管段的計算內(nèi)徑 這是把分子、分母各乘以一個2g，也就是兩倍的 重力加速度 這時把 代入公式 由于阻力系數(shù) ，將 代入 管徑的計算公式 代入65. 簡化 這時再將 代入 整理 把 定義為 ，即比阻66.普通情況下 ：水管摩阻系數(shù) 均勻流 n=2 從公式可以看出，長度和流量都可以求出，那么要求水頭損失，就需求求出比阻值

25、，所以下面開場將比阻值 確實定 67.3、比阻確實定要素水力學中講過水的流動有三種流態(tài)：層流、紊流和介于兩者之間的過渡流。而對給水管網(wǎng)進展水力計算時都是按照紊流思索的。而紊流流態(tài)又分為三個阻力平方區(qū)，而在這三個阻力平方區(qū)內(nèi)的比阻確實定要素又是不一樣的。1阻力平方區(qū)： 和管徑、水管粗造程度有關舊鑄鐵管、舊鋼管 1.2m/s；金屬管內(nèi)壁無特殊防腐措施2過渡區(qū)： 和管徑、水管粗造程度、Re有關舊鑄鐵管、舊鋼管 1.2m/s；石棉水泥管3水力光滑區(qū)： 和管徑、Re有關塑料管、玻璃管68.三、運用較廣泛的水頭損失公式1舍維列夫公式 國內(nèi)常用，普通適用于舊鑄鐵管、舊鋼管，水溫100C2巴甫洛夫斯基公式國內(nèi)

26、常用，普通適用于混凝土管、鋼筋混凝土管、渠道69.3海曾威廉公式北美、西歐、日本等一些西方國家常用公式適用范圍廣，適用于各種管材4柯爾勃洛克公式適用范圍廣，較接近實踐，但運算復雜70.四、水力計算表水力計算表是在工程設計中，按照不同的管材和相應的水頭損失計算公式預先算好編制成的。表中列有流量、管徑、流速、坡度四組數(shù)據(jù)。所查表格應該和所采用的管材相一致，不能任一套用。 QDN75100125150200m3/hL/sv1000iv1000iv1000iv1000iv1000i11.52.6722.61.4348.30.9515.10.666.070.371.4611.752.7323.61.5350.40.9715.80.676.310.3