《【土木建筑】第5章管段流量、管徑和水頭損失》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《【土木建筑】第5章管段流量、管徑和水頭損失（36頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第第5 5章章 管段流量、管徑和水頭損失管段流量、管徑和水頭損失5.1 5.1 管網(wǎng)計算的課題管網(wǎng)計算的課題 內(nèi)內(nèi) 容：容：求出所有管道的直徑、水頭損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。防時、最大轉(zhuǎn)輸時的水泵揚程進行較核。重要性：重要性：管道工程的建設(shè)投資占整個給管道工程的建設(shè)投資占整個給水系統(tǒng)總投資的水系統(tǒng)總投資的 6080%，輸配水所需，輸配水所需的動力費用占給水系統(tǒng)運行總費用的的動力費用占給水系統(tǒng)運行總費用的4070%。步驟：步驟：繪制計算草圖，對節(jié)點和管段順序編號，繪制計算草圖，對節(jié)點
2、和管段順序編號，標明管段長度和節(jié)點地形標高；標明管段長度和節(jié)點地形標高；按最高日最高時計算比流量、沿線流量和按最高日最高時計算比流量、沿線流量和節(jié)點流量；節(jié)點流量；對各管段擬定水流方向，進行流量分配；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；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；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；確定水塔高度和水泵揚程；根據(jù)管網(wǎng)各節(jié)點的壓力和地形標高，繪制根據(jù)管網(wǎng)各節(jié)點的壓力和地形標高，繪制等水壓線和自由水壓線圖。等水壓線和自由水壓線圖。5.2 5.2 管網(wǎng)圖形及簡化管網(wǎng)圖形及簡化 管網(wǎng)圖形：管網(wǎng)圖形：根
3、據(jù)圖論的基本原理，圖由根據(jù)圖論的基本原理，圖由“弧弧”和和“頂點頂點”兩部分組成。給水管網(wǎng)的兩部分組成。給水管網(wǎng)的幾何圖形可以抽象地認為是由管段和節(jié)點構(gòu)幾何圖形可以抽象地認為是由管段和節(jié)點構(gòu)成的有向圖，如將管段看成成的有向圖，如將管段看成“弧弧”，節(jié)點看，節(jié)點看成成“頂點頂點”，則管網(wǎng)本身也是一種，則管網(wǎng)本身也是一種“圖圖”。管網(wǎng)圖形中每個節(jié)點通過一條或多條管管網(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，會破壞段和其他節(jié)點相連接。如果舍去后，會破壞“圖圖”的連續(xù)性的管段，稱為的連續(xù)性的管段，稱為聯(lián)系管段聯(lián)系管段。去。去除后會破壞除后會破壞“圖圖”的連續(xù)性的節(jié)點，稱為的連續(xù)性
4、的節(jié)點，稱為鉸鉸點點。鉸點鉸點聯(lián)系管段聯(lián)系管段 節(jié)點：節(jié)點：有集中流量進出、管道合并或有集中流量進出、管道合并或分叉以及邊界條件發(fā)生變化的地點分叉以及邊界條件發(fā)生變化的地點 管段：管段：兩個相鄰節(jié)點之間的管道兩個相鄰節(jié)點之間的管道 管線：管線：順序相連的若干管段順序相連的若干管段 環(huán)：環(huán)：起點與終點重合的管線起點與終點重合的管線 基環(huán)：基環(huán)：不包含其它環(huán)的環(huán)不包含其它環(huán)的環(huán) 大環(huán)：大環(huán)：包含兩個或兩個以上基環(huán)的環(huán)包含兩個或兩個以上基環(huán)的環(huán)管段管段基環(huán)基環(huán)節(jié)點節(jié)點管線管線大環(huán)大環(huán) 在保證計算結(jié)果接近實際情況的前提下，在保證計算結(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。為方便計算可
5、對管線進行適度簡化。忽略：忽略：管網(wǎng)中主要起聯(lián)絡(luò)作用的管段，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。響很小，計算時可以忽略。分解：分解：只有一條管段連接的兩個管網(wǎng)可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。樹狀網(wǎng)分開計算。節(jié)點合并：節(jié)點合并：距離很近的兩個節(jié)點計算時距離很近的兩個節(jié)點計算時可視為一個節(jié)點?？梢暈橐粋€節(jié)點。22121AAAAA 管段合并：管段
