《管網(wǎng)水力計(jì)算》PPT課件.ppt

第6章 管網(wǎng)水力計(jì)算 6.1 樹狀管網(wǎng)計(jì)算,計(jì)算步驟： 確定各管段的流量； 根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速選取標(biāo)準(zhǔn)管徑； 計(jì)算各管段的水頭損失； 確定控制點(diǎn)； 計(jì)算控制線路的總水頭損失，確定水泵揚(yáng)程或水塔高度； 確定各支管可利用的剩余水頭； 計(jì)算各支管的平均水力坡度，選定管徑。,某城市供水區(qū)用水人口5萬(wàn)人，最高日用水量定額為150/(人)，要求最小服務(wù)水頭為16。節(jié)點(diǎn)接某工廠，工業(yè)用水量為4003/，兩班制，均勻使用。城市地形平坦，地面標(biāo)高為5.OO。,1總用水量 設(shè)計(jì)最高日生活用水量： 500000.157500m3/d86.81L/s 工業(yè)用水量： 4001625m3/h6.94L/s 總水量為： Q86.816.9493.75L/s 2管線總長(zhǎng)度：L2425m，其中水塔到節(jié)點(diǎn)0的管段兩側(cè)無(wú)用戶不計(jì)入。 3比流量： (93.756.94)24250.0358L/s,4沿線流量：,5節(jié)點(diǎn)流量：,6干管水力計(jì)算：,選定節(jié)點(diǎn)8為控制點(diǎn)，按經(jīng)濟(jì)流速確定管徑。,7支管水力計(jì)算：,8確定水塔高度和水泵揚(yáng)程,水泵揚(yáng)程需要根據(jù)水塔的水深、吸水井最低水位標(biāo)高、水泵吸水管路和壓水管水頭損失計(jì)算確定。,6.2 環(huán)狀網(wǎng)計(jì)算原理 環(huán)方程組解法 原理：在初步分配流量的基礎(chǔ)上，逐步調(diào)整管段流量以滿足能量方程。,L個(gè)非線形的能量方程：,初步分配的流量一般不滿足能量方程：,初步分配流量與實(shí)際流量的的差額為q，實(shí)際流量應(yīng)滿足能量方程：,將函數(shù)在分配流量上展開，并忽略高階微量：,方程組的第一部分稱為閉合差：,將閉合差項(xiàng)移到方程組的左邊，得到關(guān)于流量誤差（校正流量）的線性方程組：,利用線性代數(shù)的多種方法可求解出校正流量。因?yàn)楹雎粤烁唠A項(xiàng)，得到的解仍然不能滿足能量方程，需要反復(fù)迭代求解，直到誤差小于允許誤差值。,節(jié)點(diǎn)方程組解法 原理：在初步擬訂壓力的基礎(chǔ)上，逐步調(diào)整節(jié)點(diǎn)水壓以滿足連續(xù)性方程。 節(jié)點(diǎn)流量應(yīng)該滿足連續(xù)性方程：,個(gè)連續(xù)性方程：,一般表達(dá)式：,初步擬定的水壓一般不滿足連續(xù)性方程：,初步擬定水壓與實(shí)際水壓的差額為，實(shí)際水壓應(yīng)滿足連續(xù)性方程：,將函數(shù)在分配流量上展開，并忽略高階微量：,方程組的第一部分稱為閉合差：,將閉合差項(xiàng)移到方程組的右邊，得到關(guān)于水壓誤差（校正壓力）的線性方程組：,求解步驟： 根據(jù)已知節(jié)點(diǎn)（控制點(diǎn)和泵站）的水壓，初步確定其他各節(jié)點(diǎn)的水壓； 根據(jù)流量與水頭損失的關(guān)系求出各管段的流量； 計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的不平衡流量； 計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的校正壓力； 重復(fù)第24步直到校正壓力符合要求為止。,管段方程組解法 原理：直接聯(lián)立求解 J-S 個(gè)連續(xù)性方程和 L 個(gè)能量方程，求出 PL+J-S 個(gè)管段流量。 具體步驟： 對(duì)能量方程進(jìn)行線性化處理； 給定流量初值并計(jì)算線性系數(shù)； 解線性方程求出管段流量； 根據(jù)所得流量計(jì)算線性系數(shù)并重新求解管段流量直到誤差符合要求。