第五章_给水管网水力分析课件.ppt

第五章 给水管网水力分析 5.1 给水管网水力分析方程 管网水力计算的目的： 确定各水源（水泵、水塔）的供水量，扬程或高度，确定各管段设计流量、管径以及全部节点的水压。 水力计算的基础方程： 节点流量方程和管段能量方程 5.1.1 节点流量方程（根据质量守恒定律） 节点流量连续性方程组的变换 意义：将两个或多个节点流量连续性方程相加得到由多个节点组成的大节点流量连续性方程。 例1：树状网节点流量方程组 hi可以通过管段的水力特性表示 hi=siqin hi=siqi|qi|n-1 hi=siqi|qi|n-1-hei i=1,2,…M hi——管段压降，m； qi——管段流量，m/s; si——管段阻力系数，应为管段上管道、管件、阀门、泵站所以设施阻力之和； hei ——管段扬程，如管段上未设泵站，则hei =0； n——管段阻力指数。 管段流向和设定方向一致，为正，即siqi|qi|n-1=siqin 管段能量守恒方程组的变换 如果一些管段首尾相连，形成一条路径，将这些管段的能量守恒方程相加或相减，到处路径能量方程。 例：将管段[1]、[2]、[3]的能量方程相加，再减去管段[4]的能量方程，可导出从节点（7）到节点（8）之间一条路径的能量方程，即： H7-H8=h1+h2+h3-h4 思考题：由节点能量方程导出： 1）由节点（1）、（2）、（3）、（6）、（5）、（4）组成的回路能量方程。 2）由节点（1）、（2）、（5）、（4）组成的环能量方程。 可以证明，对于任意环状管网，环能量方程的一般形式为： 5.1.3 恒定流基本方程组 5.2 给水管网水力分析基础 5.2.1 水力分析前提 （1）必须已知各管段的水力特性 hi=siqin hi=siqi|qi|n-1 hi=siqi|qi|n-1-hei i=1,2,…M 沿程水头损失可以写成： （2）节点流量与节点水头必须一个已知一个未知 已知节点水头而未知节点流量的节点称为定压节点。 已知节点流量而未知节点水头的节点成为定流节点。 （3）必须至少有一个定压节点 管网中无定压节点（R=0）时，恒定流方程组无解。 因为若Hj*为方程组解， Hj* +ΔH仍为方程组的解，即方程组无解。 5.3 单定压节点树状管网水力分析 比较简单，管段流量可以由节点流量连续性方程组直接求出，不要求解非线性的能量方程组。 水力分析计算分两步： 1、用流量连续性条件计算管段流量，并计算出管段压降； 2、根据管段能量方程和管段压降，从定压节点出发推求各节点水头。 例5.1 某城市树状给水管网系统如图所示，节点（1）处为水厂清水池，向整个管网供水，管段[1]上设有泵站，其水力特性为：sp1=311.1(流量单位m3/s，水头单位m),he1=42.6,n=1.852。根据清水池高程设计，节点（1）水头为H1=7.8m，各节点流量、各管段长度与直径如图所示，各节点地面标高见表5.1，试进行水力分析，计算各管段流量与流速、各节点水头与自由水头。 在管网水力计算时，根据求解的未知数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。 1. 解环方程 解环方程：针对求解单定压节点 环状管网 管段流量初分配：就是拟定各管段流量初值，使它们满足流量节点连续性方程。 环流量：就是沿顺时针方向或逆时针方向给管网中一个环内的每条管段施加一个相同的流量，不会改变节点的流量平衡。 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。 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。 2.解节点方程 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，通过计算求出每一节点的水压。节点水压已知后，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。 原理：在初步拟订压力的基础上，逐步调整节点水压以满足连续性方程。 节点方程组具体步骤： 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=H=Hi-Hj=sq2的关系式求出管段流量。 ③验证每一节点的管段流量是否满足连续性方程，即进入该节点的流量代数和是否等于零，如不等于零，则按下式求出校正水压值。 ④除了水压