采暖给排水水力计算方法PPT课件

1、1 1总用水量设计最高日生活用水量： 50000500000.150.157500m7500m3 3/d/d86.81L/s86.81L/s工业用水量： 400400161625m25m3 3/h/h6.94L/s6.94L/s总水量为： QQ86.8186.816.946.9493.75L/s93.75L/s2 2管线总长度：LL2425m2425m，其中水塔到节点0 0的管段两侧无用户不计入。3 3比流量： (93.75(93.756.94)6.94)242524250.0358L/s0.0358L/s第1页/共60页4沿线流量：管段管段管段长度（管段长度（m）沿线流量（沿线流量（L/s）

2、01122314484556673001502504506502301902053000.035810.741500.03585.372500.03588.954500.035816.116500.035823.272300.03588.231900.03586.802050.03587.34合计合计242586.81第2页/共60页5节点流量：节点节点节点流量（节点流量（L/s）0123456780.510.745.370.5(10.74+5.37+16.11)16.110.5(5.37+8.95) 7.160.58.954.480.5(16.11+23.27+8.23)23.800.5(8

3、.23+6.80)7.520.5(6.80+7.34)7.070.57.343.670.523.2711.63合计合计86.81第3页/共60页93.7588.3860.6311.634.4811.643.6710.7418.26水泵水塔0123485672504503006002301902056501503.6711.634.487.1623.80+6.947.077.5216.115.37第4页/共60页6干管水力计算：管段管段流量流量（L/s）流速流速（m/s）管径管径（mm）水头损失水头损失（m）水塔水塔001144893.7588.3860.6311.630.750.700.860

4、.664004003001001.270.561.753.95h7.53 选定节点8为控制点，按经济流速确定管径。第5页/共60页7支管水力计算：管段管段 起端水位起端水位（m）终端水位终端水位（m）允许水头损失允许水头损失（m）管长管长（m）平均水平均水力坡度力坡度134726.7024.9521.0021.005.703.954006250.014250.00632管段管段流量流量(L/s) 管径管径(mm) 水力坡度水力坡度水头损失水头损失(m)122345566711.644.4818.2610.743.67150(100)100200(150)1501000.006170.00829

5、0.003370.006310.005811.85(16.8)2.070.64(3.46)1.451.19第6页/共60页8确定水塔高度和水泵扬程)(53.2300. 553. 700. 500.16)(mZZhHHotot水泵扬程需要根据水塔的水深、吸水井最低水位标高、水泵吸水管路和压水管水头损失计算确定。第7页/共60页6.2 6.2 环状网计算原理环状网计算原理环方程组解法环方程组解法 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。L个非线形的能量方程：0),(3211PqqqqF0),(3212PqqqqF0),(321PLqqqqF第8页/共60页初步分配的流量一般不

6、满足能量方程： 0),(00302011PqqqqF0),(00302012PqqqqF0),(0030201PLqqqqF第9页/共60页 初步分配流量与实际流量的的差额为q，实际流量应满足能量方程：0),(03032021011PPqqqqqqqqF0),(03032021012PPqqqqqqqqF0),(0303202101PPLqqqqqqqqF第10页/共60页将函数在分配流量上展开，并忽略高阶微量：0)(),(1221111002011PPPqqFqqFqqFqqqF0)(),(2222112002012PPPqqFqqFqqFqqqF0)(),(221100201PPLLLPL

7、qqFqqFqqFqqqF第11页/共60页100302011),(hqqqqFP200302012),(hqqqqFPLPLhqqqqF),(0030201方程组的第一部分称为闭合差：第12页/共60页 将闭合差项移到方程组的左边，得到关于流量误差（校正流量）的线性方程组：11221111hqqFqqFqqFPP22222112hqqFqqFqqFPPLPPLLLhqqFqqFqqF2211第13页/共60页 利用线性代数的多种方法可求解出校正流量。因为忽略了高阶项，得到的解仍然不能满足能量方程，需要反复迭代求解，直到误差小于允许误差值。 第14页/共60页节点方程组解法节点方程组解法 原理

8、：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。 节点流量应该满足连续性方程：0ijiqQ021212121jijiijiijijijiHHHHSQhhSQ2ijijijqSh ijijijijhhSq2121第15页/共60页012112111kkkHHHHSQ022122122kkkHHHHSQ02121,kSJkSJkSJSJHHHHSQ个连续性方程：第16页/共60页一般表达式：0),(3211SJHHHH0),(3212SJHHHH0),(321SJSJHHHH第17页/共60页初步拟定的水压一般不满足连续性方程： 0),(3211SJHHHH0),(3212SJHHHH

