管段流量_管径_水头损失

1、第第5章章 管段流量、管径管段流量、管径和水头损失和水头损失Water Supply Engineering 在给水工程总投资中，输水管渠和管网所占费用(包括管道、阀门、附属设施等) 约占70% 80%。 新建和扩建的城市管网按最高时用水量计算。 对多种方案进行管网计算，可得到最佳给水管网方案。5.1 管网计算的课题管网计算的课题4 计算步骤 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。Water Supply Engineering 给水管线遍布在街道下，管线多、管径差别大，将全部管线一律加以计算，实际上没

2、有必要，也不可能。 新设计管网的定线和计算仅限于干管而不是全部管线。 改建和扩建管网的计算可对实际管网适当简化，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。5.2 管网图形及简化管网图形及简化4 管网图形简化管网图形简化就是在保证计算结果接近实际情况，对管线进行简化，以减轻计算工作量。Water Supply Engineering 管网分解：两管网由一条或两条管线连接，可把连接线断开，分解成两个管网。 管线合并：管径较小、相互平行且靠近的管线。 管线省略：水力条件影响较小、管径相对较小的管线。4 管网简化方法5.2 管网图形及简化管网图形及简化Water Supply Engin

3、eering5.2 管网图形及简化管网图形及简化. 管线简化示意6004003003001001002502502502502502503003003003003002002002002002002002002002002002503003004004003002502502502002002002001501001001001001001001001001001001001001501501501501501501501501501501501501501501501501501501501502002002002002002501001001001001001501501501501501

4、50150100100150150100100100100150分解分解分解分解合并合并合并省略省略合并节点合并省略合并Water Supply Engineering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。5.3 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量4 管网计算术语节点有集中流量进出、管道合并或分叉以及边界条件发生变化的地点,包括水源节点(泵站、水塔)、管线交接点、两管段交点。 管段两个相邻节点之间的管道顺序相连的若干管段管线环起点与终点重合的管线基环不包含其它环的环大环包含两个或两个以上基环的环沿线流量节点流量指供给该管段两侧用户所需流量Water Supply Engine

5、ering 工业企业的给水管网，大量用水集中在少数车间，配水情况简单。 城市给水管线的干管和分配管上接出许多用户，沿管线配水，有数量少但用水量大的工厂、机关、旅馆等单位用水，也有数量多但水量少的居民用水，情况复杂。 沿线有数量较多的用户用水q1，q2，等，也有分配管的流量Q1，Q2，等。5.3 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量4 沿线流量. 沿线流量分布情况Q2 q1 q2 q3 q4 q5 Q3 Q4 q6 q7 干管Q1 分配管Water Supply Engineering 因用户用水量经常变化，按照实际用水情况来计算管网，没有必要也少有可能，因此，计算时往往加以简化。5.3 沿线流

6、量和节点流量沿线流量和节点流量比流量(qs)是假定用水量均匀分布在全部干管上，由此算出干管线单位长度的流量。. 比流量sQqqlqs: 比流量;Q : 管网总用水量;q : 大用户集中用水量总和;l : 干管总长度;ql: 沿线流量;l : 管段长度。. 沿线流量lssqq lq lQqWater Supply EngineeringslsQqqAqq A 干管的总长度一定时，比流量随用水量增减而变化，和的比流量不同，所以在管网计算时须分别计算。 城市内人口密度或房屋卫生设备条件不同的地区，也应该根据各区的用水量和干管线长度，分别计算其比流量，以得出比较接近实际用水的结果。 若沿线供水人数和用

7、水量的差别较大时，采用该管段的供水面积代替管段总长度计算比流量，结果比较准确，但计算较复杂。 供水面积可用等分角线的方法划分街区。5.3 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量1 说明Water Supply Engineeringqlqt本管段沿程配水产生的流量,顺水流方向逐渐减小通过该管段输送到下游管段的流量,沿整个管段不变tlqq tqlqqsl4 节点流量5.3 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量. 管段流量tlqq tqlqlq1按沿线流量计算时,管段的流量是变化的,难以确定管径和水头损失。将沿线流量转化为的流量,即沿管线没有流量流出,管段的流量不再沿管线变化，由此可计算管径和水头损

8、失。 Water Supply Engineering将沿线流量按适当比例分配到两个节点上，转换成从两个节点流出的流量，就成为节点流量。. 节点流量. 沿线流量转换成节点流量的原则管段的水头损失相同求出一个沿线不变的折算流量q，使它产生的水头损失等于实际上沿管线变化的流量。5.3 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量Water Supply Engineering,txtllxltllxqqqqlqlxqqlqqq令则 在1，2两节点之间，管长为l的管段中的沿线流量顺水流方法逐级减少，节点1处的流量为qt+ql，节点2处的流量为qt，管段12中任一断面的流量为qx(图中红线)。 用节点流量表示

