第5章__管段流量、管径和水头损失

1、第五章第五章 管段流量、管径和水头损失管段流量、管径和水头损失 n 管网计算概述管网计算概述 n 管网图形及简化管网图形及简化 n 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量 n 管段计算流量管段计算流量 n 管径计算管径计算 n 水头损失计算水头损失计算 n 管网计算基础方程管网计算基础方程 第五章第五章 管段流量、管径和水头损失管段流量、管径和水头损失 n 管网计算概述管网计算概述 n 管网图形及简化管网图形及简化 n 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量 n 管段计算流量管段计算流量 n 管径计算管径计算 n 水头损失计算水头损失计算 n 管网计算基础方程管网计算基础方程 管网计算的概述管网计

2、算的概述 n 计算水量计算水量 按最高日最高时用水量计算，目的是求出所有管段的直按最高日最高时用水量计算，目的是求出所有管段的直 径、水头损失、水泵扬程和水塔高度。径、水头损失、水泵扬程和水塔高度。 n 计算步骤计算步骤 求沿线流量和节点流量；求沿线流量和节点流量； 求管段计算流量求管段计算流量 确定各管段的管径和水头损失确定各管段的管径和水头损失 进行管网水力计算和技术经济计算；进行管网水力计算和技术经济计算； 确定水塔高度和水泵扬程。确定水塔高度和水泵扬程。 第四章第四章 管段流量、管径和水头损失管段流量、管径和水头损失 n 管网计算概述管网计算概述 n 管网图形及简化管网图形及简化 n

3、沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量 n 管段计算流量管段计算流量 n 管径计算管径计算 n 水头损失计算水头损失计算 n 管网计算基础方程管网计算基础方程 管网图形及简化管网图形及简化 n概化原则概化原则 保留主要的干管，略去一些次要的，水力条件影响较小保留主要的干管，略去一些次要的，水力条件影响较小 的管线，使得简化后的管网基本上能反映实际用水情况。的管线，使得简化后的管网基本上能反映实际用水情况。 管网图形及简化管网图形及简化 n概化原则概化原则 管网图形及简化管网图形及简化 n概化原则概化原则 第四章第四章 管段流量、管径和水头损失管段流量、管径和水头损失 n 管网计算概述管网计算概述

4、 n 管网图形及简化管网图形及简化 n 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量 n 管段计算流量管段计算流量 n 管径计算管径计算 n 水头损失计算水头损失计算 n 管网计算基础方程管网计算基础方程 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量 节点 管线 基环 沿线流量：沿线流量：指供给该管段两侧用户所需流量指供给该管段两侧用户所需流量 节点流量：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。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。 2 q 1 q 3 q 4 q 5 q 6 q 7 q i q 2 Q 1 Q 3 Q i Q 1、沿线流量 （1）长度比流量法 计计ij i

5、 s l QQ q ijs ji l lqq （L/s/m） （L/s） l 单侧供水取0.5 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量 （2）面积比流量法）面积比流量法 ij i A A QQ q ij ji l Aqq A （L/s)L/s) ijli QQq 设计设计 （L/s/m2) 2、节点流量、节点流量 （1）沿线流量化节点流量）沿线流量化节点流量 tl qq t q t q l q tl qq t q lt qq l q)1( l q t q l q 简化原则：简化原则： 使管中通过使管中通过qt+qlqt流流 量产生的水头损失量产生的水头损失=管管 中通过某均匀流量中通过某均匀流量

6、 qt+ql产生的水头损失。产生的水头损失。 x x q 3 1 2 l t q q 0 t q 577. 0 3 1 0 tl qq 100 49. 0 5 . 0 tl qq t q t q l q x x q L xL qqq ltx tl qq t q lt qq l q)1( l q t q l q l t q q 令令 () lll LxLx qqq LL dx 管段dx中的水损dx L xL aqdxaqdh nn l n x )( dx L xL aqdhh n L n l L )( 00 Laq n h nnn l )1( 1 1 11 lt qqq )( l q nn l

