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第8章环状管网水力计算与水力工况分析10kg/h10kg/h10kg/h10kg/h10kg/h50kg/h支配流体输配管网的基本规律:(1)质量平衡。节点处流量平衡。(2)能量平衡。环路中动力与阻力平衡。水力计算(管网设计)时,已知用户的流量需求和管网布置,要求通过合理选择管径、动力,使管网在设计流量下满足这两个基本规律。水力工况分析时:利用这两个基本规律,在已知管网布置、管径、动力设备性能的条件下,求各管段、各用户的流量、阻力、管网的压力分布等,核心任务是求解流量分布。700户30m500户600户500m500m600户5500m700户300m100m900m800户43调压器1300m食堂3800户600m200m30m幼托32300m800户6300m50m3医院600户工厂70m400m7400m200m3200m8中学39图8-1-1低压燃气管网沿线流量为0.4m3/h•户3504293504节点流量(管段长度(m)调压站h/)m2381763370055080033250053146458423500-30500927201600260075008低压燃气管网的节点流量e16ve31ve6e2v3v4e4v2e75e5vv6=6s1e3s=10e2321vs=26e6e1031011v34=s42s=1.52ev34s5=1062310v27s8=103e7e10435v5图8-1-4以分支阻抗为权的有向赋权图(b)(a)ev63ev16ev3e42ev4v2v5ev6e153v3e41vv2e2ev455v图8-1-5生成树6543217654321000010110100000010010000101111010000100100vvvvvveeeeeeee16ve31ve6e2v3v4e4v2e75e5v图8-1-6基本回路与基本回路矩阵IIIIIICCC111011110110100101101)G(Cv6e1ev32v4e3v1e64ev2e7e55v7654321eeeeeee10110100101101)(IIICCGC图8-1-6独立回路与独立回路矩阵v6e1ev32v4e3v1e64ev2e7e55ve6v3e1v6e3v14ve42v7ee55vv6e3v3e24ev45ev16e2v7ev5独立回路选取方法关联矩阵和回路矩阵的关系0TCB0TfkCB12ffCIC1211kkkBBB0121211121211TfkkTfkkCBBCIBBTkTkfBBC)(11211128.2恒定流管网特性方程组及其求解方法8.2.1节点流量平衡方程组iNjjijqQb1qBQ'qQBk11JNJN个方程个管段流量未知数,节点流量平衡方程组参考节点:91397891656238节点流量()m/h调压站管段流量()/hm3e253321169110e27201767e366458111e14293804e1927e32458314e86429175e9e47350e185e105835942931433217623845842900000001100001000011000010000110000000001100001000011000000000100100000001010100000010111110987654321QQQQQQQQQQQ树枝流量和余枝流量之间的关系'12111211qQBQBQQBBQBIIkIkIIIkkkITfkIkkkIIQCqBQBBqBQ1211211112112''ITfITfIIQCQQCQq,0',则若5ev8e476ev5ev9e6810eve71ve1v2ve234ve3IIIIIIfCCCC1001000110010000110010100110016030206030102000101010000101111010012312132332110987654QQQQQQQQQQQQQQQQQQQ如图所示管网,余枝为1、2、3,树枝为4、5、6、7、8、9、10。余枝流量为:Q1=60Q2=30Q3=20求树枝管段的流量。8.2.2回路压力平衡方程组:1形式个独立回路,写成矩阵JNnjGijjijPHPc10)(0)(gfPHPCjjgjNjgjgHgPPP;][~10)(HPCf忽略重力作用时:8.2.3分支阻力定律njjjQSPNj~1一般取n=2。8.2.4泵或风机性能曲线的代数方程23212321jjjQCQCCHQCQCCH))()(()()()()(1332213211322133321212122131211QQQQQQQQHQQHQQHCCQQQQHHCQCQCHC))()(()()()()(1332213211322133321212122131211QQQQQQQQHQQHQQHCCQQQQHHCQCQCHC8.2.5求解恒定流管网特性方程组的回路方程法•当N-J+10时,独立回路压力平衡方程组为非线性方程组,有N-J+1个方程。