第3章给水管网水力计算基础ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第3章 给水管网水力学基础,第3章 给水管网水力学基础,1,第3章 给水管网水力学基础,3.1给水管网水流特征,3.2管渠水头损失计算,3.3给水系统的水压关系（补充）,3.4管道的水力等效简化,3.5给水管网模型,第3章 给水管网水力学基础3.1给水管网水流特征,2,3.1 给水管网水流特征,3.1.1管网中的流态分析,流态特征,水的三种流态：,层流,Re4000,过渡流,20004000,给水排水管网水流一般处在,紊流流态,紊流流态分为三个阻力特征区：,阻力平方区,水头损失与流速平方成正比,过渡区,水头损失和流速1.752次方成正比,水力光滑管区,水头损失和流速1.75次方成正比,给水排水管网水流一般处在,阻力平方区和过渡区,3.1 给水管网水流特征3.1.1管网中的流态分析,3,3.1.2恒定流与非恒定流,给水排水管网中，,水流水力因素随时间变化,，属于非恒定流，水力计算复杂。,在设计时一般只能按恒定流计算。,3.1.2恒定流与非恒定流给水排水管网中，水流水力因素随时间,4,3.1.3均匀流与非均匀流,非均匀流：,水流参数随空间变化,。,满管流动,1）如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，为均匀流，管道对水流阻力沿程不变，采用,沿程水头损失公式,计算；,2）当管道在局部分叉、转弯与变截面时，流动为非均匀流，采用,局部水头损失公式,计算。,非满管流或渠流，只要长距离截面不变，可以近似为均匀流。,3.1.3均匀流与非均匀流非均匀流：水流参数随空间变化。,5,3.1.4 压力流与重力流,压力流,输水通过封闭的管道进行，水流阻力主要依靠水的压能克服，,阻力大小只与管道内壁粗糙程度有关、管道长度和流速有关，与管道埋设深度和坡度无关,。,重力流,管渠中水面与大气相通，非满流，水流阻力依靠水的位能克服，形成水面沿水流方向降低。,给水多压力流，排水多重力流；,长距离输水重力流，排水泵站出水管、倒虹管压力流。,3.1.4 压力流与重力流压力流输水通过封闭的管道进行，水流,6,3.1.5水流的水头与水头损失,水头：单位重量的流体所具有的机械能，用h或H表示，单位米水柱(mH,2,O)。,位置水头Z,压力水头P/r 测压管水头,流速水头v,2,/2g,3.1.5水流的水头与水头损失 水头：单位重量的流体所具,7,3.2 管渠水头损失,流体克服流动阻力所消耗的机械能称为水头损失。,当流体受固定边界限制做均匀流动时，流动阻力中只有沿程不变的切应力，称为沿程阻力。由沿程阻力引起的水头损失成为,沿程水头损失。,当流体的固定边界发生突然变化，引起流速分布或方向发生变化，从而集中发生在较短范围的阻力称为局部阻力。由局部阻力引起的水头损失成为,局部水头损失,。,3.2 管渠水头损失流体克服流动阻力所消耗的机械能称为水头损,8,3.2 管渠水头损失计算,谢才公式,h,f,沿程水头损失，m；,v过水断面平均流速，m/s；,C谢才系数；,R过水断面水力半径，m，圆管流R=0.25D；,l管渠长度，m。,3.2.1 沿程水头损失计算,3.2 管渠水头损失计算谢才公式3.2.1 沿程水头损失计,9,沿程水头损失计算,对于圆管满流，,达西公式,：,D管段直径，m；,g 重力加速度，m/s,2,；,沿程阻力系数，=8g/C,2,沿程水头损失计算对于圆管满流，达西公式：,10,谢才系数或沿程阻力系数的确定,（1）舍维列夫公式,适用于旧铸铁管和旧钢管满管紊流,，水温10度，常用于给水管道水力计算。,谢才系数或沿程阻力系数的确定（1）舍维列夫公式,11,谢才系数或沿程阻力系数的确定,（2）海曾-威廉公式,适用于较光滑的圆管满流管紊流计算,，主要用于给水管道水力计算。,q流量，m,3,/s；,C,w,海曾-威廉粗糙系数。