6、合并：長度近似相等、彼此幾長度近似相等、彼此幾乎平行且相距很近的兩條管段計算時可乎平行且相距很近的兩條管段計算時可合并。合并。等效管段的比阻：等效管段的比阻：等效管段的長度：等效管段的長度：21llll或節(jié)點節(jié)點合并合并管段合并管段合并分解分解忽略忽略5.3 5.3 沿線流量和節(jié)點流量沿線流量和節(jié)點流量 比流量：比流量：為簡化計算而將除去大用戶集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中流量以外的用水量均勻地分配在全部有效有效干管長度干管長度上，由此計算出的單位長度干管承上，由此計算出的單位長度干管承擔的供水量。擔的供水量。lqQqs 城鎮(zhèn)中用水量標準不同的區(qū)域應分別計城鎮(zhèn)
7、中用水量標準不同的區(qū)域應分別計算比流量。算比流量。公園公園街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊 沿線流量：沿線流量：干管有效長度與比流量的干管有效長度與比流量的乘積。乘積。lqqsl 按管道長度計算的比流量不能反映供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。算比流量的方法。FqQqs 管網(wǎng)中除最末端的管段外，其他任一管段管網(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，即配水產(chǎn)生的流量，即沿線流量沿線流量，另
8、一部分是通，另一部分是通過該管段輸送到下游管段的流量，稱為過該管段輸送到下游管段的流量，稱為轉(zhuǎn)輸流轉(zhuǎn)輸流量量。tlqq tqlqqsl 節(jié)點流量：節(jié)點流量：沿線流量只有概念上的意沿線流量只有概念上的意義，在水力計算時應義，在水力計算時應將沿線流量按適當比將沿線流量按適當比例分配到兩各節(jié)點例分配到兩各節(jié)點，成為節(jié)點流量。沿線，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流量轉(zhuǎn)換成節(jié)點流量的原則是管段的水頭損失相同。損失相同。tlqq tqlqlq1tlqq tqxdxLLxLqLxLqqqlltx222LxLqdxAqdxAdhlxLlqLAdhh02231222lltqLAqqLAh
9、312312222;508.05;528.01;577.005.0;501.050;504.010tlqq tqlqlq1集中流量處理：集中流量處理：tqqtqxLqLqqAxLAqxqqAttt22222211qqLxqqLxqqtttqqLxqqqqttt2125.4 5.4 管段計算流量管段計算流量 樹狀管網(wǎng)的管段流量具有唯一性。樹狀管網(wǎng)的管段流量具有唯一性。泵站泵站56385646273545286142733341217726234775 環(huán)狀管網(wǎng)環(huán)狀管網(wǎng)滿足連續(xù)性條件滿足連續(xù)性條件的流量分配方的流量分配方案可以有無數(shù)多種。案可以有無數(shù)多種。151013121816171419761
10、2527148581912335913460249511135730102498v4Dq2vq4D5.5 5.5 管徑計算管徑計算 管道直徑、管段計算流量和水流速度管道直徑、管段計算流量和水流速度之間滿足以下關(guān)系：之間滿足以下關(guān)系：在確定的計算流量下，管道直徑是流在確定的計算流量下，管道直徑是流速的函數(shù)：速的函數(shù)：從從技術(shù)上技術(shù)上考慮，水流的最大速度應不超考慮，水流的最大速度應不超過過2.53.0米米/秒（防止水錘），最小速度秒（防止水錘），最小速度不得小于不得小于0.6米米/秒（防止沉積）。秒（防止沉積）。從從經(jīng)濟上經(jīng)濟上考慮，較大的水流速度可減小考慮，較大的水流速度可減小管道直徑，降低工程
11、造價；但由于水流速度管道直徑，降低工程造價；但由于水流速度大而會導致水頭損失增加，從而加大運行的大而會導致水頭損失增加，從而加大運行的動力費用。合理的流速應該使得在一定年限動力費用。合理的流速應該使得在一定年限（投資償還期）內(nèi)管網(wǎng)造價與運行費用之和（投資償還期）內(nèi)管網(wǎng)造價與運行費用之和最小。最小。)100()(121CpMtCMMtCWt11001MCpttWWt 設(shè)設(shè)Wt為總費用，為總費用，C為管網(wǎng)造價，為管網(wǎng)造價，M1為為年度運行電費，年度運行電費，M2為年折舊費用，為年折舊費用，t為投資為投資償還年限。則有：償還年限。則有：投資償還期內(nèi)的投資償還期內(nèi)的年度總費用年度總費用為：為：DeM1
12、Cpt1001VeCpt1001WM1WVW0DW0管徑管徑（mm）平均經(jīng)濟流速平均經(jīng)濟流速（m/s）D=100400D4000.60.90.91.422252282SQALQLQgDgVdLHHhjiijRJCV 5.6 5.6 水頭損失計算水頭損失計算 流量和水頭損失的關(guān)系：流量和水頭損失的關(guān)系：均勻流基本公式：均勻流基本公式：1.舍維列夫公式（適用于舊鑄鐵管和舊鋼管）舍維列夫公式（適用于舊鑄鐵管和舊鋼管）時：當smV/2.13.1200107.0DVJ 時：當smV/2.13.123.03.1200107.0)867.01(000912.0DVKVDVJ2.巴甫洛夫斯基公式（適用于混凝土
