采暖給排水水力計(jì)算方法PPT課件

1、1 1總用水量設(shè)計(jì)最高日生活用水量： 50000500000.150.157500m7500m3 3/d/d86.81L/s86.81L/s工業(yè)用水量： 400400161625m25m3 3/h/h6.94L/s6.94L/s總水量為： QQ86.8186.816.946.9493.75L/s93.75L/s2 2管線總長(zhǎng)度：LL2425m2425m，其中水塔到節(jié)點(diǎn)0 0的管段兩側(cè)無用戶不計(jì)入。3 3比流量： (93.75(93.756.94)6.94)242524250.0358L/s0.0358L/s第1頁/共60頁4沿線流量：管段管段管段長(zhǎng)度（管段長(zhǎng)度（m）沿線流量（沿線流量（L/s）

2、01122314484556673001502504506502301902053000.035810.741500.03585.372500.03588.954500.035816.116500.035823.272300.03588.231900.03586.802050.03587.34合計(jì)合計(jì)242586.81第2頁/共60頁5節(jié)點(diǎn)流量：節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)流量（節(jié)點(diǎn)流量（L/s）0123456780.510.745.370.5(10.74+5.37+16.11)16.110.5(5.37+8.95) 7.160.58.954.480.5(16.11+23.27+8.23)23.800.5(8

3、.23+6.80)7.520.5(6.80+7.34)7.070.57.343.670.523.2711.63合計(jì)合計(jì)86.81第3頁/共60頁93.7588.3860.6311.634.4811.643.6710.7418.26水泵水塔0123485672504503006002301902056501503.6711.634.487.1623.80+6.947.077.5216.115.37第4頁/共60頁6干管水力計(jì)算：管段管段流量流量（L/s）流速流速（m/s）管徑管徑（mm）水頭損失水頭損失（m）水塔水塔001144893.7588.3860.6311.630.750.700.860

4、.664004003001001.270.561.753.95h7.53 選定節(jié)點(diǎn)8為控制點(diǎn)，按經(jīng)濟(jì)流速確定管徑。第5頁/共60頁7支管水力計(jì)算：管段管段 起端水位起端水位（m）終端水位終端水位（m）允許水頭損失允許水頭損失（m）管長(zhǎng)管長(zhǎng)（m）平均水平均水力坡度力坡度134726.7024.9521.0021.005.703.954006250.014250.00632管段管段流量流量(L/s) 管徑管徑(mm) 水力坡度水力坡度水頭損失水頭損失(m)122345566711.644.4818.2610.743.67150(100)100200(150)1501000.006170.00829

5、0.003370.006310.005811.85(16.8)2.070.64(3.46)1.451.19第6頁/共60頁8確定水塔高度和水泵揚(yáng)程)(53.2300. 553. 700. 500.16)(mZZhHHotot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。第7頁/共60頁6.2 6.2 環(huán)狀網(wǎng)計(jì)算原理環(huán)狀網(wǎng)計(jì)算原理環(huán)方程組解法環(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：0),(3211PqqqqF0),(3212PqqqqF0),(321PLqqqqF第8頁/共60頁初步分配的流量一般不

6、滿足能量方程： 0),(00302011PqqqqF0),(00302012PqqqqF0),(0030201PLqqqqF第9頁/共60頁 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：0),(03032021011PPqqqqqqqqF0),(03032021012PPqqqqqqqqF0),(0303202101PPLqqqqqqqqF第10頁/共60頁將函數(shù)在分配流量上展開，并忽略高階微量：0)(),(1221111002011PPPqqFqqFqqFqqqF0)(),(2222112002012PPPqqFqqFqqFqqqF0)(),(221100201PPLLLPL

7、qqFqqFqqFqqqF第11頁/共60頁100302011),(hqqqqFP200302012),(hqqqqFPLPLhqqqqF),(0030201方程組的第一部分稱為閉合差：第12頁/共60頁 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：11221111hqqFqqFqqFPP22222112hqqFqqFqqFPPLPPLLLhqqFqqFqqF2211第13頁/共60頁 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。 第14頁/共60頁節(jié)點(diǎn)方程組解法節(jié)點(diǎn)方程組解法 原理

8、：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：0ijiqQ021212121jijiijiijijijiHHHHSQhhSQ2ijijijqSh ijijijijhhSq2121第15頁/共60頁012112111kkkHHHHSQ022122122kkkHHHHSQ02121,kSJkSJkSJSJHHHHSQ個(gè)連續(xù)性方程：第16頁/共60頁一般表達(dá)式：0),(3211SJHHHH0),(3212SJHHHH0),(321SJSJHHHH第17頁/共60頁初步擬定的水壓一般不滿足連續(xù)性方程： 0),(3211SJHHHH0),(3212SJHHHH

9、0),(321SJSJHHHH第18頁/共60頁 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：0),(02021011SJSJHHHHHH0),(02021012SJSJHHHHHH0),(0202101SJSJSJHHHHHH第19頁/共60頁將函數(shù)在分配流量上展開，并忽略高階微量：0)(),(1221111002011SJSJSJHHHHHHHHH0)(),(2222112002012SJSJSJHHHHHHHHH0)(),(221100201SJSJSJSJSJSJSJHHHHHHHHH第20頁/共60頁100302011),(qHHHHSJ方程組的第一部分稱為閉合差：20

