Ch8環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算與水力工況分析

Ch8環(huán)狀管網(wǎng)

水力計(jì)算與水力工況分析8.2恒定流管網(wǎng)特性方程組及求解方法8.3

環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算8.1管網(wǎng)圖及矩陣表示8.4

環(huán)狀管網(wǎng)水力工況分析與調(diào)節(jié)8.1管網(wǎng)圖及矩陣表示一、基本概念1、沿線流量（途泄流量）沿管道流出供給用戶的分散流量。比流量：?jiǎn)挝还荛L(zhǎng)的沿線流量。2、轉(zhuǎn)輸流量（集中流量）輸送到下游管段的流量。3、節(jié)點(diǎn)流量在節(jié)點(diǎn)處流入或流出的流量。沿線流量在計(jì)算時(shí)需要轉(zhuǎn)移到管段兩端節(jié)點(diǎn)上。沿線流量轉(zhuǎn)移到管段起點(diǎn)的流量比例為α，終點(diǎn)的流量比例為1-α。燃?xì)夤芫W(wǎng)α=0.55，給水管網(wǎng)α=0.5。集中流量折算時(shí)，可將集中流量處設(shè)置節(jié)點(diǎn)，也可按距離起點(diǎn)和終點(diǎn)的距離的反比折算。節(jié)點(diǎn)流量包括：節(jié)點(diǎn)原來(lái)流量沿線流量折算流量集中流量折算流量節(jié)點(diǎn)流量符號(hào)流入為+，流出為—管網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)流量代數(shù)和為0。例8-1低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)，燃?xì)獾南鄬?duì)密度為0.55。居民用戶日用氣量為4m3/戶，高峰途泄流量為0.4m3/h戶。計(jì)算各節(jié)點(diǎn)流量。解：1）給節(jié)點(diǎn)、管段編號(hào)，假定流向。2）計(jì)算節(jié)點(diǎn)流量。沿線流量折算集中流量折算求節(jié)點(diǎn)流量的代數(shù)和注意：流量的正負(fù)號(hào)。圖8-1-1低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)沿線流量為0.4m3/h?戶

二、管網(wǎng)圖將管網(wǎng)簡(jiǎn)化為節(jié)點(diǎn)和管線的網(wǎng)絡(luò)圖。節(jié)點(diǎn)具有幾何位置屬性、流量和壓力屬性、拓?fù)鋵傩?。管線具有管長(zhǎng)、管徑、粗糙度等構(gòu)造屬性、流量和阻力屬性、拓?fù)鋵傩?。管線中間無(wú)流量進(jìn)出。三、圖論基本概念1、圖節(jié)點(diǎn)：管段的交匯點(diǎn)。分支：節(jié)點(diǎn)間的管線。圖：節(jié)點(diǎn)和分支組成的集合。有向圖：管線具有方向的圖。2、關(guān)聯(lián)分支與其兩個(gè)端點(diǎn)是關(guān)聯(lián)的。節(jié)點(diǎn)與其連接的分支是關(guān)聯(lián)的。3、鏈與回路鏈：節(jié)點(diǎn)-分支-節(jié)點(diǎn)-分支…組成的交替序列?；炬湥烘溨谐瘘c(diǎn)和終點(diǎn)外，所包含的節(jié)點(diǎn)各不相同?；芈罚洪]合的鏈?；净芈罚洪]合的基本鏈。4、通路鏈中各分支方向一致，前一分支的末點(diǎn)是后繼分支的始點(diǎn)?；就罚汗?jié)點(diǎn)各不相同的通路。5、有向賦權(quán)圖將分支和節(jié)點(diǎn)的水力屬性或構(gòu)造屬性作為權(quán)值，賦予分支和節(jié)點(diǎn)的管網(wǎng)圖。6、樹(shù)定義：不包含任何回路的連通圖。性質(zhì)：1）任意兩節(jié)點(diǎn)間由唯一的基本鏈連接；2）在不相鄰的兩節(jié)點(diǎn)間加上一條邊即形成回路；3）若節(jié)點(diǎn)數(shù)為J，分支數(shù)為L(zhǎng)，L=J-1。7、生成樹(shù)和最小樹(shù)生成樹(shù)：連通圖的一個(gè)子圖，包含全部節(jié)點(diǎn)和連接各節(jié)點(diǎn)的分支，但不包含任何回路。圖8-1-4以分支阻抗為權(quán)的有向賦權(quán)圖

圖8-1-5生成樹(shù)