13、管、鋼巴甫洛夫斯基公式（適用于混凝土管、鋼筋混凝土管和渠道）筋混凝土管和渠道）yRnC1 對于混凝土管和鋼筋混凝土給水管，當對于混凝土管和鋼筋混凝土給水管，當n0.02時，時，y值可采用值可采用1/6。Rnny)10.0(75.013.05.23.海曾海曾威廉公式威廉公式87.4852.1852.167.10DCLQh 水管種類水管種類海曾海曾-威廉系數(shù)威廉系數(shù)C塑料管塑料管新鑄鐵管、涂瀝青或水泥的鑄鐵管新鑄鐵管、涂瀝青或水泥的鑄鐵管混凝土管、焊接鋼管混凝土管、焊接鋼管舊鑄鐵管和舊鋼管舊鑄鐵管和舊鋼管1501301201004.柯爾勃洛克公式柯爾勃洛克公式)Re51.271.3lg(21Dk水
14、管種類水管種類粗糙系數(shù)粗糙系數(shù)k（mm）涂瀝青鑄鐵管涂瀝青鑄鐵管涂水泥鑄鐵管涂水泥鑄鐵管涂瀝青鋼管涂瀝青鋼管鍍鋅鋼管鍍鋅鋼管石棉水泥管石棉水泥管離心法鋼筋混凝土管離心法鋼筋混凝土管塑料管塑料管0.050.1250.500.050.1250.030.040.040.250.010.035.8 5.8 管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程 目的：目的：確定各水源節(jié)點的供水量、各管段確定各水源節(jié)點的供水量、各管段的流量和管徑、全部節(jié)點的水壓。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)多水源環(huán)狀管網(wǎng)的管段數(shù)、節(jié)點數(shù)、節(jié)點數(shù)、基環(huán)數(shù)基環(huán)數(shù)和水源數(shù)和水源數(shù)滿足列關(guān)系：滿足列關(guān)系：+-單水源環(huán)狀管網(wǎng)：
15、單水源環(huán)狀管網(wǎng)：+-1-1 樹狀管網(wǎng)：樹狀管網(wǎng)：-1-1 管網(wǎng)水力計算時，節(jié)點流量、管段長度管網(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，有為已知，需要確定管道的直徑和流量，有2P2P個未知數(shù)，利用經(jīng)濟流速確定流量與直徑的個未知數(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)。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。方程數(shù)為個，共計個。個節(jié)點連續(xù)
16、性方程：個節(jié)點連續(xù)性方程：01ijiqq qi為節(jié)點流量，為節(jié)點流量，qij為管段流量，離開節(jié)為管段流量，離開節(jié)點為正，流向節(jié)點為負。點為正，流向節(jié)點為負。02ijiqq0SJijiqq個基環(huán)能量方程：個基環(huán)能量方程：0Iijh hij為管段水頭損失，順時針方向為正，為管段水頭損失，順時針方向為正，逆時針方向為負。逆時針方向為負。0IIijh 0Lijh5.9 5.9 管網(wǎng)計算方法分類管網(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。環(huán)方程、解節(jié)點方程和解
17、管段方程三類。解環(huán)方程：解環(huán)方程：管網(wǎng)經(jīng)流量分配后，各節(jié)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，的管段水頭損失，并不同時滿足并不同時滿足L個環(huán)的個環(huán)的能量方程，為此必須多次將各管段的流量能量方程，為此必須多次將各管段的流量反復調(diào)整，直到滿足能量方程，從而得出反復調(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。各管段的流量和水頭損失。解節(jié)點方程：解節(jié)點方程：在假定每一節(jié)點水壓的在假定每一節(jié)點水壓的條件下，應用連續(xù)性方程以及管段壓降方條件下，應用連續(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)點程，通過計算求出
18、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)系算出管段流從流量和水頭損失之間的關(guān)系算出管段流量。量。解管段方程：解管段方程：應用連續(xù)性方程和能量應用連續(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。據(jù)已知節(jié)點水壓求出其余各節(jié)點水壓。肚松衯宸&愮鐝D)?$?d悡!餯怉 扈鋹A 嘬貑 d?噡1/2001騫寸15鏈?-CRM鍦氱敤.files/imgr_logo.gif 冣杁9/ERP鏂