7、n aLqaLqh)( n nn n1 )1( 11 3 1 2 （2）集中流量化节点流量）集中流量化节点流量 集中流量即大用户用水量集中流量即大用户用水量 大用户处作为管网一个节点，直接置于该节点大用户处作为管网一个节点，直接置于该节点 将大用户用水置于靠近的管网节点将大用户用水置于靠近的管网节点 管网的任一节点流量包括管网的任一节点流量包括 i Q ijlij Qqq 5 . 0 344 5 . 0lqq s )(5 . 0 1251311 lllqq s is Qlqq 122 5 . 0 maxhj Qq maxh 1 2 6 5 43 Q 第四章第四章 管段流量、管径和水头损失管段流

8、量、管径和水头损失 n 管网计算概述管网计算概述 n 管网图形及简化管网图形及简化 n 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量 n 管段计算流量管段计算流量 n 管径计算管径计算 n 水头损失计算水头损失计算 n 管网计算基础方程管网计算基础方程 管段流量管段流量 目的：在设计流量下确定各管段中的流量，以初目的：在设计流量下确定各管段中的流量，以初 选管径选管径 1、树状网、树状网 2、环状网、环状网 maxh 1 2 6 5 43 Q q1 q6 q5 q4q3 q2 q56 q15 q12 q34 q13 344 qq 13334 qqq 4313 qqq 单水源环状网管段流量单水源环状网管

9、段流量 （1）先拟流向，力求以水流最短线路 送至大用户和边远地区 （2）平行干管中分配的流量大致相等， 避免某干管损坏，其余干管负荷过重 （3）各节点满足 0 1 iL/s ijL/s jij j ij qqJ q q 节点流量平衡方程个 节点 的节点流量， 从节点 到节点 的管段流量， 第四章第四章 管段流量、管径和水头损失管段流量、管径和水头损失 n 管网计算概述管网计算概述 n 管网图形及简化管网图形及简化 n 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量 n 管段计算流量管段计算流量 n 管径计算管径计算 n 水头损失计算水头损失计算 n 管网计算基础方程管网计算基础方程 管径计算管径计算 1

10、、水泵供水时确定管径、水泵供水时确定管径 起点水压未知起点水压未知 DN未定、未定、h不定不定 扬程扬程Hp不能定不能定 优化计算定管径优化计算定管径 简化方法定管径简化方法定管径 2 D vv 4 qA q D 4 最大流速不应超过最大流速不应超过2.53m/s 输送浑水时，最小流速不应小于输送浑水时，最小流速不应小于0.6m/s。 管径计算管径计算 管管 径（径（mm） 平平 均均 经经 济济 流流 速（速（m/s） D=1004000.60.9 D4000.91.4 平均经济流速平均经济流速 1 1 100 t p WCM t 设C为一次投资的管网造价，M为每年管理费用，t年内有： 2、

11、重力供水时确定管径、重力供水时确定管径 起点水压已知起点水压已知 Z 在计算Q下通过管网产生的水头损失， 等于或略小于可以利用的标高差 Zhij ij 2 2 Zqalqsh ijijijij 522 64 Dc a ij ijij ij ZC ql D 22 2 5 64 第四章第四章 管段流量、管径和水头损失管段流量、管径和水头损失 n 管网计算概述管网计算概述 n 管网图形及简化管网图形及简化 n 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量 n 管段计算流量管段计算流量 n 管径计算管径计算 n 水头损失计算水头损失计算 n 管网计算基础方程管网计算基础方程 水头损失计算水头损失计算 给水管网

12、任一管段两端节点的水压与该管段水损给水管网任一管段两端节点的水压与该管段水损 之间的关系之间的关系 式中：式中：Hi,Hj从某一基准面算起的管段起端从某一基准面算起的管段起端i和终点和终点 j的水压，的水压，m. hij管段管段i，j的水头损失，的水头损失，m。 ijji hHH i H j H ij h n 水力学上能量损失用单位重量液体的能量损失水力学上能量损失用单位重量液体的能量损失 h hw w 表示。 表示。 根据边界的形状和尺寸是否沿程变化和主流是否脱离固体根据边界的形状和尺寸是否沿程变化和主流是否脱离固体 边壁或形成漩涡：边壁或形成漩涡： 22 11 1222 12 22 w p

