Ch8环状管网水力计算与水力工况分析

Ch8环状管网

水力计算与水力工况分析8.2恒定流管网特性方程组及求解方法8.3

环状管网的水力计算8.1管网图及矩阵表示8.4

环状管网水力工况分析与调节8.1管网图及矩阵表示一、基本概念1、沿线流量（途泄流量）沿管道流出供给用户的分散流量。比流量：单位管长的沿线流量。2、转输流量（集中流量）输送到下游管段的流量。3、节点流量在节点处流入或流出的流量。沿线流量在计算时需要转移到管段两端节点上。沿线流量转移到管段起点的流量比例为α，终点的流量比例为1-α。燃气管网α=0.55，给水管网α=0.5。集中流量折算时，可将集中流量处设置节点，也可按距离起点和终点的距离的反比折算。节点流量包括：节点原来流量沿线流量折算流量集中流量折算流量节点流量符号流入为+，流出为—管网中所有节点流量代数和为0。例8-1低压燃气管网，燃气的相对密度为0.55。居民用户日用气量为4m3/户，高峰途泄流量为0.4m3/h户。计算各节点流量。解：1）给节点、管段编号，假定流向。2）计算节点流量。沿线流量折算集中流量折算求节点流量的代数和注意：流量的正负号。图8-1-1低压燃气管网沿线流量为0.4m3/h•户

二、管网图将管网简化为节点和管线的网络图。节点具有几何位置属性、流量和压力属性、拓扑属性。管线具有管长、管径、粗糙度等构造属性、流量和阻力属性、拓扑属性。管线中间无流量进出。三、图论基本概念1、图节点：管段的交汇点。分支：节点间的管线。图：节点和分支组成的集合。有向图：管线具有方向的图。2、关联分支与其两个端点是关联的。节点与其连接的分支是关联的。3、链与回路链：节点-分支-节点-分支…组成的交替序列。基本链：链中除起点和终点外，所包含的节点各不相同。回路：闭合的链。基本回路：闭合的基本链。4、通路链中各分支方向一致，前一分支的末点是后继分支的始点。基本通路：节点各不相同的通路。5、有向赋权图将分支和节点的水力属性或构造属性作为权值，赋予分支和节点的管网图。6、树定义：不包含任何回路的连通图。性质：1）任意两节点间由唯一的基本链连接；2）在不相邻的两节点间加上一条边即形成回路；3）若节点数为J，分支数为L，L=J-1。7、生成树和最小树生成树：连通图的一个子图，包含全部节点和连接各节点的分支，但不包含任何回路。图8-1-4以分支阻抗为权的有向赋权图

图8-1-5生成树

余树：图中除生成树以外的分支。最小树：各分支赋权值之和最小的树，Tmin。最大树：各分支赋权值之和最大的树，Tmax。四、管网的矩阵表示1、关联矩阵表示分支与节点关联关系的矩阵。基本关联矩阵J*N阶关联矩阵的秩为J-1。任意(J-1)*N阶矩阵为基本关联矩阵。2、基本回路矩阵有向连通图中各分支与基本回路间的关系矩阵。基本回路矩阵的秩为M=N-J+1图8-1-6基本回路与基本回路矩阵

独立回路矩阵基本回路矩阵中，M个独立回路对应的子矩阵。独立回路选取方法8.2恒定流管网特性方程组及求解方法一、节点流量平衡方程组根据节点质量守恒，可得节点流量方程（连续性方程）矩阵表示节点流量平衡方程组二、回路压力平衡方程组由能量守恒，管网恒定流动时，在任意回路中沿回路方向，各个分支管路压降的代数和为0。可得独立回路压力平衡方程：矩阵形式：三、分支阻力定律四、泵或风机性能曲线代数方程插入法拉格朗日二次插值公式。五、求解恒定流管网特性方程组当N-J+1>0时，独立回路压力平衡方程组为非线性方程组，有N-J+1个方程。节点流量平衡方程组为线性方程组，有J-1个方程。共有N个方程，待求未知数为N个管段（分支）的流量。8.3环状管网的水力计算水力计算的任务：确定各个管段的管径，计算流动阻力，确定所需的动力。已知条件：用户的设计流量；管网的布置。水力计算步骤：区域供热供水管网，设计供水温度110℃，回水温度70℃。该集中供热管网共有15个热用户，全部采用水/水换热器与室内采暖管网间接连接。所有用户预留的资用压头是8mH2O。每个热力站的热水循环流量，示于图中。1、绘制管网图，计算节点流量统计各个管段的长度、局部阻力形式及个数等基础参数。2、环状干线水力计算（1）绘制环状干线图不能直接根据节点流量和节点流量平衡规律推出管段设计流量的管段是环状干线。把连接在环状干线上的枝状管线去掉，其流量转化成连接点处的流量。对节点和管线分别编号。根据实际情况，初拟流向。（2）环状干线流量初始分配指导管径的选择。管段流量的初始分配方案涉及管网的经济性和可靠性。流量的初始分配满足节点流量平衡。分配顺序找到起始节点。按管段长度的反比将节点流量分配至与之相连的管段上。逆着流向，由远及近在下一节点处分配流量。（3）初定管径根据各管段流量初始分配的结果，按照要求的设计参数，如经济流速、比摩阻等，初定各管段的管径。对于室外供热管网：（4）统计局部阻力系数（5）管网平差计算实质：求解环状干线各管段满足节点流量平衡和回路压力平衡方程组的各管段的流量。计算机求解。（6）校核水力参数，调整管径（7）计算节点参考压力找出最不利节点及支路。3、枝状管线水力计算（1）计算设计流量（2）选择最不利用户，进行水力计算（3）计算其余枝状管线，进行压损平衡4、计算管网需用压力最不利用户与源点之间的回路需要的压力。水泵扬程：8.4环状管网的水力工况分析与调节一、水力工况分析方法已知管网布