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1、第5章 管段流量、管徑和水頭損失 5.1 管網(wǎng)計算的課題 內(nèi) 容：求出所有管道的直徑、水頭損失、水泵揚程和水塔高度。并對事故時、消防時、最大轉(zhuǎn)輸時的水泵揚程進行較核。 重要性：管道工程的建設(shè)投資占整個給水系統(tǒng)總投資的 6080%，輸配水所需的動力費用占給水系統(tǒng)運行總費用的4070%。,步驟： 繪制計算草圖，對節(jié)點和管段順序編號，標(biāo)明管段長度和節(jié)點地形標(biāo)高； 按最高日最高時計算比流量、沿線流量和節(jié)點流量； 對各管段擬定水流方向，進行流量分配； 初步確定各管段的管徑和水頭損失； 進行管網(wǎng)水力計算和技術(shù)經(jīng)濟計算； 確定水塔高度和水泵揚程； 根據(jù)管網(wǎng)各節(jié)點的壓力和地形標(biāo)高，繪制等水壓線和自由水壓線
2、圖。,5.2 管網(wǎng)圖形及簡化 管網(wǎng)圖形：根據(jù)圖論的基本原理，圖由“弧”和“頂點”兩部分組成。給水管網(wǎng)的幾何圖形可以抽象地認(rèn)為是由管段和節(jié)點構(gòu)成的有向圖，如將管段看成“弧”，節(jié)點看成“頂點”，則管網(wǎng)本身也是一種“圖”。 管網(wǎng)圖形中每個節(jié)點通過一條或多條管段和其他節(jié)點相連接。如果舍去后，會破壞“圖”的連續(xù)性的管段，稱為聯(lián)系管段。去除后會破壞“圖”的連續(xù)性的節(jié)點，稱為鉸點。,節(jié)點：有集中流量進出、管道合并或分叉以及邊界條件發(fā)生變化的地點 管段：兩個相鄰節(jié)點之間的管道 管線：順序相連的若干管段 環(huán)：起點與終點重合的管線 基環(huán)：不包含其它環(huán)的環(huán) 大環(huán)：包含兩個或兩個以上基環(huán)的環(huán),在保證計算
3、結(jié)果接近實際情況的前提下，為方便計算可對管線進行適度簡化。 忽略：管網(wǎng)中主要起聯(lián)絡(luò)作用的管段，由于正常運行時流量很小，對水力條件的影響很小，計算時可以忽略。 分解：只有一條管段連接的兩個管網(wǎng)可分解成兩個管網(wǎng)進行計算；管網(wǎng)末端水流方向確定的部分可分開計算；環(huán)狀網(wǎng)上接出的樹狀網(wǎng)分開計算。 節(jié)點合并：距離很近的兩個節(jié)點計算時可視為一個節(jié)點。,管段合并：長度近似相等、彼此幾乎平行且相距很近的兩條管段計算時可合并。 等效管段的比阻：,等效管段的長度：,5.3 沿線流量和節(jié)點流量,比流量：為簡化計算而將除去大用戶集中流量以外的用水量均勻地分配在全部有效干管長度上，由此計算出的單位長度干管承擔(dān)的供水
4、量。,城鎮(zhèn)中用水量標(biāo)準(zhǔn)不同的區(qū)域應(yīng)分別計算比流量。,沿線流量：干管有效長度與比流量的乘積。,按管道長度計算的比流量不能反映供水人數(shù)和用水量的差別，可采用按面積計算比流量的方法。,管網(wǎng)中除最末端的管段外，其他任一管段的流量都由兩部分組成，一部分是本管段沿程配水產(chǎn)生的流量，即沿線流量，另一部分是通過該管段輸送到下游管段的流量，稱為轉(zhuǎn)輸流量。,,節(jié)點流量：沿線流量只有概念上的意義，在水力計算時應(yīng)將沿線流量按適當(dāng)比例分配到兩各節(jié)點，成為節(jié)點流量。沿線流量轉(zhuǎn)換成節(jié)點流量的原則是管段的水頭損失相同。,,,,,,,,,,,集中流量處理：,,,5.4 管段計算流量 樹狀管網(wǎng)的管段流量具有唯一性。,8,6,