10、0302012),(qHHHHSJSJSJSJqHHHH),(0030201第21頁/共60頁 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：11221111qHHHHHHSJSJ22222112qHHHHHHSJSJSJSJSJSJSJSJqHHHHHH2211第22頁/共60頁求解步驟： 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。第23頁/共60頁管段方程組解法管段方程組解法 原理：直接聯(lián)立求解 J- -S 個(gè)連續(xù)

11、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。第24頁/共60頁041211qqQ02414141254545425252522212121qLAqLAqLAqLA連續(xù)性方程：Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 621q32q63q52q41q54q65q能量方程：4 45 56 63 32 21 105232212qqqQ063323qqQ054414qqQ06554525qqqQ02

12、323232252525226565652636363qLAqLAqLAqLA第25頁/共60頁將非線形的能量方程轉(zhuǎn)化為線性方程：041414141545454545252525221212121qqLAqqLAqqLAqqLA032323232525252526565656563636363qqLAqqLAqqLAqqLA04141545452522121qRqRqRqR03232525265656363qRqRqRqR第26頁/共60頁14121Qqq2523221Qqqq36332Qqq45441Qqq5655452Qqqq04141545452522121qKqKqKqK0323252

13、5265656363qKqKqKqK第27頁/共60頁6.3 6.3 環(huán)狀網(wǎng)平差方法環(huán)狀網(wǎng)平差方法1. 1. 哈代哈代- -克羅斯法克羅斯法 hqSqSqSqS25454241412525222121 Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 621q32q63q52q41q54q65q4 45 56 63 32 21 1hqSqSqSqS25252232322656526363第28頁/共60頁Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 621q32q63q52q41q54q65q4 45 56 63 32 21 1hqqh0)()()(

14、)(25454241412525222121qqSqqSqqqSqqS0)()()()(25252232322656526363qqqSqqSqqSqqS第29頁/共60頁忽略相鄰環(huán)校正流量和二階微量的影響：0)(25454414152522121qqSqSqSqSh)(2Sqhq0222222254545425454241414124141252525252252525225252221212122121qSqqSqSqSqqSqSqSqqSqqSqSqqSqSqSqqSqS校正流量的符號(hào)與水頭損失閉合差的符號(hào)相反第30頁/共60頁步驟：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

15、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S Sijijq qijij和每一環(huán)的SSijijq qijij； 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。第31頁/共60頁2. 2. 最大閉合差的環(huán)校正法最大閉合差的環(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。一般說來，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

16、基環(huán)的閉合差。第32頁/共60頁1 . 1h7 . 0h8 . 0h5 . 0h6 . 0h7 . 1h第33頁/共60頁3. 3. 多水源管網(wǎng)平差多水源管網(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)。第34頁/共60頁泵站水塔0Q Qt th=水塔水位高度Q Qp ph=水泵揚(yáng)程第35頁/共60頁2SQHHbp212221QQHHS4. 4. 管網(wǎng)計(jì)算時(shí)的水泵

17、特性方程管網(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：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：211SQHHb222SQHHb222211SQHSQHHb22122211QQQHHHHp121Q2Q1H2HQH0第36頁/共60頁131Q3Q1H3HQH02Q2H2CBQAQH2CBQAQH1211CBQAQH2222CBQAQH3233第37頁/共60頁5. 5. 管網(wǎng)核算管網(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

18、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。第38頁/共60頁最大轉(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%。第39頁/共60頁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)第40頁/共60頁校核條件： 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

19、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。第41頁/共60頁6.4 6.4 輸水管（渠）計(jì)算輸水管（渠）計(jì)算水位差水位差H H已知的壓力輸水管已知的壓力輸水管 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。第42頁/共60頁平行敷設(shè)兩條彼此獨(dú)立的輸水管：正常運(yùn)行 25 . 0 QlAH事故運(yùn)行 27 . 0 QlAH AA5 . 0第

20、43頁/共60頁 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 25 . 0 QLAH第44頁/共60頁事故運(yùn)行 227 . 0135. 01QNLAQNNLAH2227 . 01135. 015 . 0NNN288. 1NN第45頁/共60頁22QLAH22121nnQNLAQNNLAH不同聯(lián)絡(luò)管段數(shù)的事故流量第46頁/共60頁水泵供水的輸水管水泵供水的輸水管20)(QSSHHdpS Sd d為輸水管的當(dāng)量摩阻22121SSSSSd2222211QSQSQSdQQQ21輸水管特性曲線：第47頁/共60頁水泵特性曲線：2SQHHb0HQH0HQ Q正常運(yùn)行流量：dpbSSSHHQ0hQ

21、第48頁/共60頁 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)：210)(addpaQnSnSSSHHQQH0H0HQ hQhQQ事故運(yùn)行流量：nSSSSSHHQddpba10第49頁/共60頁nSSSSSSSSQQddpdpa/ )(1)1)()(221dpdSSSSSn流量比為：解出分段數(shù)：第50頁/共60頁6.5 6.5 應(yīng)用計(jì)算機(jī)解管網(wǎng)問題應(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。1236541Q2Q3Q5Q4Q6Q1q2q3q4q5q6q7q第51頁/共60頁0000006525314421375

22、2764163QqqQqqQqqqQqqQqqqQqq000100100000101000101110100001101000010010076543217654321QQQQQQQqqqqqqq第52頁/共60頁001001000001010001011101000011010000100100ATqqqqqqqq7654321TQQQQQQQQ76543210 QAq銜接矩陣第53頁/共60頁0075426431hhhhhhhh0101101001011017654321hhhhhhh10110100101101LThhhhhhhh76543210Lh回路矩陣第54頁/共60頁建立銜接矩陣的方法：建立