9、时节点1，2两节点处出流，1和2之间的管段流量不变为q (图中绿线)。假定节点2的流量为ql，则节点1的流量为(1-)ql ，从图可以看出 q=qt+ql 。:折算系数，是把沿线变化的流量折算成在管段两端节点流出的流量，即节点流量系数。qt+ql 1xdxlqt(1-)ql qqlq12qtqlqx5.3 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量Water Supply Engineering5.3 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量22213132222202222,13txtlllxlLltllqLxLxqqqqLLqLxdha dx qa dx qLhdha L qha L qa Lqqa

10、 L q令则. 求解折算系数()00.577;10.528;50.508;100.504;500.501;0.5 qt+ql 1xdxLqt(1-)q1 qq1q12qtqlqxWater Supply Engineering5.3 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量 折算系数只与=qt/ql有关：2 在管网末端的管段，转输流量qt=0，=0.577；2 转输流量远大于沿线流量的管段， =0.5 为方便管网计算，通常为统一采用=0.5。 任一节点i的节点流量等于与该节点相连各管段的沿线流量qi总和的一半，即 。 工业企业等大用户的流量或用水量大的车间流量可直接作为节点流量。 管网图上的流量主

11、要表示为由沿线流量折算的节点流量和大用户的集中流量。0.5illqqq 1 说明Water Supply Engineering泵站563856462735452861427333412177262347154 单水源的树状网的流量分配 树状管网的管段流量具有唯一性,任一管段的流量等于该段以后所有节点流量的总和。5.4 管段计算流量管段计算流量Water Supply Engineering5.4 管段计算流量管段计算流量4 环状网的流量分配 任一节点的流量包括节点流量、流向和流离该节点管段流量。 分配流量应保持每一节点的水流连续性，满足节点流量平衡，即流向任一节点的流量等于流离该节点的流量，

12、 。 在流量分配时，使环状网中某些管段的流量为零，即将环状网改成树状网，才能得到最经济的流量分配，但是树状网并不能保证可靠供水。 环状网流量分配时，应同时照顾经济性和可靠性，即在满足可靠性的要求下，力求管网最为经济。2 经济性是指流量分配后得到的管径，应使一定年限内的管网建造费用和管理费用为最小。2 可靠性是指能向用户不间断地供水，并且保证应有的水量、水压和水质。0iijqqWater Supply Engineering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。4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）

13、。从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线。4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(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可分配较少的流量。4连接管的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。. 环状网流量分配步骤5.4 管段计算流量管段计算流量Water Supply Engineering例例5.4 管段计算流量管段计算流量1510131218161714197612527148581912

14、335913460249511135730102498Water Supply Engineering5.5 管径计算管径计算4 管径计算管段的直径应按分配后的流量确定4qDv 从技术上考虑，水流的最大速度应不超过2.53.0 m/s (防止水锤)，最小速度不得小于0.6 m/s (防止沉积)。 从经济上考虑，较大的水流速度可减小管道直径，降低工程造价；但由于水流速度大而会导致水头损失增加，从而加大运行的动力费用。 合理的流速应该使得在一定年限（投资偿还期）内管网造价与运行费用之和最小。. 水流速度的选择4 经济管径的确定Water Supply EngineeringDeM1Cpt1001W

15、DW0. 管网费用分析5.5 管径计算管径计算121()()100tWCtMMpCtMC Wt：总费用；C：管网造价；M1：年度运行电费；M2：年折旧费用；p：管网折旧和大修费；t：投资偿还年限。1 投资偿还期内的年度总费用W1 投资偿还年限内的总费用Wt11100tWpWCMtt1 年折旧费与管径的关系Water Supply Engineering管径管径 （mm）平均经济流速平均经济流速 （m/s）D=1004000.60.9D4000.91.4VeCpt1001M1WVW01 年折旧费与流速的关系. 平均经济流速5.5 管径计算管径计算Water Supply Engineeringv

