给水管网水力计算

管网水力计算管网水力计算都是新建管网的水力计算。对于改建和扩建的管网，因现有管线遍布在街道下，非但管线太多，而且不同管径交接，计算时比新设计的管网较为困难。其原因是由于生活和生产用水量不断增长，水管结垢或腐蚀等，使计算结果易于偏离实际，这时必须对现实情况进行调查研究，调查用水量、节点流量、不同材料管道的阻力系数和实际管径、管网水压分布等。1§树状网计算树状网特点1)管段流量的唯一性无论从二级泵站起顺水流方向推算或从控制点起向二级泵站方向推算，只能得出唯一的管段流量，或者可以说树状网只有唯一的流量分配。每一节点符合节点流量平衡条件qi+∑qij＝02)干线与支线的区分干线：从二级泵站到控制点的管线。一般是起点（泵站、水塔）到控制点的管线，终点水压已定，而起点水压待求。支线：起点的水压标高已知，而支线终点的水压标高等于终点的地而标高与最小服务水头之和。划分干线和支线的目的在于两者确定管径的方法不同：干线——根据经济流速支线——水力坡度充分利用两点压差Dvfi【例】某城市供水区用水人口5万人，最高日用水量定额为150L／(人·d)，要求最小服务水头为16m。节点4接某工厂，工业用水量为400m3/d，两班制，均匀使用。城市地形平坦，地面标高为5.00m，管网布置见图。水泵水塔012348567450300600205650总用水量设计最高日生活用水量：50000×0.15=7500m3/d=312.5m3/h=86.81L/s工业用水量：两班制，均匀用水，则每天用水时间为16h工业用水量（集中流量）=400/16=25m3/h=6.94L/s总水量：∑Q=86.81+6.94=93.75L/s比流量管线总长度∑L：∑L=2425m(其中水塔到0节点的管段两侧无用户，不配水，因此未计入∑L)比流量qs：qs=(Q－∑q)/∑L其中，∑q（集中流量）=6.94L/s,∑L=2425m则qs=(Q－∑q)/∑L=(93.75-6.94)/2425=0.0358L/(m.s)沿线流量沿线流量q1=qsL：管段管段长度（m）沿线流量（L/s）0～11～22～31～44～84～55～66～7300150250450650230190205300×0.0358＝10.74150×0.0358＝5.37250×0.0358＝8.95450×0.0358＝16.11650×0.0358＝23.27230×0.0358＝8.23190×0.0358＝6.80205×0.0358＝7.34合计242586.81节点流量节点流量qi=0.5∑q1：注：节点4除包括流量23.80L/s以外，还应包括工业用水集中流量6.94L/s。节点节点流量（L/s）0123456780.5×10.74＝5.370.5×(10.74+5.37+16.11)＝16.110.5×(5.37+8.95)＝7.160.5×8.95＝4.480.5×(16.11+23.27+8.23)＝23.800.5×(8.23+6.80)＝7.520.5×(6.80+7.34)＝7.070.5×7.34＝3.670.5×23.27＝11.63合计86.8193.7588.3860.6311.633.67水泵水塔0123485674503006002056503.6711.634.487.1623.80+6.947.077.5216.115.37干管各管段的水力计算因城市用水区地形平坦，控制点选在离泵站最远的干管线上的节点8。按照经济流速确定管径（或界限流量）。管段流量（L/s）流速（m/s）管径（mm）水头损失（m）水塔~00~11~44~893.7588.3860.6311.630.750.700.860.664004003001001.270.561.753.95Σh＝7.53控制点的选择？干管各管段的水力计算干管各管段水头损失hij=aLijqij2的确定56m.008838.0300085.12232.0qaKLh085.1Ka35s/70m.0v0.2232a25400mmDs/1.20ms/70m.0vs/70m.0vs/08838m.0q300mL10362210101031010—————，则有：的修正系数则：—，查表，则：—，查表，，则：采用的是舍维列夫公式若我们在计算的过程中；，，为例：—中管段—以表支管各管段的水力计算管段起端水位（m）终端水位（m）允许水头损失（m）管长（m）平均水力坡度1～34～726.7024.9521.0021.005.703.954006250.014250.00632管段流量(L/s)管径(mm)水力坡度水头损失(m)1～22～34～55～66～711.644.4818.2610.743.67150(100)100200(150)1501000.006170.008290.003370.006310.005811.85(6.8)2.070.64(3.46)1.451.19支管各管段的水力计算各支线的允许水力坡度00632.020519023051624.95LLLHHLHH01425.025015051670.26LLHHLHH7665547474747432213131313—————————ii1允许水头损失：h1~3=5.70m,h4~7=3.95m也就是说，经过水力计算后，支线水头损失不能超过允许的水头损失注意的问题支管计算时注意的问题：参照水力坡度和流量选定支线各管段的管径时，–应注意市售标准管径的规格，–注意支线各管段水头损失之和不得大于允许的水头损失【例】支线4—5—6—7的总水头损失为3.28m，而允许的水头损失按支线起点（H4）和终点（H7）的水压标高差计算为H4－H7=24.95－(16+5)=3.95m，符合要求，否则须调整管径重行计算，直到满足要求为止。