,連續(xù)性方程：,能量方程：,將非線形的能量方程轉(zhuǎn)化為線性方程：,6.3 環(huán)狀網(wǎng)平差方法 1. 哈代-克羅斯法,忽略相鄰環(huán)校正流量和二階微量的影響：,校正流量的符號(hào)與水頭損失閉合差的符號(hào)相反,步驟： 根據(jù)連續(xù)性條件初步分配管段流量； 計(jì)算各管段的水頭損失； 以順時(shí)針方向?yàn)檎鏁r(shí)針方向?yàn)樨?fù)，計(jì)算各環(huán)的水頭損失閉合差； 計(jì)算各管段的Sijqij和每一環(huán)的Sijqij； 計(jì)算各環(huán)的校正流量； 將管段流量加上校正流量重新計(jì)算水頭損失，直到最大閉合差小于允許誤差為止。,2. 最大閉合差的環(huán)校正法 管網(wǎng)平差過程中，任一環(huán)的校正流量都會(huì)對(duì)相鄰環(huán)產(chǎn)生影響。一般說(shuō)來(lái)，閉合差越大校正流量越大，對(duì)鄰環(huán)的影響也就越大。值得注意的是，對(duì)閉合差方向相同的鄰環(huán)會(huì)加大其閉合差，對(duì)閉合差方向相反的相鄰環(huán)則會(huì)縮小閉合差。最大閉合差校正法就是在每次平差時(shí)選擇閉合差最大的環(huán)進(jìn)行平差。最大閉合差不一定是基環(huán)的閉合差。,3. 多水源管網(wǎng)平差 多水源給水管網(wǎng)的平差，只需將S個(gè)水源節(jié)點(diǎn)用一個(gè)虛節(jié)點(diǎn)相連接，構(gòu)成一個(gè)含有-1個(gè)虛環(huán)的單水源給水系統(tǒng)。水源節(jié)點(diǎn)與虛節(jié)點(diǎn)相連接的管段稱為虛管段，虛管段中的流量等于水源節(jié)點(diǎn)的供水量，管段流量方向是從虛節(jié)點(diǎn)流向水源節(jié)點(diǎn)。虛管段的水頭損失等于各水源節(jié)點(diǎn)水壓，方向是水源節(jié)點(diǎn)指向虛節(jié)點(diǎn)。,0,h=水塔水位高度,h=水泵揚(yáng)程,4. 管網(wǎng)計(jì)算時(shí)的水泵特性方程 水泵高效區(qū)的流量與揚(yáng)程之間的關(guān)系可用二次曲線模擬：,5. 管網(wǎng)核算,消防時(shí) 根據(jù)城鎮(zhèn)和各類建筑的規(guī)模，確定同一時(shí)間發(fā)生的火災(zāi)次數(shù)以及一次滅火用水量。按照滿足最不利條件的原則，將著火點(diǎn)放在控制點(diǎn)及遠(yuǎn)離泵站的大用戶處。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，所需自由水頭較小，但由于水頭損失增大，水泵揚(yáng)程不一定符合要求，必要時(shí)應(yīng)增設(shè)消防水泵。,最大轉(zhuǎn)輸時(shí) 設(shè)置對(duì)置水塔的給水系統(tǒng)，在最大用水小時(shí)由水泵和水塔同時(shí)供水，水塔的高度必定高于控制點(diǎn)的自由水頭，當(dāng)出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)輸流量時(shí)，水泵必須能供水到水塔。 事故時(shí) 管網(wǎng)中任一管段在檢修過程中，系統(tǒng)的供水量都不應(yīng)小于最高用水時(shí)的70%。,二泵站供水曲線,用水曲線,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24,最大用水小時(shí),最大轉(zhuǎn)輸小時(shí),校核條件：,消防時(shí)節(jié)點(diǎn)流量等于最大用水小時(shí)節(jié)點(diǎn)流量加消防流量；水泵揚(yáng)程滿足最不利消火栓處水壓10mH2O；,最大轉(zhuǎn)輸時(shí)節(jié)點(diǎn)流量等于最大轉(zhuǎn)輸小時(shí)用水量與最大小時(shí)用水量之比乘以最大小時(shí)節(jié)點(diǎn)流量；水泵揚(yáng)程滿足水塔最高水位；,事故時(shí)節(jié)點(diǎn)流量等于70最大小時(shí)節(jié)點(diǎn)流量；水泵揚(yáng)程滿足最小服務(wù)水頭。