环状管网水力计算课件.pptx

1、5-4 环状管网水力计算Hydraulic Analysis of Looped Network一、环状网的水力计算方法1.应用连续性方程和能量方程解管段方程组，得出各管段的流量。解管段方程法解管段方程法2.应用连续性方程和压降方程解节点方程组，得出各节点的水压。解节点方程法解节点方程法Hydraulic Analysis Methods of Looped Network3.在初步分配流量后，调整管段流量以满足能量方程，得出各管段流量的环方程组解法。 解环方程法解环方程法二、解管段方程法： Pipe equation solution1.原理：管段方程组可用线性理论法求解，即将L个非线性能量

2、方程转化为线性方程组，方法是使管段的水头损失近似等于： hijSijqij(0)nSijqij(0)n-1qijrijqij2.条件： (1)在环网中不同途径达到同一节点的水头损失相等； (2)在同一环内，水头损失的代数和为0。3.基本方法：100iijijnnijijijijijijijijqqhhS qS qqr q二、解管段方程法： Pipe equation solution1.8521.8524.8710.67120LqhD4.例子步骤：（海曾威廉公式）（1）设初始流量qij(0)=1；rij=Sij=hij/qij(0)；第一次迭代第一次迭代（2）按L+J-1个方程求出qij(1)

3、； 然后重新计算各管段的Sij=hij/qij(1)；第二次迭代第二次迭代（3）按（2）计算qij(2)；直到两次算得的管段流量之差小于允许误差时为止，即得qij的解。允许误差：(2)2iiijijhqnS q(1)hi0.5m （手算）基环（手算）基环(2) hi1.01.5m （手算）大环（手算）大环(3) hi0.010.05m （计算机）（计算机）二、解管段方程法： Pipe equation solution1.8521.8524.8710.67120LqhD5.例子：二、解管段方程法： Pipe equation solution6.特点：方程数量多，计算量大。三、解节点方程法：

4、Node equation solution1.哈代克罗斯迭代法求解节点方程步骤：（1）根据泵站和控制点的水压标高，假定各节点的初始水压；（2）由hij=Hi-Hj和qij=(hij/Sij)1/2的关系式计算求管段流量；（3）判断qi+qij=?0，如不等于0，则由下公式计算:0.50.52ijijqiHiSh （4）除已定的水压外，对每一节点水压进行校正，根据新的水压重复上述步骤计算，直到qi+qij=0。三、解节点方程法： Node equation solution2.一种计算机平差方法步骤：（利用节点方程法）2Re44D VDqAV（1）计算管段流量；（2）由1.85211.8524

5、.8710.67;120nnhLqhSqqch hSqD（3）由C=q/h公式求C。（4）由节点方程Ch+Q=0，求节点水压。（5）由q=ch=c(Hi-Hj)求节点连接管段流量。（6）验证：qi+qij=?0；如不等重复(2)(3)(4)(5)(6)直到 qi+qij=0为止。三、解节点方程法： Node equation solution3.解节点方程法例子：1.8521.8524.8710.67120LqhD 已知：H130m；Re=2105；水的运动粘滞系数为1.14510-6m3/s（15）；水头损失计算公式： 用解节点方程法求解2点、3点节点水压。三、解节点方程法： Node eq

6、uation solution4.解节点方程法的特点： 输入数据少，大部分工作均可由计算机程序自动完成。是目前应用最广的一种计算机平差的计算方法。四、解环方程法： Loop equation solution1.哈代克罗斯法： 校正流量分成两部分：一部分是受到邻环影响的校正流量；一部分是消除本环闭合差hi的校正流量。当不考虑前者时，即忽略受到邻环影响的校正流量对本环闭合差校正流量的影响，可得：1(2)22nIIIiiijijhqnSqhnqnS q当时，四、解环方程法： Loop equation solution1.哈代克罗斯法： 此法特点：计算简化、简单，是手算最常用的一种计算方法；此法收

7、敛慢。2.Hardy Gross解环方程法步骤：（即环网平差步骤） （1）分配流量：符合节点方程；方向指向大用户；平行干管分配大致相同的流量；取管径相同的管道。 （2）用经济流速确定管径。 （3）计算各环的闭合差。 （4）计算qI校正流量。 （5）调整管段流量：校正流量与初分流量方向一致时，用初分流量校正流量；如不同时用初分流量校正流量。 （6）重新计算闭合差：当hi0.5m时平差结束，否则重复(4)(5)(6)步骤。四、解环方程法： Loop equation solution3.【例题】： 环网水力计算草图（最高时）llllll四、解环方程法： Loop equation solution

8、4.【作业】：某城市管网布置成环状网，设网前水塔。最高时用水量为97.1L/s，其中工业企业集中用水量为49.8L/s，具体位置见表1。所需最小服务水头为0.2MPa，计算图如下所示，计算到第二次校正为止。 表1 工业企业集中流量节点12345678节点流量L/s02.084.987.421.692.860.600节点9101112131415总计节点流量L/s14.735.200.890.851.405.931.1749.8四、解环方程法： Loop equation solution4.【作业】：五、最大闭合差的环校正法（简化法平差）1.两邻环闭合差的关系：（1）两个邻环闭合差相同时： 在