余樹(shù)：圖中除生成樹(shù)以外的分支。最小樹(shù)：各分支賦權(quán)值之和最小的樹(shù)，Tmin。最大樹(shù)：各分支賦權(quán)值之和最大的樹(shù)，Tmax。四、管網(wǎng)的矩陣表示1、關(guān)聯(lián)矩陣表示分支與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)關(guān)系的矩陣?；娟P(guān)聯(lián)矩陣J*N階關(guān)聯(lián)矩陣的秩為J-1。任意(J-1)*N階矩陣為基本關(guān)聯(lián)矩陣。2、基本回路矩陣有向連通圖中各分支與基本回路間的關(guān)系矩陣。基本回路矩陣的秩為M=N-J+1圖8-1-6基本回路與基本回路矩陣

獨(dú)立回路矩陣基本回路矩陣中，M個(gè)獨(dú)立回路對(duì)應(yīng)的子矩陣。獨(dú)立回路選取方法8.2恒定流管網(wǎng)特性方程組及求解方法一、節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組根據(jù)節(jié)點(diǎn)質(zhì)量守恒，可得節(jié)點(diǎn)流量方程（連續(xù)性方程）矩陣表示節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組二、回路壓力平衡方程組由能量守恒，管網(wǎng)恒定流動(dòng)時(shí)，在任意回路中沿回路方向，各個(gè)分支管路壓降的代數(shù)和為0?？傻锚?dú)立回路壓力平衡方程：矩陣形式：三、分支阻力定律四、泵或風(fēng)機(jī)性能曲線代數(shù)方程插入法拉格朗日二次插值公式。五、求解恒定流管網(wǎng)特性方程組當(dāng)N-J+1>0時(shí)，獨(dú)立回路壓力平衡方程組為非線性方程組，有N-J+1個(gè)方程。節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組為線性方程組，有J-1個(gè)方程。共有N個(gè)方程，待求未知數(shù)為N個(gè)管段（分支）的流量。8.3環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算水力計(jì)算的任務(wù)：確定各個(gè)管段的管徑，計(jì)算流動(dòng)阻力，確定所需的動(dòng)力。已知條件：用戶的設(shè)計(jì)流量；管網(wǎng)的布置。水力計(jì)算步驟：區(qū)域供熱供水管網(wǎng)，設(shè)計(jì)供水溫度110℃，回水溫度70℃。該集中供熱管網(wǎng)共有15個(gè)熱用戶，全部采用水/水換熱器與室內(nèi)采暖管網(wǎng)間接連接。所有用戶預(yù)留的資用壓頭是8mH2O。每個(gè)熱力站的熱水循環(huán)流量，示于圖中。1、繪制管網(wǎng)圖，計(jì)算節(jié)點(diǎn)流量統(tǒng)計(jì)各個(gè)管段的長(zhǎng)度、局部阻力形式及個(gè)數(shù)等基礎(chǔ)參數(shù)。2、環(huán)狀干線水力計(jì)算（1）繪制環(huán)狀干線圖不能直接根據(jù)節(jié)點(diǎn)流量和節(jié)點(diǎn)流量平衡規(guī)律推出管段設(shè)計(jì)流量的管段是環(huán)狀干線。把連接在環(huán)狀干線上的枝狀管線去掉，其流量轉(zhuǎn)化成連接點(diǎn)處的流量。對(duì)節(jié)點(diǎn)和管線分別編號(hào)。根據(jù)實(shí)際情況，初擬流向。（2）環(huán)狀干線流量初始分配指導(dǎo)管徑的選擇。管段流量的初始分配方案涉及管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。流量的初始分配滿足節(jié)點(diǎn)流量平衡。分配順序找到起始節(jié)點(diǎn)。按管段長(zhǎng)度的反比將節(jié)點(diǎn)流量分配至與之相連的管段上。逆著流向，由遠(yuǎn)及近在下一節(jié)點(diǎn)處分配流量。（3）初定管徑根據(jù)各管段流量初始分配的結(jié)果，按照要求的設(shè)計(jì)參數(shù)，如經(jīng)濟(jì)流速、比摩阻等，初定各管段的管徑。對(duì)于室外供熱管網(wǎng)：（4）統(tǒng)計(jì)局部阻力系數(shù)（5）管網(wǎng)平差計(jì)算實(shí)質(zhì)：求解環(huán)狀干線各管段滿足節(jié)點(diǎn)流量平衡和回路壓力平衡方程組的各管段的流量。計(jì)算機(jī)求解。（6）校核水力參數(shù)，調(diào)整管徑（7）計(jì)算節(jié)點(diǎn)參考?jí)毫φ页鲎畈焕?jié)點(diǎn)及支路。3、枝狀管線水力計(jì)算（1）計(jì)算設(shè)計(jì)流量（2）選擇最不利用戶，進(jìn)行水力計(jì)算（3）計(jì)算其余枝狀管線，進(jìn)行壓損平衡4、計(jì)算管網(wǎng)需用壓力最不利用戶與源點(diǎn)之間的回路需要的壓力。水泵揚(yáng)程：8.4環(huán)狀管網(wǎng)的水力工況分析與調(diào)節(jié)一、水力工況分析方法已知管網(wǎng)布