環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算與水力工況分析

1、10kg/h10kg/h10kg/h10kg/h10kg/h50kg/h支配流體輸配管網(wǎng)的基本規(guī)律：（1）質(zhì)量平衡。節(jié)點(diǎn)處流量平衡。（2）能量平衡。環(huán)路中動力與阻力平衡。水力計(jì)算（管網(wǎng)設(shè)計(jì)）時(shí)，已知用戶的流量需求和管網(wǎng)布置，要求通過合理選擇管徑、動力，使管網(wǎng)在設(shè)計(jì)流量下滿足這兩個(gè)基本規(guī)律。水力工況分析時(shí)：利用這兩個(gè)基本規(guī)律，在已知管網(wǎng)布置、管徑、動力設(shè)備性能的條件下，求各管段、各用戶的流量、阻力、管網(wǎng)的壓力分布等，核心任務(wù)是求解流量分布。700戶30m500戶600戶500m500m600戶5500m700戶300m100m900m800戶43調(diào)壓器1300m食堂3800戶600m200m30

2、m幼托32300m800戶6300m50m3醫(yī)院600戶工廠70m 400m7400m200m3200m8中學(xué)39圖圖8-1-1 低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)低壓燃?xì)夤芫W(wǎng) 沿線流量為沿線流量為0.4m0.4m3 3/h/h戶戶 3504293504節(jié)點(diǎn)流量(管段長度（m）調(diào)壓站h/ )m2381763370055080033250053146458423500-30500927201600260075008低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)的節(jié)點(diǎn)流量低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)的節(jié)點(diǎn)流量e16ve31ve6e2v3v4e4v2e75e5vv6= 6s1e3s=10e2321vs= 26e6e103101 1v34=s42s= 1.52ev34s5

3、=1062310v27s8=103e7e10435v5圖圖8-1-4 以分支阻抗為權(quán)的有向賦權(quán)圖以分支阻抗為權(quán)的有向賦權(quán)圖 (b)(a)ev63ev16ev3e42ev4v2v5ev6e153v3e41vv2e2ev455v圖圖8-1-5 生成樹生成樹 6543217654321000010110100000010010000101111010000100100 vvvvvveeeeeeee16ve31ve6e2v3v4e4v2e75e5v圖圖8-1-6 基本回路與基本回路矩陣基本回路與基本回路矩陣 IIIIIICCC111011110110100101101)G(Cv6e1ev32v4e3v

4、1e64ev2e7e55v 7 6 5 4 3 2 1e e e e e e e 10110100101101)(IIICCGC圖圖8-1-6 獨(dú)立獨(dú)立回路與回路與獨(dú)立獨(dú)立回路矩陣回路矩陣 v6e1ev32v4e3v1e64ev2e7e55ve6v3e1v6e3v14ve42v7ee55vv6e3v3e24ev45ev16e2v7ev5獨(dú)立獨(dú)立回路回路選取方法選取方法關(guān)聯(lián)矩陣和回路矩陣的關(guān)系0TCB0TfkCB12ffCIC 1211kkkBBB 0121211121211TfkkTfkkCBBCIBBTkTkfBBC)(11211128.2 恒定流管網(wǎng)特性方程組及其求解方法 8.2.1 節(jié)點(diǎn)

5、流量平衡方程組節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組iNjjijqQb1qBQ qQBk11JNJN個(gè)方程個(gè)管段流量未知數(shù)，節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組參考節(jié)點(diǎn)：參考節(jié)點(diǎn)：9 9 1397891656238節(jié)點(diǎn)流量()m/h調(diào)壓站管段流量()/hm3e253321169110e27201767e366458111e14293804e1927e32458314e86429175e9e47350e185e10583594293143321762384584290000000110000100001100001000011000000000110000100001100000000010010000000101

6、0100000010111110987654321QQQQQQQQQQQ樹枝流量和余枝流量之間的關(guān)系12111211qQBQBQQBBQBIIkIkIIIkkkITfkIkkkIIQCqBQBBqBQ1211211112112ITfITfIIQCQQCQq,0，則若5ev8e476ev5ev9e6810eve71ve1v2ve234ve3IIIIIIfCCCC1001000110010000110010100110016030206030102000101010000101111010012312132332110987654QQQQQQQQQQQQQQQQQQQ如圖所示管網(wǎng)，余枝為1、2、3