由于标准管径的规格不多，可供选择的管径有限，所以调整的次数不多。水塔高度水塔水柜底高于地面的高度水泵扬程。水塔输水管水头损失，—水泵吸水管、泵站到—、；—水塔水深，采用—的高度；—水塔水柜底高于地面—；标高，采用—泵站吸水井最低水位——水塔地面标高；——水泵扬程；—吸吸00m.3hhhh00m.3HH70m.483m.2900.300.353.2370.45hhHHscsc0tsc0tHZHHZHtptp。—控制点地面标高，—；—水塔地面标高，—”管路水头损失；水塔—水塔到控制点管路“—；，采用—控制点最小流出水头—高度；—水塔水柜底到地面的—5m5m8~00m.16..ctnctctnctZZhHHmZZhHH53235553716计算步骤：确定各管段的流量；根据经济流速选取标准管径；计算各管段的水头损失；确定控制点；计算控制线路的总水头损失，确定水泵扬程或水塔高度；确定各支管可利用的剩余水头；计算各支管的平均水力坡度，选定管径2§环状网水力计算原理计算方法分类环方程组解法：在初步分配流量后，调整管段流量以满足能量方程，得出各管段流量。解节点方程组：应用连续性方程和压降方程，得出各节点的水压。压。解管段方程组：应用连续性方程和能量方程，得出各管段的流量。2.1环方程组解法连续性方程qi+∑qij＝0的要求初步分配流量管径和各管段水头损失满足∑hij＝0或∑sijqijn＝0？？不满足∑hij＝0或∑sijqijn＝0，如何解决？平差按初步分配流量确定的管径基础上，重新分配各管段的流量，反复计算，直到同时满足连续性方程组和能量方程组时为止，这一计算过程称为管网平差。管网平差实际管网中的流量分配总是自动的满足连续性方程和能量方程，如果初分流量不能满足能量方程，那只能说明我们初分的流量在管网的实际流量中永远都不会发生，所以就不能根据这个初分流量进行后面的水力计算。这就要求对初分流量进行调整，使之符合实际情况。为什么要进行管网平差环方程组解法L个非线性能量方程的求解原理：在初步分配流量的基础上，逐步调整管段流量以满足能量方程。0211hqqqF,,,012jggqqqF,,,01pmmLqqqF,,,0,,,002011hqqqF0,,,00021jgqqqFg0,,,0010pmmLqqqF初步分配的流量一般不满足能量方程：初步分配流量qi(0)增加校正流量与（实际流量的的差额）为Δqi，将qi(0)+Δqi带入上式有使管段流量逐渐接近于实际流量，从而使闭合差逐渐减小，最后趋于00qq,,qq,qh0h202i011qF0qq,,qq,qqj0j1g01gg0g2F0qq,,qq,qqp0p1m01mm0mLF将函数展开F展开，保留线性项有：011hh12211100201qqqqqq,,,hFFFqqqF0221jj21g1ggg2000qqqqqq,,,gFFFqqqFjg01ppL1m1mmm000qqqqqq,,,FFFqqqFLLLpmm表示各环在初步分配流量时的管段水头损失代数和，或称为闭合差⊿h0闭合差越大，说明初步分配流量和实际流量相差越大。000000000,,,,,,,,,pmmjgghqqqFqqqFqqqFL112121，，)()()()(00100iiniiihqqsh未知量为校正流量⊿qi（i=1，2，…L）系数是相应环对qi的偏导数按照初步分配流量qi(0),系数为011hh12211100201qqqqqq,,,hFFFqqqF0221jj21g1ggg2000qqqqqq,,,gFFFqqqFjg01ppL1m1mmm000qqqqqq,,,FFFqqqFLLLpmm-1niiiiqnsqF1n0iiqns由上式求得的是L个线性的⊿qi方程组，而不是L个非线性的qi方程组管网计算的任务是求解L个线性方程，每一方程表示一个环的校正流量。求解的是满足能量方程的校正流量⊿qi该方程满足J-1个连续性方程0ΔqqnsΔqqnsΔqqnsΔh0ΔqqnsΔqqnsΔqqnsΔhp1n0pp1m1n01m1mm1n0mmLh1n0hh21n02211n0111哈代—克罗斯和洛巴切夫提出了:各环的管段流量用校正流量调整的迭代方法。【例】下面以四环管网为例，说明解环方程组的方法。q4q5q3q2q9q8298543q1q6q7167ⅣhⅣqⅡqⅡhⅢhⅢqⅠhⅠqq4q5q3q2q9q8298543q1q6q7167ⅣhⅣqⅡqⅡhⅢhⅢqⅠhⅠq设初步分配流量为qij,取水头损失公式h=sqn中的n=2,可以写出四个能量方程，以求解四个未知的校正流量⊿qⅠ，⊿qⅡ，⊿qⅢ，⊿qⅤ；水头损失，顺时针为“+”，逆时针为“-”0qqsqqqsqqqsqqs26161296962929222121