5、14,27,33,77,5,環(huán)狀管網(wǎng)滿足連續(xù)性條件的流量分配方案可以有無數(shù)多種。,5.5 管徑計算 管道直徑、管段計算流量和水流速度之間滿足以下關(guān)系：,在確定的計算流量下，管道直徑是流速的函數(shù)：,從技術(shù)上考慮，水流的最大速度應(yīng)不超過2.53.0米/秒（防止水錘），最小速度不得小于0.6米/秒（防止沉積）。 從經(jīng)濟上考慮，較大的水流速度可減小管道直徑，降低工程造價；但由于水流速度大而會導(dǎo)致水頭損失增加，從而加大運行的動力費用。合理的流速應(yīng)該使得在一定年限（投資償還期）內(nèi)管網(wǎng)造價與運行費用之和最小。,設(shè)Wt為總費用，C為管網(wǎng)造價，M1為年度運行電費，M2為年折舊費用，t為投資償還年限。則有：
6、,投資償還期內(nèi)的年度總費用為：,,,5.6 水頭損失計算 流量和水頭損失的關(guān)系：,均勻流基本公式：,舍維列夫公式（適用于舊鑄鐵管和舊鋼管）,巴甫洛夫斯基公式（適用于混凝土管、鋼筋混凝土管和渠道）,對于混凝土管和鋼筋混凝土給水管，當(dāng)n<0.02時，y值可采用1/6。,海曾威廉公式,,柯爾勃洛克公式,5.8 管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程 目的：確定各水源節(jié)點的供水量、各管段的流量和管徑、全部節(jié)點的水壓。,多水源環(huán)狀管網(wǎng)的管段數(shù)、節(jié)點數(shù)、基環(huán)數(shù)和水源數(shù)滿足列關(guān)系： +-,單水源環(huán)狀管網(wǎng)： +-1,樹狀管網(wǎng)： -1,管網(wǎng)水力計算時，節(jié)點流量、管段長度為已知，需要確定管道的直徑和流量，有2P個未
7、知數(shù)，利用經(jīng)濟流速確定流量與直徑的關(guān)系，實際上只要求解個未知數(shù)。,管網(wǎng)中的水流必須符合質(zhì)量守恒和能量守恒原理，即滿足連續(xù)方程和能量方程。獨立的連續(xù)性方程數(shù)為個，獨立的能量方程數(shù)為個，共計個。,個節(jié)點連續(xù)性方程：,qi為節(jié)點流量，qij為管段流量，離開節(jié)點為正，流向節(jié)點為負。,個基環(huán)能量方程：,hij為管段水頭損失，順時針方向為正，逆時針方向為負。,5.9 管網(wǎng)計算方法分類 在管網(wǎng)水力計算時，根據(jù)求解的未知敷是管段流量還是節(jié)點水壓，可以分為解環(huán)方程、解節(jié)點方程和解管段方程三類。 解環(huán)方程：管網(wǎng)經(jīng)流量分配后，各節(jié)點已滿足連續(xù)性方程，可是由該流量求出的管段水頭損失， 并不同時滿足L個環(huán)的能量方程，為此必須多次將各管段的流量反復(fù)調(diào)整，直到滿足能量方程，從而得出各管段的流量和水頭損失。,解節(jié)點方程：在假定每一節(jié)點水壓的條件下，應(yīng)用連續(xù)性方程以及管段壓降方程，通過計算求出每一節(jié)點的水壓。節(jié)點水壓已知后，即可以從任一管段兩端節(jié)點的水壓差得出該管段的水頭損失，進一步從流量和水頭損失之間的關(guān)系算出管段流量。 解管段方程：應(yīng)用連續(xù)性方程和能量方程，求得各管段流量和水頭損失，再根據(jù)已知節(jié)點水壓求出其余各節(jié)點水壓。,
《城市給水排水》第5章管段流量、管徑和水頭損失