9、0),(321SJSJHHHH第18页/共60页 初步拟定水压与实际水压的差额为，实际水压应满足连续性方程：0),(02021011SJSJHHHHHH0),(02021012SJSJHHHHHH0),(0202101SJSJSJHHHHHH第19页/共60页将函数在分配流量上展开，并忽略高阶微量：0)(),(1221111002011SJSJSJHHHHHHHHH0)(),(2222112002012SJSJSJHHHHHHHHH0)(),(221100201SJSJSJSJSJSJSJHHHHHHHHH第20页/共60页100302011),(qHHHHSJ方程组的第一部分称为闭合差：20

10、0302012),(qHHHHSJSJSJSJqHHHH),(0030201第21页/共60页 将闭合差项移到方程组的右边，得到关于水压误差（校正压力）的线性方程组：11221111qHHHHHHSJSJ22222112qHHHHHHSJSJSJSJSJSJSJSJqHHHHHH2211第22页/共60页求解步骤： 根据已知节点（控制点和泵站）的水压，初步确定其他各节点的水压； 根据流量与水头损失的关系求出各管段的流量； 计算各节点的不平衡流量； 计算各节点的校正压力； 重复第24步直到校正压力符合要求为止。第23页/共60页管段方程组解法管段方程组解法 原理：直接联立求解 J- -S 个连续

11、性方程和 L 个能量方程，求出 PL+ +J- -S 个管段流量。具体步骤： 对能量方程进行线性化处理； 给定流量初值并计算线性系数； 解线性方程求出管段流量； 根据所得流量计算线性系数并重新求解管段流量直到误差符合要求。第24页/共60页041211qqQ02414141254545425252522212121qLAqLAqLAqLA连续性方程：Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 621q32q63q52q41q54q65q能量方程：4 45 56 63 32 21 105232212qqqQ063323qqQ054414qqQ06554525qqqQ02

12、323232252525226565652636363qLAqLAqLAqLA第25页/共60页将非线形的能量方程转化为线性方程：041414141545454545252525221212121qqLAqqLAqqLAqqLA032323232525252526565656563636363qqLAqqLAqqLAqqLA04141545452522121qRqRqRqR03232525265656363qRqRqRqR第26页/共60页14121Qqq2523221Qqqq36332Qqq45441Qqq5655452Qqqq04141545452522121qKqKqKqK0323252

13、5265656363qKqKqKqK第27页/共60页6.3 6.3 环状网平差方法环状网平差方法1. 1. 哈代哈代- -克罗斯法克罗斯法 hqSqSqSqS25454241412525222121 Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 621q32q63q52q41q54q65q4 45 56 63 32 21 1hqSqSqSqS25252232322656526363第28页/共60页Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 621q32q63q52q41q54q65q4 45 56 63 32 21 1hqqh0)()()(

14、)(25454241412525222121qqSqqSqqqSqqS0)()()()(25252232322656526363qqqSqqSqqSqqS第29页/共60页忽略相邻环校正流量和二阶微量的影响：0)(25454414152522121qqSqSqSqSh)(2Sqhq0222222254545425454241414124141252525252252525225252221212122121qSqqSqSqSqqSqSqSqqSqqSqSqqSqSqSqqSqS校正流量的符号与水头损失闭合差的符号相反第30页/共60页步骤：步骤： 根据连续性条件初步分配管段流量； 计算各管段的

15、水头损失； 以顺时针方向为正，逆时针方向为负，计算各环的水头损失闭合差； 计算各管段的S Sijijq qijij和每一环的SSijijq qijij； 计算各环的校正流量； 将管段流量加上校正流量重新计算水头损失，直到最大闭合差小于允许误差为止。第31页/共60页2. 2. 最大闭合差的环校正法最大闭合差的环校正法 管网平差过程中，任一环的校正流量都会对相邻环产生影响。一般说来，闭合差越大校正流量越大，对邻环的影响也就越大。值得注意的是，对闭合差方向相同的邻环会加大其闭合差，对闭合差方向相反的相邻环则会缩小闭合差。最大闭合差校正法就是在每次平差时选择闭合差最大的环进行平差。最大闭合差不一定是

