給水管網(wǎng)水力計(jì)算基礎(chǔ)

1、第3章 給水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ),第3章 給水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ),3.1給水管網(wǎng)水流特征 3.2管渠水頭損失計(jì)算 3.3給水系統(tǒng)的水壓關(guān)系（補(bǔ)充） 3.4管道的水力等效簡(jiǎn)化 3.5給水管網(wǎng)模型,3.1 給水管網(wǎng)水流特征,3.1.1管網(wǎng)中的流態(tài)分析 流態(tài)特征 水的三種流態(tài)： 層流 Re4000 過(guò)渡流 20004000 給水排水管網(wǎng)水流一般處在紊流流態(tài) 紊流流態(tài)分為三個(gè)阻力特征區(qū)： 阻力平方區(qū) 水頭損失與流速平方成正比 過(guò)渡區(qū) 水頭損失和流速1.752次方成正比 水力光滑管區(qū) 水頭損失和流速1.75次方成正比 給水排水管網(wǎng)水流一般處在阻力平方區(qū)和過(guò)渡區(qū),3.1.2恒定流與非恒定流,給水排水管網(wǎng)中，水流水力

2、因素隨時(shí)間變化，屬于非恒定流，水力計(jì)算復(fù)雜。 在設(shè)計(jì)時(shí)一般只能按恒定流計(jì)算,3.1.3均勻流與非均勻流,非均勻流：水流參數(shù)隨空間變化。 滿管流動(dòng) 1）如果管道截面在一段距離內(nèi)不變且不發(fā)生轉(zhuǎn)彎，為均勻流，管道對(duì)水流阻力沿程不變，采用沿程水頭損失公式計(jì)算； 2）當(dāng)管道在局部分叉、轉(zhuǎn)彎與變截面時(shí)，流動(dòng)為非均勻流，采用局部水頭損失公式計(jì)算。 非滿管流或渠流，只要長(zhǎng)距離截面不變，可以近似為均勻流,3.1.4 壓力流與重力流,壓力流輸水通過(guò)封閉的管道進(jìn)行，水流阻力主要依靠水的壓能克服，阻力大小只與管道內(nèi)壁粗糙程度有關(guān)、管道長(zhǎng)度和流速有關(guān)，與管道埋設(shè)深度和坡度無(wú)關(guān)。 重力流管渠中水面與大氣相通，非滿流，水流

3、阻力依靠水的位能克服，形成水面沿水流方向降低。 給水多壓力流，排水多重力流； 長(zhǎng)距離輸水重力流，排水泵站出水管、倒虹管壓力流,3.1.5水流的水頭與水頭損失,水頭：?jiǎn)挝恢亓康牧黧w所具有的機(jī)械能，用h或H表示，單位米水柱(mH2O)。 位置水頭Z 壓力水頭P/r 測(cè)壓管水頭 流速水頭v2/2g,3.2 管渠水頭損失,流體克服流動(dòng)阻力所消耗的機(jī)械能稱為水頭損失。 當(dāng)流體受固定邊界限制做均勻流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)阻力中只有沿程不變的切應(yīng)力，稱為沿程阻力。由沿程阻力引起的水頭損失成為沿程水頭損失。 當(dāng)流體的固定邊界發(fā)生突然變化，引起流速分布或方向發(fā)生變化，從而集中發(fā)生在較短范圍的阻力稱為局部阻力。由局部阻力引起

4、的水頭損失成為局部水頭損失,3.2 管渠水頭損失計(jì)算,謝才公式 hf沿程水頭損失，m； v過(guò)水?dāng)嗝嫫骄魉伲琺/s； C謝才系數(shù)； R過(guò)水?dāng)嗝嫠Π霃?，m，圓管流R=0.25D； l管渠長(zhǎng)度，m,3.2.1 沿程水頭損失計(jì)算,沿程水頭損失計(jì)算,對(duì)于圓管滿流，達(dá)西公式： D管段直徑，m； g 重力加速度，m/s 2； 沿程阻力系數(shù)， =8g/C2,謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的確定,1）舍維列夫公式 適用于舊鑄鐵管和舊鋼管滿管紊流，水溫10度，常用于給水管道水力計(jì)算,謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的確定,2）海曾-威廉公式 適用于較光滑的圓管滿流管紊流計(jì)算，主要用于給水管道水力計(jì)算。 q流量，m3/s； Cw

5、海曾-威廉粗糙系數(shù),謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的確定,3）柯?tīng)柌蹇?懷特公式 適用于各種紊流，是適用性和計(jì)算精度最高的公式之一。 e 管壁當(dāng)量粗糙度，m,謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的確定,4）巴甫洛夫斯基公式 適用于明渠流和非滿流排水管道計(jì)算,謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的確定,5）曼寧公式 巴甫洛夫斯基公式中y=1/6時(shí)的特例，適用于明渠或較粗糙的管道計(jì)算。 nM曼寧公式粗糙系數(shù),3.2.2沿程水頭損失計(jì)算公式的比較與選用,柯?tīng)柌蹇?懷特公式具有較高的精度; 巴甫洛夫斯基公式具有較寬的適用范圍，1.0e 5.0mm; 曼寧公式適用于較粗糙的管道, 0.5e 4.0mm; 海曾-威廉公式適用于較光滑的管