7、，樹枝為4、5、6、7、8、9、10。余枝流量為：Q1=60Q2=30Q3=20求樹枝管段的流量。8.2.2 回路壓力平衡方程組回路壓力平衡方程組:1形式個(gè)獨(dú)立回路，寫成矩陣 JNnjGijjijPHPc10)(0)(gfPHPCjjgjNjgjgHgPPP;10)(HPCf忽略重力作用時(shí)：8.2.3 分支阻力定律分支阻力定律njjjQSP Nj1一般取n=2。 8.2.4 泵或風(fēng)機(jī)性能曲線的代數(shù)方程泵或風(fēng)機(jī)性能曲線的代數(shù)方程 23212321jjjQCQCCHQCQCCH)()()()()()(1332213211322133321212122131211QQQQQQQQHQQHQQHCCQ

8、QQQHHCQCQCHC)()()()()()(1332213211322133321212122131211QQQQQQQQHQQHQQHCCQQQQHHCQCQCHC8.2.5 求解恒定流管網(wǎng)特性方程組的求解恒定流管網(wǎng)特性方程組的回路方程法回路方程法 當(dāng)N-J+10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。0)(HPCf 節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組為線性方程組，有J-1個(gè)方程。 qQBk共有N個(gè)方程，待求未知數(shù)為N個(gè)管段（分支）的流量。 由于回路壓力平衡方程組是非線性的，當(dāng)獨(dú)立回路數(shù)大于1時(shí)，無法直接得到解析解，需要采用數(shù)值求解方法進(jìn)行計(jì)算。目前，求解管網(wǎng)方程組的方法很多，有節(jié)

9、點(diǎn)方程法、回路方程法等。我們介紹回路方程法。 回路方程法從回路壓力平衡方程組出發(fā)，推導(dǎo)出求解余枝流量修正值，逐步迭代計(jì)算，直到得到滿足精度要求的數(shù)值解，計(jì)算原理清晰，便于計(jì)算機(jī)編程求解。ITfkIkkkIIQCqBQBBqBQ1211211112112樹枝流量可以用余枝流量代換：1,0),(0),(0),(21212211JNMQQQfQQQfQQQfMMMM獨(dú)立回路壓力平衡方程組寫成：N-J+1個(gè)余支流量未知數(shù)， N-J+1個(gè)方程?；芈贩匠谭ǖ幕静襟E Step1: 假定余枝流量； Step2: 代入獨(dú)立回路壓力平衡方程組，計(jì)算獨(dú)立回路壓力閉合差，檢查閉合差是否符合計(jì)算精度要求。符合精度要求

10、轉(zhuǎn)step4，不符合則直接進(jìn)入step3； Step3: 產(chǎn)生余枝流量修正量，進(jìn)行修正，得到修正后的余枝流量，轉(zhuǎn)step2； Step4: 得到滿足獨(dú)立回路壓力平衡方程組的余枝流量，代入節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組或利用樹枝流量和余枝流量的關(guān)系求出樹枝流量。),(),(),(,0020100201200201100201212221212111MLMMMMLLLLMQQQfQQQfQQQfQQQQfQfQfQfQfQfQfQfQf牛頓迭代法中余枝流量修正值的計(jì)算方法牛頓迭代法中余枝流量修正值的計(jì)算方法 fQA例8-3某流體輸配管網(wǎng)如圖所示，分支數(shù)N=7，節(jié)點(diǎn)數(shù)J=6，獨(dú)立回路數(shù)M=N-J+1=2，求牛頓

11、方程組的系數(shù)矩陣。 5qe5q3e3q16e67eq2e1e4qe72q54321765432101100001001010001011000011010000001qqqqqQQQQQQQ以節(jié)點(diǎn)以節(jié)點(diǎn)6為參考節(jié)為參考節(jié)點(diǎn)，列出點(diǎn)，列出節(jié)點(diǎn)流量節(jié)點(diǎn)流量平衡方程平衡方程組組5qe5q3e3q16e67eq2e1e4qe42q2142721531621315124113QQqqQQQqqqQQQqqQQqQQqQ以分支以分支1 1、2 2為余枝，可將樹枝為余枝，可將樹枝3 3、4 4、5 5、6 6、7 7的流量表示為：的流量表示為： 5qe5q3e3q16e67eq2e1e4qe42q01110

