第4章给水排水管网模型.ppt

1、节点流量为何平均分配在两端节点上，解释在第三章内容中，有理论推导 2、管段中流量不变化，只有能量发生变化；节点处能量不发生变化，流量变化；因此水泵、减压阀、跌水井及阀门等设施，只能抽象在管段上。 * * 第四章 给水排水管网模型 目录 4.1 给水排水管网模型化 4.2 管网模型拓扑特性 4.3 管网模型的水力特性 4.1 给水排水管网模型化 管网模型： 将给水排水管网工程实体简化和抽象为用管段和节点两类元素图形和数据表达的系统，称为给水排水管网模型 管网模型分类：拓扑模型、水力模型、水质模型、运行管理模型 管网模型内容：管网拓扑关系和水力、水质特性 给水排水管网的简化 简化:指从实际系统中去掉一些比较次要的给水排水设施，使分析和计算集中于主要对象。 宏观等效原则 最小误差原则 简化原则 简化模型与实际系统的误差在允许范围，满足工程上的要求。 保持其功能，各元素之间的关系不变 简化方法： 1）删除次要管线，保留主管线； 2）交叉点近可合并为同一交叉点； 3）将全开阀门去掉，将管线从全闭阀门处切断； 4）采用水力等效原则将不同管材和规格等效为单一管材和规格； 5）并联管线可简化为单管线； 6）大系统可拆分为多个小系统。 附属设施简化： 1）删除不影响全局水力特性的设施； 2）将同一处的多个相同设施合并。 管网简化图例 给水排水管网的抽象 所谓抽象，就是忽略所分析和处理对象的一些具体特征，而将它们视为模型中的元素，只考虑它们的拓扑关系和水力特性。 经过简化的给水排水管网进一步抽象成为仅由管段和节点两类元素组成的管网模型。 管段和节点 管段：管线和泵站等简化后的抽象形式，只输送水量，不允许改变水量，但可以改变水的能量。 当管线中间有较大的集中流量时，应在集中流量点处划分管段，设置节点。 沿线流量： 指供给（收集）该管段两侧用户所需（排放）的流量。应用水力等效原则折算到管道两端的节点上。 节点流量：从沿线流量折算得出的并且假设是在节点集中流出的流量。给水管网将沿线流量平均分到管道两端节点上。排水管网则将沿线收集水量折算到端点上。 当管线中间有较大的集中流量（工业企业、医院、学校等）时，应在集中流量点处划分管段，设置节点。 节点：管线交叉点、端点或大流量出入点的抽象形式。水的能量唯一，但有流量的输入或输出。 管段和节点的特征 管段特征 拓扑属性：管段方向、起点、终点 水力属性：流量、流速、扬程、摩阻，压降 构造属性：管长、直径、粗糙系数 节点特征 构造属性：高程、位置 水力属性：节点流量、节点水头、自由水头。 拓扑属性：与节点关联的管段及其方向、节点的度 管网模型的标识 （1）节点和管段编号 节点（1）,（2）… 管段[1],[2]… （2）管段方向的设定 任意设定，不一定等于管段中水流的流向。实际流向与设定方向不一致，用负值表示。 （3）节点流量方向的设定 流出节点为正，流入为负值。 （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） [1] [9] [8] [7] [6] [5] [4] [3] [2] Q7 Q3 Q2 Q1 Q4 Q5 Q6 Q8 q1,h1 q6,h6 q5,h5 q2,h2 q3,h3 q7,h7 q8,h8 q9,h9 q4,h4 管网节点数N和管段数M的关系 两大类管网：树状网和环状网 树状网：M=N-1 环状网：M=L+N-1（L为内环数） （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） [1] [9] [8] [7] [6] [5] [4] [3] [2] Q7 Q3 Q2 Q1 Q4 Q5 Q6 Q8 节点数：N=8 管段数：M=2+8-1=9 4.2 管网模型拓扑特性 拓扑学：数学分支，研究几何图形变化和图形特征 图论：拓扑学中的主要内容，研究由点和线构成的网络图形变化和其特征，亦称为拓扑特征。图表示事物（点、顶点）之间的相互关联关系（线、边）,又称拓扑关系。 管网模型：模拟或表达给水排水管网的拓扑特性和水力特性。表达水流的路径和运动状态。 理论基础：质量守恒定律 、能量守恒定律 * 4.2.1 管网图的基本概念 1）几何表示法： 在平面上画上点，表示节点，在相联系的节点之间画上直线段或曲线段表示管段，所构成的图形表示一个管网图。改变点的位置或改变线段的长度与形状等，均不改变管网图。 1、管网图的几种表示方法 2）图的集合表示 ?节点集合： V={v1,v2,v3,…vn}； ?管段集合： E={e1,e2,e3,…em}；记为G(V,