16、基环的闭合差。第32页/共60页1 . 1h7 . 0h8 . 0h5 . 0h6 . 0h7 . 1h第33页/共60页3. 3. 多水源管网平差多水源管网平差 多水源给水管网的平差，只需将S个水源节点用一个虚节点相连接，构成一个含有-1个虚环的单水源给水系统。水源节点与虚节点相连接的管段称为虚管段，虚管段中的流量等于水源节点的供水量，管段流量方向是从虚节点流向水源节点。虚管段的水头损失等于各水源节点水压，方向是水源节点指向虚节点。第34页/共60页泵站水塔0Q Qt th=水塔水位高度Q Qp ph=水泵扬程第35页/共60页2SQHHbp212221QQHHS4. 4. 管网计算时的水泵

17、特性方程管网计算时的水泵特性方程 水泵高效区的流量与扬程之间的关系可用二次曲线模拟：水泵高效区的流量与扬程之间的关系可用二次曲线模拟：211SQHHb222SQHHb222211SQHSQHHb22122211QQQHHHHp121Q2Q1H2HQH0第36页/共60页131Q3Q1H3HQH02Q2H2CBQAQH2CBQAQH1211CBQAQH2222CBQAQH3233第37页/共60页5. 5. 管网核算管网核算 消防时 根据城镇和各类建筑的规模，确定同一时间发生的火灾次数以及一次灭火用水量。按照满足最不利条件的原则，将着火点放在控制点及远离泵站的大用户处。发生火灾时，所需自由水头较

18、小，但由于水头损失增大，水泵扬程不一定符合要求，必要时应增设消防水泵。第38页/共60页最大转输时 设置对置水塔的给水系统，在最大用水小时由水泵和水塔同时供水，水塔的高度必定高于控制点的自由水头，当出现最大转输流量时，水泵必须能供水到水塔。事故时 管网中任一管段在检修过程中，系统的供水量都不应小于最高用水时的70%。第39页/共60页二泵站供水曲线用水曲线0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24最大用水小时最大转输小时第40页/共60页校核条件： 消防时节点流量等于最大用水小时节点流量加消防流量；水泵扬程满足最不利消火栓处水压10mH2O； 最大转输时节点流量等于最大

19、转输小时用水量与最大小时用水量之比乘以最大小时节点流量；水泵扬程满足水塔最高水位； 事故时节点流量等于70最大小时节点流量；水泵扬程满足最小服务水头。第41页/共60页6.4 6.4 输水管（渠）计算输水管（渠）计算水位差水位差H H已知的压力输水管已知的压力输水管 要求输水量为Q，平行敷设直径和长度相同的输水管线n条，则每条管线的流量为Q/n，当一条管线损坏时，平行的输水管线为n -条，系统的输水能力变成Q Q/n，要保证70%的设计流量，需要平行布置四条输水管。第42页/共60页平行敷设两条彼此独立的输水管：正常运行 25 . 0 QlAH事故运行 27 . 0 QlAH AA5 . 0第

20、43页/共60页 平行敷设两条输水管，等距离设置N条联络管段：正常运行 25 . 0 QLAH第44页/共60页事故运行 227 . 0135. 01QNLAQNNLAH2227 . 01135. 015 . 0NNN288. 1NN第45页/共60页22QLAH22121nnQNLAQNNLAH不同联络管段数的事故流量第46页/共60页水泵供水的输水管水泵供水的输水管20)(QSSHHdpS Sd d为输水管的当量摩阻22121SSSSSd2222211QSQSQSdQQQ21输水管特性曲线：第47页/共60页水泵特性曲线：2SQHHb0HQH0HQ Q正常运行流量：dpbSSSHHQ0hQ

21、第48页/共60页 输水管用n 1条连接管等分成n段，其中任一管段发生故障时：210)(addpaQnSnSSSHHQQH0H0HQ hQhQQ事故运行流量：nSSSSSHHQddpba10第49页/共60页nSSSSSSSSQQddpdpa/ )(1)1)()(221dpdSSSSSn流量比为：解出分段数：第50页/共60页6.5 6.5 应用计算机解管网问题应用计算机解管网问题 首先对所需进行计算的管网加以简化，然后对节点、管段和环进行编号。标明管段流量和节点流量的流向。1236541Q2Q3Q5Q4Q6Q1q2q3q4q5q6q7q第51页/共60页0000006525314421375

22、2764163QqqQqqQqqqQqqQqqqQqq000100100000101000101110100001101000010010076543217654321QQQQQQQqqqqqqq第52页/共60页001001000001010001011101000011010000100100ATqqqqqqqq7654321TQQQQQQQQ76543210 QAq衔接矩阵第53页/共60页0075426431hhhhhhhh0101101001011017654321hhhhhhh10110100101101LThhhhhhhh76543210Lh回路矩阵第54页/共60页建立衔接矩阵的方法：建立