12、0101111101277266255244233222211QSQSQSQSQSQSQS回路壓力平衡方程組：0)()()()()(2214272215316221315212421132111QQqqSQQqqqSQQqqSQqSQqSQSf0)()()(22142722153162213152222QQqqSQQqqqSQQqqSQSf)(2)(2)(22)(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)()(2)(2221427215316213152221427215316213152142721531621315214272153162131512411311QQqqSQQqqqSQ

13、QqqSQSQQqqSQQqqqSQQqqSQQqqSQQqqqSQQqqSQQqqSQQqqqSQQqqSQqSQqSQSA2121210201; 0, 0),(ffQQAffQQ，設(shè)22122111,QfQfQfQfA8.3 8.3 環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算環(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)算流動阻力，確定所需的動力。 已知條件：用戶的設(shè)計(jì)流量；管網(wǎng)的布置。環(huán)狀供熱管網(wǎng)水力計(jì)算示例環(huán)狀供熱管網(wǎng)水力計(jì)算示例下圖是某城市以區(qū)域供熱工程的供水管網(wǎng)布置圖。設(shè)計(jì)供水溫度為110，回水溫度70。該管網(wǎng)的干線連成環(huán)狀。圖中畫出的是供水管線。該集中供熱管網(wǎng)共有15個(gè)熱用戶，全部采用水/水

14、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。 4熱源R流量m /h用戶編號管段編號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。（2）初定環(huán)狀干線的流向。（3）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，不同的流量分配方案，將影響管徑的選擇，從而影響管網(wǎng)的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用；當(dāng)某條管段出現(xiàn)事故時(shí)，其他管段的替代輸送能力也不相同，即管網(wǎng)的后備能力不同

15、。 流量的初始分配滿足節(jié)點(diǎn)流量平衡，并不滿足環(huán)路壓力平衡原理，管徑選擇還會影響各管段的實(shí)際流量分配。起始節(jié)點(diǎn)起始節(jié)點(diǎn)環(huán)狀干線流量初始分配次序環(huán)狀干線流量初始分配次序環(huán)狀干線流量初始分配：（1）確定流量初始分配的起始節(jié)點(diǎn)；（2）向同一節(jié)點(diǎn)輸送流量的各管段按距離反比分配流量。（4）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。對于室外供熱管網(wǎng)：381. 00476. 019. 019. 002788. 0QKRd（5）進(jìn)行管網(wǎng)平差計(jì)算。實(shí)質(zhì)：初始分配的各管段的流量，在初定的各種管徑的條件下，不滿足管網(wǎng)的回路壓力平衡方程組。需要在已知管網(wǎng)布置和各

16、管段管徑的條件下，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。方法：求解恒定流管網(wǎng)特性方程組。利用計(jì)算機(jī)程序或軟件完成。獲得計(jì)算結(jié)果后，應(yīng)檢查管段的控制參數(shù)（如比摩阻）是否滿足要求，如不滿足，可能需要調(diào)整管徑，再次進(jìn)行平差計(jì)算。（6）最后計(jì)算各管段的壓力損失，并計(jì)算環(huán)狀干線各個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)壓力以某個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的壓力為起算點(diǎn)的“參考壓力”。3、枝狀管線水力計(jì)算。（1）輸配干線：按設(shè)計(jì)流量、控制比摩阻確定管徑及壓力損失。（2）連接最不利用戶的支線：按設(shè)計(jì)流量、控制比摩阻確定管徑及壓力損失。（3）連接其余用戶的支線：計(jì)算資用動力、平均比摩阻，按設(shè)計(jì)流量確定管徑及壓力損失。ybyZbylZYPPPPP4、水泵揚(yáng)程確定及水泵選配OmH5582989.15152ywrHHHH管網(wǎng)總循環(huán)水量為2914.13m3/h，揚(yáng)程需求為55mH2O，選配相同型號的熱水泵4臺，3用1備。單臺水泵性能參數(shù)見下表。流