6、道,e 0.25mm; 舍維列夫公式適用于1.0e 1.5mm,3.2.3 局部水頭損失計(jì)算,3.2.4水頭損失公式的指數(shù)形式,沿程水頭損失計(jì)算公式的指數(shù)形式,局部水頭損失公式的指數(shù)形式,由一泵站供凈水廠,3.3 給水系統(tǒng)的水壓關(guān)系,無(wú)水塔時(shí)二泵站壓力,控制點(diǎn),向前置水塔和管網(wǎng)供水時(shí)的壓力,消防時(shí)水壓,3.4 管道的水力等效簡(jiǎn)化,采用水力等效的原理，將局部管網(wǎng)簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單的形式。 多條管道串聯(lián)或并聯(lián)，等效為單條管道； 管道沿線分散出流或入流，等效為集中出流或如流； 泵站多臺(tái)水泵并聯(lián)工作可以等效為單臺(tái)水泵,l1 l2 lN d1 d2 dN,3.4.1 串聯(lián)管道的簡(jiǎn)化,根據(jù)水力等效的原則,3.4.

7、1并聯(lián)管道的簡(jiǎn)化,將它們等效為一條直徑為d，長(zhǎng)度為l的管道，輸送流量q=q1+q2+qN。 根據(jù)水力等效的原則,任一管段的流量：沿線流量，轉(zhuǎn)輸流量,3.4.2 沿線均勻出流簡(jiǎn)化,假設(shè)沿線出流均勻，則管道內(nèi)任意斷面x上的流量可以表示為：沿程水頭損失計(jì)算如下,為簡(jiǎn)化計(jì)算，將沿線流量ql分為兩個(gè)集中流量，分別轉(zhuǎn)移到管段的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。 假設(shè)轉(zhuǎn)移到末端的流量為aql，則通過(guò)管道流量為： 水頭損失為,根據(jù)水力等效原則,由此表明，管道沿線出流的流量可以近似地一分為二，轉(zhuǎn)移到兩個(gè)端點(diǎn)上,3.5 給水管網(wǎng)模型,給水管網(wǎng)是一類大規(guī)模且復(fù)雜多變的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為了便于規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理，應(yīng)將其簡(jiǎn)化和抽象以便于用圖形和數(shù)

8、據(jù)表達(dá)和分析的系統(tǒng)，稱為給水管網(wǎng)模型,3.5.1 給水管網(wǎng)的簡(jiǎn)化,所謂簡(jiǎn)化，就是從實(shí)際系統(tǒng)中去掉一些比較次要的給水排水設(shè)施，使分析和計(jì)算集中于主要對(duì)象。 簡(jiǎn)化原則：宏觀等效原則；最小誤差原則,簡(jiǎn)化方法： 1）刪除次要管線，保留主管線； 2）交叉點(diǎn)近可合并為同一交叉點(diǎn)； 3）將全開(kāi)閥門(mén)去掉，將管線從全閉閥門(mén)處切斷； 4）采用水力等效原則將不同管材和規(guī)格等效為單一管材和規(guī)格； 5）并聯(lián)管線可簡(jiǎn)化為單管線； 6）大系統(tǒng)可拆分為多個(gè)小系統(tǒng)。 附屬設(shè)施簡(jiǎn)化： 1）刪除不影響全局水力特性的設(shè)施； 2）將同一處的多個(gè)相同設(shè)施合并,3.5.2 給水管網(wǎng)的抽象,所謂抽象，就是忽略所分析和處理對(duì)象的一些具體特征，

9、而將它們視為模型中的元素，只考慮它們的拓?fù)潢P(guān)系和水力特性。 經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的給水排水管網(wǎng)進(jìn)一步抽象成為僅由管段和節(jié)點(diǎn)兩類元素組成的管網(wǎng)模型,管段和節(jié)點(diǎn),管段：管線和泵站等簡(jiǎn)化后的抽象形式，只輸送水量，不允許改變水量，但可以改變水的能量。 當(dāng)管線中間有較大的集中流量時(shí)，應(yīng)在集中流量點(diǎn)處劃分管段，設(shè)置節(jié)點(diǎn)。 泵站、減壓閥、跌水井、非全開(kāi)閥門(mén)等應(yīng)設(shè)于管段上。 節(jié)點(diǎn)：管線交叉點(diǎn)、端點(diǎn)或大流量出入點(diǎn)的抽象形式。水的能量唯一，但有流量的輸入或輸出,管段和節(jié)點(diǎn)的屬性,管段屬性 構(gòu)造屬性：管長(zhǎng)、直徑、粗糙系數(shù)。 拓?fù)鋵傩裕汗芏畏较颉⑵瘘c(diǎn)、終點(diǎn)。 水力屬性：流量、流速、揚(yáng)程、摩阻，壓降。 節(jié)點(diǎn)屬性 構(gòu)造屬性：高程、位置。 拓?fù)鋵傩裕号c節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的管段及其方向、節(jié)點(diǎn)的度；（與某節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的管段的數(shù)目稱為該節(jié)點(diǎn)的度） 水力屬性：節(jié)點(diǎn)流量、節(jié)點(diǎn)水頭、自由水頭,3.5.3管網(wǎng)模型的標(biāo)識(shí),1）節(jié)點(diǎn)和管段編號(hào) 節(jié)點(diǎn)（1）,（2） 管段1,2 （2）管段方向的設(shè)定 任意設(shè)定，不一定等