Ch8環(huán)狀管網(wǎng)水力計算與水力工況分析

Ch8環(huán)狀管網(wǎng)

水力計算與水力工況分析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：單位管長的沿線流量。2、轉(zhuǎn)輸流量（集中流量）輸送到下游管段的流量。3、節(jié)點流量在節(jié)點處流入或流出的流量。沿線流量在計算時需要轉(zhuǎn)移到管段兩端節(jié)點上。沿線流量轉(zhuǎn)移到管段起點的流量比例為α，終點的流量比例為1-α。燃氣管網(wǎng)α=0.55，給水管網(wǎng)α=0.5。集中流量折算時，可將集中流量處設(shè)置節(jié)點，也可按距離起點和終點的距離的反比折算。節(jié)點流量包括：節(jié)點原來流量沿線流量折算流量集中流量折算流量節(jié)點流量符號流入為+，流出為—管網(wǎng)中所有節(jié)點流量代數(shù)和為0。例8-1低壓燃氣管網(wǎng)，燃氣的相對密度為0.55。居民用戶日用氣量為4m3/戶，高峰途泄流量為0.4m3/h戶。計算各節(jié)點流量。解：1）給節(jié)點、管段編號，假定流向。2）計算節(jié)點流量。沿線流量折算集中流量折算求節(jié)點流量的代數(shù)和注意：流量的正負號。圖8-1-1低壓燃氣管網(wǎng)沿線流量為0.4m3/h?戶

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

余樹：圖中除生成樹以外的分支。最小樹：各分支賦權(quán)值之和最小的樹，Tmin。最大樹：各分支賦權(quán)值之和最大的樹，Tmax。四、管網(wǎng)的矩陣表示1、關(guān)聯(lián)矩陣表示分支與節(jié)點關(guān)聯(lián)關(guān)系的矩陣。基本關(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?；净芈肪仃嚨闹葹镸=N-J+1圖8-1-6基本回路與基本回路矩陣

獨立回路矩陣基本回路矩陣中，M個獨立回路對應(yīng)的子矩陣。獨立回路選取方法8.2恒定流管網(wǎng)特性方程組及求解方法一、節(jié)點流量平衡方程組根據(jù)節(jié)點質(zhì)量守恒，可得節(jié)點流量方程（連續(xù)性方程）矩陣表示節(jié)點流量平衡方程組二、回路壓力平衡方程組由能量守恒，管網(wǎng)恒定流動時，在任意回路中沿回路方向，各個分支管路壓降的代數(shù)和為0。可得獨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，獨立回路壓力平衡方程組為非線性方程組，有N-J+1個方程。節(jié)點流量平衡方程組為線性方程組，有J-1個方程。共有N個方程，待求未知數(shù)為N個管段（分支）的流量。8.3環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算水力計算的任務(wù)：確定各個管段的管徑，計算流動阻力，確定所需的動力。已知條件：用戶的設(shè)計流量；管網(wǎng)的布置。水力計算步驟：區(qū)域供熱供水管網(wǎng)，設(shè)計供水溫度110℃，回水溫度70℃。該集中供熱管網(wǎng)共有15個熱用戶，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。每個熱力站的熱水循環(huán)流量，示于圖中。1、繪制管網(wǎng)圖，計算節(jié)點流量統(tǒng)計各個管段的長度、局部阻力形式及個數(shù)等基礎(chǔ)參數(shù)。2、環(huán)狀干線水力計算（1）繪制環(huán)狀干線圖不能直接根據(jù)節(jié)點流量和節(jié)點流量平衡規(guī)律推出管段設(shè)計流量的管段是環(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)化成連接點處的流量。對節(jié)點和管線分別編號。根據(jù)實際情況，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)濟性和可靠性。流量的初始分配滿足節(jié)點流量平衡。分配順序找到起始節(jié)點。按管段長度的反比將節(jié)點流量分配至與之相連的管段上。逆著流向，由遠及近在下一節(jié)點處分配流量。（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)計參數(shù)，如經(jīng)濟流速、比摩阻等，初定各管段的管徑。對于室外供熱管網(wǎng)：（4）統(tǒng)計局部阻力系數(shù)（5）管網(wǎng)平差計算實質(zhì)：求解環(huán)狀干線各管段滿足節(jié)點流量平衡和回路壓力平衡方程組的各管段的流量。計算機求解。（6）校核水力參數(shù)，調(diào)整管徑（7）計算節(jié)點參考壓力找出最不利節(jié)點及支路。3、枝狀管線水力計算（1）計算設(shè)計流量（2）選擇最不利用戶，進行水力計算（3）計算其余枝狀管線，進行壓損平衡4、計算管網(wǎng)需用壓力最不利用戶與源點之間的回路需要的壓力。水泵揚程：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