0)(HPCf•节点流量平衡方程组为线性方程组,有J-1个方程。'qQBk共有N个方程,待求未知数为N个管段(分支)的流量。•由于回路压力平衡方程组是非线性的,当独立回路数大于1时,无法直接得到解析解,需要采用数值求解方法进行计算。目前,求解管网方程组的方法很多,有节点方程法、回路方程法等。我们介绍回路方程法。•回路方程法从回路压力平衡方程组出发,推导出求解余枝流量修正值,逐步迭代计算,直到得到满足精度要求的数值解,计算原理清晰,便于计算机编程求解。ITfkIkkkIIQCqBQBBqBQ1211211112112''树枝流量可以用余枝流量代换:1,0),,,(0),,,(0),,,(21212211JNMQQQfQQQfQQQfMMMM独立回路压力平衡方程组写成:N-J+1个余支流量未知数,N-J+1个方程。回路方程法的基本步骤•Step1:假定余枝流量;•Step2:代入独立回路压力平衡方程组,计算独立回路压力闭合差,检查闭合差是否符合计算精度要求。符合精度要求转step4,不符合则直接进入step3;•Step3:产生余枝流量修正量,进行修正,得到修正后的余枝流量,转step2;•Step4:得到满足独立回路压力平衡方程组的余枝流量,代入节点流量平衡方程组或利用树枝流量和余枝流量的关系求出树枝流量。),,,(),,,(),,,(,,,,,,,,,0020100201200201100201212221212111MLMMMMLLLLMQQQfQQQfQQQfQQQQfQfQfQfQfQfQfQfQf牛顿迭代法中余枝流量修正值的计算方法fQA[例8-3]某流体输配管网如图所示,分支数N=7,节点数J=6,独立回路数M=N-J+1=2,求牛顿方程组的系数矩阵。5qe5q3e3q16e67eq2e1e4qe72q54321765432101100001001010001011000011010000001qqqqqQQQQQQQ以节点6为参考节点,列出节点流量平衡方程组5qe5q3e3q16e67eq2e1e4qe42q2142721531621315124113QQqqQQQqqqQQQqqQQqQQqQ以分支1、2为余枝,可将树枝3、4、5、6、7的流量表示为:5qe5q3e3q16e67eq2e1e4qe42q011100101111101277266255244233222211QSQSQSQSQSQSQS回路压力平衡方程组:0)()()()()(2214272215316221315212421132111QQqqSQQqqqSQQqqSQqSQqSQSf0)()()(22142722153162213152222QQqqSQQqqqSQQqqSQSf)(2)(2)(22)(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)()(2)(2221427215316213152221427215316213152142721531621315214272153162131512411311QQqqSQQqqqSQQqqSQSQQqqSQQqqqSQQqqSQQqqSQQqqqSQQqqSQQqqSQQqqqSQQqqSQqSQqSQSA2121210201;0,0),(ffQQAffQQ,设22122111,,QfQfQfQfA8.3环状管网的水力计算•水力计算的任务:确定各个管段的管径,计算流动阻力,确定所需的动力。•已知条件:用户的设计流量;管网的布置。环状供热管网水力计算示例下图是某城市以区域供热工程的供水管网布置图。设计供水温度为110℃,回水温度70℃。该管网的干线连成环状。图中画出的是供水管线。该集中供热管网共有15个热用户,全部采用水/水换热器与室内采暖管网间接连接。所有用户预留的资用压头是8mH2O。每个热力站的热水循环流量,示于图中。4热源R流量m/h用户编号管段编号1、绘制管网图,计算节点流量;统计各个管段的长度、局部阻力形式及个数等基础参数;2、环状干线水力计算。(1)绘制环状干线图。不能直接根据节点流量和节点流量平衡规律推出管段设计流量的管段是环状干线。(2)初定环状干线的流向。(3)环状干线流量初始分配指导管径的选择。管段流量的初始分配方案涉及管网的经济性和可靠性,不同的流量分配方案,将影响管径的选择,从而影响管网的建设费用和运行费用;当某条管段出现事故时,其他管段的替代输送能力也不相同,即管网的后备能力不同。流量的初始分配满足节点流量平衡,并不满足环路压力平衡原理,管径选择还会影响各管段的实际流量分配。起始节点起始节点环状干线流量初始分配次序环状干线流量初始分配:(1)确定流量初始分配的起始节点;(2)向同一节点输送流量的各管段按距离反比分配流量。(4)初定管径。根据各管段流量初始分配的结果,按照要求的设计参数,如经济流速、比摩阻等,初定各管段的管径。对于室外供热管网:381.00476.019.019.002788.0QK
本文标题:流体输配管网课件8
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