16、C Ri. 均匀流基本公式4 流量和水头损失的关系 2222225,248ijijijijhHHlil vqqhvDgSDhlqalqsqgD由上式得：由得：. 管段的沿程水头损失222222228222vgvgvviC RC RgC DgDgC: 谢才系数, m1/2s;i: 水力坡度;R: 水力半径,m; : 阻力系数，28gC25225864agDC Da: 比阻，q: 流量;l: 管段长度；s: 水管摩阻，s=al。5.6 水头损失计算水头损失计算Water Supply Engineering5.6 水头损失计算水头损失计算. 水头损失一般公式nnnmqhlalqsqD当n=2时,

17、h=alq2=sq2。给水管的水流流态分为三种情况：2 阻力平方区(n=2)，此时比阻a值仅和管径及水管内壁粗糙度有关，而和Re数无关，例如旧铸铁管和旧钢管在流速v1.2 m/s时或金属管内壁无特殊防腐措施时，就属于这种情况；2 过渡区(n=1.752) ，此时，比阻a值和管径、水管内壁粗糙度以及Re数有关，例如旧铸铁管和旧钢管在流速。v1.2 m/s时以及石棉水泥管在各种流速时的情况；2 水力光滑区(n=1.75) ，此时比阻a值和管径及Re数有关，但和水管内壁粗糙度无关，例如应用塑料管和玻璃管时。Water Supply Engineering. 舍维列夫公式适用于旧铸铁管和旧钢管21.3

18、0.00107viD当v1.2 m/s时,当v1.2 m/s时，21.30.30.867(0.0009121)viDv24qvD将 代入上式得：25.30.001736qDi 比较 hij=li=alq2 得：a=i/q25.30.001736aD21.325.30.0.00148000912qKvKiDD令 得：0.30.867(1)Kv由不同管径和流速可算得a,K值,列表于表5-2,表5-3中。实际计算时,只需将q,D以及表中的a,K值代入公式计算,即可求出h。5.6 水头损失计算水头损失计算4 水头损失的实际计算Water Supply Engineering. 巴甫洛夫斯基公式适用于混

19、凝土管、钢筋混凝土管和渠道1yCRn2.50.130.75(0.10)ynnR 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。 当n取不同的值时，将 代入 得： 222564iqC D1/61CRn5.3325.330.00170.001743,0.01343aDqinD5.3325.330.00200.002021,0.01421aDqinD由不同管径和粗糙度可算得a,值,列表于表5-4。实际计算时,只需将q,D以及表中的a值代入公式计算,即可求出h。5.6 水头损失计算水头损失计算Water Supply Engineering. 海曾-威廉公式水管种类海曾-威廉系数C

20、塑料管150新铸铁管、涂沥青或水泥的铸铁管130混凝土管、焊接钢管120旧铸铁管和旧钢管1001.8521.8524.8710.67QlhCD西方国家应用较多5.6 水头损失计算水头损失计算Water Supply Engineering. 柯尔勃洛克公式水管种类粗糙系数k（mm）水管种类粗糙系数k（mm）涂沥青铸铁管0.050.125石棉水泥管0.030.04涂水泥铸铁管0.50离心法钢筋混凝土管0.040.25涂沥青钢管0.05塑料管0.010.03镀锌钢管0.125适用范围广,接近实际,运算复杂,宜用计算机求解12.512lg()3.71RekD 应用上述各种水头损失计算公式时，由于公式

21、本身的某些缺陷和系数值(如n、C ,k 值)在选用上的偏差，各式的计算结果有时相差较大。 究应采用哪种公式，系数如何选择，应参照实际的科学测定和有关规定。5.6 水头损失计算水头损失计算Water Supply Engineering5.7 管网计算基础方程管网计算基础方程4 管网计算目的求出各水源节点（如泵站、水塔等 ）的供水量、各管段中的流量和管径以及全部节点的水压。环状管网：=+-1树状管网：=-14 管网计算基础方程Q1Q2Q3Q4Q5Q64563211 2q2 3q1 4q2 5q3 6q4 5q5 6q:管段数;:节点数;:基环数。水水泵泵水塔水塔012348567Water Su

22、pply Engineering4 管网水力计算4 管网计算的原理5.7 管网计算基础方程管网计算基础方程Water Supply Engineeringqi为节点流量，qij为管段流量，离开节点流量为正，流向节点流量为负。12J 1000iijiijiijqqqqqq4 连续性方程4 能量方程J-1个节点的流量L个基环的水头损失IIIL000ijijijhhhhij为管段水头损失，sij为管段摩阻，顺时针方向为正，逆时针方向为负。nh sq IIIL000ijijijijijijnnns qs qs q5.7 管网计算基础方程管网计算基础方程Water Supply Engineering4 压降方程管段流量与水头损失之间的关系1/1/1/1(/)nijnijijijijnNijiijHH