,6.4 輸水管（渠）計(jì)算,水位差H已知的壓力輸水管 要求輸水量為Q，平行敷設(shè)直徑和長(zhǎng)度相同的輸水管線n條，則每條管線的流量為Q/n，當(dāng)一條管線損壞時(shí)，平行的輸水管線為n -條，系統(tǒng)的輸水能力變成Q Q/n，要保證70%的設(shè)計(jì)流量，需要平行布置四條輸水管。,平行敷設(shè)兩條彼此獨(dú)立的輸水管：,正常運(yùn)行,事故運(yùn)行,平行敷設(shè)兩條輸水管，等距離設(shè)置N條聯(lián)絡(luò)管段：,正常運(yùn)行,事故運(yùn)行,不同聯(lián)絡(luò)管段數(shù)的事故流量,水泵供水的輸水管,Sd為輸水管的當(dāng)量摩阻,輸水管特性曲線：,水泵特性曲線：,正常運(yùn)行流量：,輸水管用n 1條連接管等分成n段，其中任一管段發(fā)生故障時(shí)：,事故運(yùn)行流量：,流量比為：,解出分段數(shù)：,6.5 應(yīng)用計(jì)算機(jī)解管網(wǎng)問題,首先對(duì)所需進(jìn)行計(jì)算的管網(wǎng)加以簡(jiǎn)化，然后對(duì)節(jié)點(diǎn)、管段和環(huán)進(jìn)行編號(hào)。標(biāo)明管段流量和節(jié)點(diǎn)流量的流向。,建立銜接矩陣的方法： 銜接矩陣的行數(shù)等于獨(dú)立節(jié)點(diǎn)數(shù)，列數(shù)等于管段數(shù)。在行列的交叉位置分別填入0、1和-1，管段與節(jié)點(diǎn)不相連時(shí)取0，管段中的流量流向節(jié)點(diǎn)時(shí)取-1，離開節(jié)點(diǎn)時(shí)取1。因?yàn)槊恳还芏沃慌c兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，故每一列只有兩個(gè)非零數(shù)值，一個(gè)為1，另一個(gè)為-1。增廣矩陣由兩部分組成，即管段流量部分和節(jié)點(diǎn)流量部分。對(duì)于節(jié)點(diǎn)流量部分，只有對(duì)角線上的元素不為零，且水源節(jié)點(diǎn)為-1，非水源節(jié)點(diǎn)為1。,流量向量元素位置要與銜接矩陣相對(duì)應(yīng)。,回路矩陣的行數(shù)等于環(huán)數(shù)，列數(shù)等于管段數(shù)。在行和列的交叉位置分別填入0、1或-1，管段與環(huán)不相關(guān)取0，管段中水流方向?yàn)槟鏁r(shí)針時(shí)取-1，順時(shí)針時(shí)取1。每一管段只能與兩個(gè)環(huán)相關(guān)，故每一列最多只有兩個(gè)非零數(shù)值，一個(gè)為1，另一個(gè)為-1。,水頭損失向量元素位置要與回路矩陣相對(duì)應(yīng),建立回路矩陣的方法：,非線性方程的線性化,肚松衯宸Z厬圪?呂Z?拶?騚咡譪4#漲?鞗籽?菮=PM櫶k?卌蠑?q駜6項(xiàng)縠餗q鷹|U鬨潷歒?淬盭睟覙6u姮?M+/l!ol諉:?5?磐嵸?錺潗 T?鈪醞3h袳牒唣?罐CB?捓鐒k挭鑈p衈聮嗌蜞敏?l孰PB潉?潕,肚松衯?雎?lián)]=?牓2d?h糖 =M痞 ?(瘣滸?(h?棧哐鋃$*?z3蓚W傯=%u旄 冏?塧?腦?U ZYYh? w鵓?鎂+x脲燴哠K?q梽桃羀徬 ?w?錭X?C?e ?gei鎃+,nit噈鲃c?u锳9硄輕儍L8踇縎;W岐?u rH?Wx鵛8吷y兞戀W 六堲?-猴w兂.+嬼?墎娮?嗠鸊GiJ倭rJ ?侜! ?u?“唻蕛?凓|?縖鴰嬔r責(zé)| A伾鼐*?%磣嬓冴苻高Hv霼?m |兪T? 4撠?聝 ?飌Z0?t蕞筍訌?3髀続c?p?t 壉鄪Mr+?p; 8齚 p蕞驅(qū)_嬝3? ?%?佝較#?u嬻芺婩*?莀 X_? 萄阯K詴qM?x拱曃?鳡?+腰+?艃?U?葭?橗?岶%媗祆?呿祴?峙 %Ms?叫篂?X?$?F笂斚汶弸邏s?苾铏p蔭淥?呉坡Y詢生蓯籀塡塠=?鬋昆?SZ?|_)5隠瑾.觠0峗E ?王?謷呻u?蓌X0 ?艣專?u ?V=Zt望?v;3蒛h8#?d?z痣W兠兯凔?黃T?彄貖? ty?嗥肻BuS U?x墊侓?嬎茆=D彎塎偗aN?婻鞽