13、p zzh gggg 沿程水头损失沿程水头损失 hf 局部水头损失局部水头损失 hj hw n 沿程水头损失沿程水头损失hf h f s 在平直的固体边界水道中，单位重量的液体从一个断面在平直的固体边界水道中，单位重量的液体从一个断面 流至另一个断面的机械能损失。流至另一个断面的机械能损失。 这种水头损失随沿程长度这种水头损失随沿程长度 增加而增加，称作增加而增加，称作沿程水头损失沿程水头损失。 当液体运动时，由于局部边界形状和大小的改变、局部障当液体运动时，由于局部边界形状和大小的改变、局部障 碍，液体产生碍，液体产生漩涡漩涡，使得液体在局部范围内产生了较大的能，使得液体在局部范围内产生了较

14、大的能 量损失，这种能量损失称作量损失，这种能量损失称作局部水头损失，局部水头损失，常用常用hj表示。表示。 n 局部水头损失局部水头损失 常见的发生局部水头损失区域：常见的发生局部水头损失区域： 分类分类沿程水头损失沿程水头损失局部水头损失局部水头损失 发生边界发生边界平直的固体边界水道中平直的固体边界水道中产生漩涡的局部范围产生漩涡的局部范围 外在原因外在原因液体运动的摩擦阻力液体运动的摩擦阻力边界层分离或形状阻力边界层分离或形状阻力 大小大小 hf s 与漩涡尺度、强度与漩涡尺度、强度, 边界形边界形 状等因素相关状等因素相关 耗能方式耗能方式通过液体粘性将其能量耗散通过液体粘性将其能量

15、耗散 水头损失的分类及产生原因水头损失的分类及产生原因 jfw hhh 式中：式中： 代表该流段中各分段的沿程水头损失的总和；代表该流段中各分段的沿程水头损失的总和； 代表该流段中各种局部水头损失的总和。代表该流段中各种局部水头损失的总和。 f h j h 液流的沿程水头损失和局部水头损失的叠加称为总水头损液流的沿程水头损失和局部水头损失的叠加称为总水头损 失失hw : n 总水头损失总水头损失 2 hilalq 522 64 Dc a 水力学上，用q表示时， 水力坡度i=aq2； 水头损失h=il 表示：水头损失h是与管径D和流量q有关 （1 1）旧铸铁管和旧钢管）旧铸铁管和旧钢管 V1.2

16、m/sV1.2m/s，a a只与只与DNDN、n n有关，与有关，与ReRe无关无关 阻力平方区阻力平方区 （2 2）旧铸铁管、旧钢管和石棉水泥管）旧铸铁管、旧钢管和石棉水泥管 V1.2m/sV1.2m/s，a a和和DNDN、n n 、ReRe有关有关 过渡区过渡区 （3 3）塑料管和玻璃管）塑料管和玻璃管 a a和和DNDN、ReRe有关，与有关，与n n无关无关 水力光滑区水力光滑区 管材、流速不同，流态不同：管材、流速不同，流态不同： 旧钢管和旧铸铁管 h局（1020%）h沿 塑料管和石棉水泥管 可取5%10% 2 2 1.3 0.3 2 1.3 1.2/0.00107 0.867 1

17、.2/0.0009121 m si D m si D 1、舍维列夫公式 1、舍维列夫公式 2 5.33 2 5.33 0.0130.001743 0.0140.002021 q ni D q ni D 2、巴甫洛夫斯基公式 1.852 1.3524.87 10.67ql h CD 3、海曾-威廉公式 12.51 2lg 3.71Re k D 4、柯尔勃洛克公式 第四章第四章 管段流量、管径和水头损失管段流量、管径和水头损失 n 管网计算概述管网计算概述 n 管网图形及简化管网图形及简化 n 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量 n 管段计算流量管段计算流量 n 管径计算管径计算 n 水头损失计

18、算水头损失计算 n 管网计算基础方程管网计算基础方程 管网计算基础方程管网计算基础方程 1、节点数、管段数和环数之间的关系、节点数、管段数和环数之间的关系 节点数节点数J 管段数管段数P 环数环数L 则：则： P=J-1+L 1 2 6 5 43 Q 水源水源 水源水源 。 O O maxh Q 3、环网水力计算、环网水力计算 目的：各管段流量、目的：各管段流量、DN、节点水压及多水源的各水源供水量、节点水压及多水源的各水源供水量 按按连续性方程连续性方程Qj+qqij ij=0 =0初分流量初分流量 查查“平均经济流速平均经济流速”或或“界限流量界限流量”初定初定D Dij ij 列列能量方程能量方程，在，在D Dij ij和初分流量下，各环路水损总和是 和初分流量下，各环路水损