9、闭合差方向相同的两邻环中，一环中引入在闭合差方向相同的两邻环中，一环中引入校正流量，本环中闭合差下降，另一环中的闭合校正流量，本环中闭合差下降，另一环中的闭合差增大。差增大。Maximum closing error loop adjusted method（2）两个邻环闭合差异号时： 在闭合差方向相反的两邻环中，一环中引入在闭合差方向相反的两邻环中，一环中引入校正流量，本环中闭合差下降，另一环中的闭合校正流量，本环中闭合差下降，另一环中的闭合差也下降。差也下降。五、最大闭合差的环校正法（简化法平差）2.大环闭合差和基环闭合差的关系：（1）两个闭合差方向相同的基环组成大环闭合差两个闭合差方向相

10、同的基环组成大环闭合差等于基环闭合差的和，方向与基环闭合差的方向等于基环闭合差的和，方向与基环闭合差的方向相同。相同。Maximum closing error loop adjusted method（2）实践证明，两闭合差方向相反的基环组成大实践证明，两闭合差方向相反的基环组成大环闭合差等于两基环闭合差的绝对值差，方向与环闭合差等于两基环闭合差的绝对值差，方向与闭合差大的基环方向相同。闭合差大的基环方向相同。五、最大闭合差的环校正法（简化法平差）3.最大闭合差环校正法的原理：（1）两闭合差方向相反的邻环，一环中引入校正流量，另一环闭合差下降；（2）两闭合差方向相同的邻环组成的大环，校正大环

11、的闭合差，基环闭合差下降。Maximum closing error loop adjusted method4.原则：（1）首先校正闭合差大的环；（2）相邻两环闭合差方向相反，只平一环；（3）把闭合差方向相同，数值相近，位置相邻的基环合并成大环平差。5.特点：六、多水源管网平差计算1.多水源管网形成原因：2.多水源管网平差满足条件：符合连续性方程：qi+qij=0;符合能量方程：hij=0 (hI=0);符合压降方程： HB-5HA-5=HB-HA=HB-A ;Multi-sources network balanced calculation 各水源供水至分界线处的水压相同，即从各水源供水

12、至分界线处的水压相同，即从各水源到分界线上控制点的沿线水头损失之差各水源到分界线上控制点的沿线水头损失之差等于水源的水压差。等于水源的水压差。六、多水源管网平差计算3.多水源管网平差应注意的问题：（1）虚节点O的位置可以任意选定，其水压可假设为零；Multi-sources network balanced calculation（2）虚管段流量和水头损失的确定；（满足连续性方程）（3）虚管段水头损失： 大小：等于与它连接水源的水压标高； 方向：永远指向虚节点；（4）水压H符号规定： 流向虚节点的管段，水压为正； 流离虚节点的管段，水压为负； 因此，由泵站供水的虚管因此，由泵站供水的虚管段，水

13、压段，水压H的符号常为负。的符号常为负。5-5 管网校核The adjusted calculation of Network一、消防时的流量和水压核算 消防流量时管网校核是以确定的管径为基础，然后按最高用水时流量另行增加消防时的流量进行流量分配，求出消防时的管段流量和水头损失。Fire flow and pressure adjusted calculation二、最大转输时的流量和水压核算 设对置水塔的管网，在最高用水时，由泵站和水塔同时向管网供水，但在水泵供水量大于整个管网的用水量一段时间里，多余的水经过管网送入水塔内储存，因此这种管网还应按最大转输时流量来核算，以确定水泵能否将水送进水

14、塔。Maxi-tomsit flow and pressure adjusted calculation最大转输时用水量最大转输时节点流量最高用水时该节点的流量最高时用水量三、最不利管段发生故障时的事故用水量和水压校核（1）事故时的流量，在城市为设计用水量的70%，工业企业的事故流量按有关规定。（2）控制点的水压不得低于最小服务水头。Most harmful pipe emergency flow and pressure adjusted calculation5-6 输水管渠计算Calculation of Transmission Conduit1、输水管渠计算的任务 确定管径和水头损失

15、。2、对输水管的最基本要求：是保证不间断输水，因此一般平行敷设两条输水管。3、输水管分段数的计算（1）输水管特性曲线方程：H=H0+(Sp+Sd)Q2（2）水泵特性曲线方程：Hp=Hb-SQ2由（1）和（2）联立解得：0bpdHHQSSS3、输水管分段数的计算（3）发生事故时：2102()dpdbSSHHSSQnnHHSQ则：011()bpddHHQSSSSSn11()pdpddSSSQQSSSSSn事故时流量正常时流量22( 1)0.96( 1)(0.70)()(1)SSdSSdnSSpSdSSpSd综上所述，得输水管分段数为：【题】某城市从水源泵站到水厂敷设两条内衬水泥砂浆的铸铁输水管，每条输水管长度为12400m，管径分别为D1=250mm，摩阻S1=29884s2/m5；D2=300mm，摩阻S2=11284s2/m5；见下图。水泵静扬程40m，水泵特性曲线方程：Hp=141.3-2600Q2。泵站内管线的摩阻Sp=210s2/m5。假定DN300mm输水管线的一段损坏，试求事故流量为70%设计流量时的分段数。