19、噡1/2001騫寸15鏈?-CRM鍦氱敤.files/logo.gif 冟?A/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-CRM鍦敤.files/logo_compute.gif 冡?疘1/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/9/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/0830.gif 冧塖阇8/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/4-2.gif 冨篰飁/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/imgr_logo.gif 冨杁9/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/logo.gi
20、f 冦旿?A/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/logo_compute.gif 冧?疘4/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/0830.gif 冪阇?/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/biaoshi.gif 冭賏?;/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/cio.gif冩?=/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/email.gif 冩?A/ERP鏂噡1/2001騫寸15
21、鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/imgr_logo.gif 冭聖杁/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/logo.gif冩碝?D/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/logo_compute.gif 冭?疘:/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/F/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/astd_oct.gif 冮烜?E/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/biaoshi.gif凅?C/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡
22、嫻庢誕鐜?files/email.gif 冮?G/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-潕肚松衯?雎?lián)]=?牓2d?h糖=M 痞?(瘣滸?(h?棧哐鋃$*?z 3蓚W 傯=%u旄 冏?塧?腦?U ZYY h?鵓?鎂+x脲燴哠K?q 梽桃 羀徬?w?錭X?C?e?gei鎃+,nit噈鲃 c?u锳 9 硄 輕儍L8踇縎;W岐?u rH?Wx鵛 8 吷y 兞 戀W 六 堲?-猴w兂.+嬼?墎 娮?嗠鸊GiJ倭r J?侜!?u?唻蕛?凓|?縖鴰嬔r 責|A伾 鼐*?%磣嬓冴 苻 高 Hv霼?m|兪 T?4撠?聝?飌Z0?t蕞筍 訌?3 髀続c?p?t 壉鄪Mr+?p;8齚 p 蕞驅(qū)_嬝3?%?佝較#?u
23、嬻芺婩*?莀X _?萄阯K詴qM?x拱曃?鳡?+腰+?艃?U?葭?橗?岶%媗祆?呿祴?峙%Ms?叫 篂?X?$?F笂 斚汶弸邏s?苾铏p蔭淥?呉坡Y詢生蓯籀 塡塠=?鬋 昆?SZ?|?匡?(別?鯇Z0 l 慶琶 5艭危?內(nèi)?g?a?J?$孅?0lH 効譱蘑?R?;N?囏a杸)G?t$撈-0?c+僿?v胐顑o 2?刻 N稍嶀?寃?泲?a礙鵠YZF猏虓贋用 拷T,V3 B勵=桽=?ST傄u烶輤 腙鯧0_儖?絅=計裌 巹4飪秞?塀墕銒t隿+廢榰N 82)撅?uG?儅導鴣 鮁 e 5?O軸C冾:_)5隠瑾.觠0峗E?王?謷呻 u?蓌 X0?艣專?u?V=Zt望?v;3蒛h8#?d?z痣W兠 兯凔?黃T?彄貖?ty?嗥肻Bu SU?x墊侓?嬎茆=D彎塎 偗aN?婻 鞽咢0v箅 _溹?J)橆1e?c?r?螢G;烹2C?c?炩?婾 U蔙T宆 Q?啪)u 鏗竗?莙 0 釆U$_饎囕 雒 u?w?鍳x?)S tE媭E 鄫P 鲉 S現(xiàn)性?5?E/?H鬢礪啊l鴭?=鄒,?6 蜢?X?逫秼 雎G7?t C?7?嬊儀 鴣b_ G?雨?X?8 y隵蘆挺?k吜W 娫Q Y簮?嫋g&櫻匵補?銋i罕凂*pl蘘孠嚈鱺獺礻訋?桇挵tzS?N藫弆籽D啶?2 禚艷?g!凲瘬
【土木建筑】第5章管段流量、管徑和水頭損失
