第5章 管段流量、管径和水头损失.ppt

第5章 管段流量、管径和水头损失 5.1 管网计算的课题 重要性：输水管渠和管网所占费用一般约占给水工程总投资70％～80％，因此必须进行多种方案比较，以得到经济合理地满足近期和远期用水的最佳方案。 5.2 管网图形及简化 由于给水管线遍布在街道下，非但管线很多并且管径差别很大，如果将全部管线一律加以计算，实际上没有必要，甚至很少可能。 5.3 沿线流量和节点流量 步骤 按照管网的主要供水方向，初步拟定各管段的水流方向，并选定整个管网的控制点，控制点是管网正常工作时和事故时必须保证所需水压的点，一般选在给水区内离二级泵站最远或地形较高之处。 为了可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线，这些平行干管中尽可能均匀地分配流量，并且符合水流连续性即满足节点流量平衡的条件。这样，当其中一条干管损坏、流量由其它干管转输时，不会使这些干管中的流量增加过多。 和干管线垂直的连接管，其作用主要是沟通平行干管之间的流量，有时起一些输水作用、有时只是就近供水到用户，平时流量一般不大、只有在干管损坏时才转输较大的流量，因此连接管中可分配较少的流量。 解节点方程：解节点方程是在假定每一节点水压的条件下，应用连续性方程以及管段压降方程，通过计算调整，求出每一节点的水压。节点的水压已知后，即可以从任一管段两端节点的水压差得出该管段的水头损失，进一步从流量和水头损失之间的关系算出管段流量。工程上常用的算法有哈代—克罗斯法。 解节点方程是应用计算机求解管网计算问题时，应用最广的一种算法。 解管段方程：该法是应用连续性方程和能量方程，求得各管段流量和水头损失，再根据已知节点水压求出其余各节点水压。大中城市的给水管网，管段数多达数百条甚至数千条，需借助计算机才能快速求解。 0 De D M1 W W 0 ve v M1 W W 0.6～0.9 0.9～1.4 D=100～400 D≥400 平均经济流速 （m/s） 管径 （mm） 5.6.1流量和水头损失的关系 均匀流基本公式： 5.6 水头损失计算 舍维列夫公式（适用于旧铸铁管和旧钢管） 巴甫洛夫斯基公式（适用于混凝土管、钢筋混凝土管和渠道） 对于混凝土管和钢筋混凝土给水管，当n0.02时，y值可采用1/6。 海曾—威廉公式 150 130 120 100 塑料管 新铸铁管、涂沥青或水泥的铸铁管 混凝土管、焊接钢管 旧铸铁管和旧钢管 海曾-威廉系数C 水管种类 柯尔勃洛克公式 0.05～0.125 0.50 0.05 0.125 0.03～0.04 0.04～0.25 0.01～0.03 涂沥青铸铁管 涂水泥铸铁管 涂沥青钢管 镀锌钢管 石棉水泥管 离心法钢筋混凝土管 塑料管 粗糙系数k（mm） 水管种类 目的：确定各水源节点的供水量、各管段的流量和管径、全部节点的水压。 多水源环状管网的管段数Ｐ、节点数Ｊ、基环数Ｌ和水源数Ｓ满足列关系： Ｐ＝Ｊ+Ｌ-Ｓ 单水源环状管网： Ｐ＝Ｊ+Ｌ-1 树状管网： Ｐ＝Ｊ-1 管网计算的原理：基于质量守恒和能量守恒，由此得出连续性方程和能量方程。 5.7 管网计算基础方程 管网水力计算时，节点流量、管段长度为已知，需要确定管道的直径和流量，有2P个未知数，利用经济流速确定流量与直径的关系，实际上只要求解Ｐ个未知数。 管网中的水流必须符合质量守恒和能量守恒原理，即满足连续方程和能量方程。独立的连续性方程数为Ｊ－Ｓ个，独立的能量方程数为Ｌ个，共计Ｐ个。 Ｊ－Ｓ个节点连续性方程： qi为节点流量，qij为管段流量，离开节点为正，流向节点为负。 Ｌ个基环能量方程： hij为管段水头损失，顺时针方向为正，逆时针方向为负。 在管网水力计算时，根据求解的未知敷是管段流量还是节点水压，可以分为解环方程、解节点方程和解管段方程三类。 5.8 管网计算方法分类 解环方程：管网经流量分配后，各节点已满足连续性方程，可是由该流量求出的管段水头损失， 并不同时满足L个环的能量方程，为此必须多次将各管段的流量反复调整，直到满足能量方程，从而得出各管段的流量和水头损失。 解环方程时，哈代—克罗斯（ Hardy Cross ）法是其中常用的一种算法。由于环状网中，环数少于节点数和管段数，相应的以环方程数为最少，因而成为手工计算时的主要方法。 * * 计算步骤是： 求沿线流量和节点流量； 求管段计算流量； 确定各管段的管径和水头损失； 进行管网水力计算或技术经济计算； 确定水塔高度和水泵扬程 因此，除了新设计的管网，因定线和计算仅限于干管而不是全部管线的情况外，