,谢才系数或沿程阻力系数的确定（2）海曾-威廉公式,12,谢才系数或沿程阻力系数的确定,（3）柯尔勃洛克-怀特公式,适用于各种紊流，是适用性和计算精度最高的公式之一,。,e 管壁当量粗糙度，m。,谢才系数或沿程阻力系数的确定（3）柯尔勃洛克-怀特公式,13,谢才系数或沿程阻力系数的确定,（4）巴甫洛夫斯基公式,适用于明渠流和非满流排水管道计算,。,谢才系数或沿程阻力系数的确定（4）巴甫洛夫斯基公式,14,谢才系数或沿程阻力系数的确定,（5）曼宁公式,巴甫洛夫斯基公式中y=1/6时的特例，适用于明渠或较粗糙的管道计算。,n,M,曼宁公式粗糙系数。,谢才系数或沿程阻力系数的确定（5）曼宁公式,15,3.2.2沿程水头损失计算公式的比较与选用,柯尔勃洛克-怀特公式,具有较高的精度;,巴甫洛夫斯基公式,具有较宽的适用范围，1.0e 5.0mm;,曼宁公式,适用于较粗糙的管道,0.5e 4.0mm;,海曾-威廉公式,适用于较光滑的管道,e 0.25mm;,舍维列夫公式,适用于1.0e 1.5mm.,3.2.2沿程水头损失计算公式的比较与选用柯尔勃洛克-怀特公,16,3.2.3 局部水头损失计算,局部阻力设施,局部阻力设施,全开闸阀,0.19,90,。,弯头,0.9,50%开启闸阀,2.06,45,。,弯头,0.4,截止阀,35.5,三通转弯,1.5,全开蝶阀,0.24,三流直流,0.1,3.2.3 局部水头损失计算局部阻力设施局部阻力设施全开,17,3.2.4水头损失公式的指数形式,沿程水头损失计算公式的指数形式：,参数,海曾威廉公式,曼宁公式,舍维列夫公式,K,10.67/C,w,1.852,10.29n,M,2,0.001798,n,1.852,2.0,1.911,m,4.87,5.333,5.123,3.2.4水头损失公式的指数形式沿程水头损失计算公式的指数形,18,局部水头损失公式的指数形式,局部水头损失公式的指数形式,19,由一泵站供净水厂,3.3 给水系统的水压关系,由一泵站供净水厂3.3 给水系统的水压关系,20,无水塔时二泵站压力,控制点,无水塔时二泵站压力控制点,21,向前置水塔和管网供水时的压力,向前置水塔和管网供水时的压力,22,消防时水压,消防时水压,23,3.4 管道的水力等效简化,采用水力等效的原理，将局部管网简化成简单的形式。,多条管道串联或并联，等效为单条管道；,管道沿线分散出流或入流，等效为集中出流或如流；,泵站多台水泵并联工作可以等效为单台水泵。,3.4 管道的水力等效简化 采用水力等效的原理，将局,24,l,1,l,2,l,N,d,1,d,2,d,N,3.4.1 串联管道的简化,l,根据水力等效的原则：,l1 l2,25,3.4.1并联管道的简化,将它们等效为一条直径为d，长度为l的管道，输送流量q=q,1,+q,2,+q,N,。,根据水力等效的原则：,d,1,q,1,d,2,q,2,d,N,q,N,q,3.4.1并联管道的简化 将它们等效为一条直径为d，长度,26,任一管段的流量：,沿线流量，转输流量,。,3.4.2 沿线均匀出流简化,任一管段的流量：沿线流量，转输流量。3.4.2 沿线均匀出流,27,假设沿线出流均匀，则管道内任意断面x上的流量可以表示为：,沿程水头损失计算如下：,假设沿线出流均匀，则管道内任意断面x上的流量可以表示为：,28,为简化计算，将沿线流量q,l,分为两个集中流量，分别转移到管段的两个节点。,假设转移到末端的流量为aq,l，,则通过管道流量为：,水头损失为：,为简化计算，将沿线流量ql分为两个集中流量，分别转移到管段的,29,根据水力等效原则：,由此表明，管道沿线出流的流量可以近似地一分为二，转移到两个端点上。,根据水力等效原则：由此表明，管道沿线出流的流量可以近似地一分,30,3.5 给水管网模型,给水管网是一类大规模且复杂多变的网络系统，为了便于规划、设计和运行管理，应将其简化和抽象以便于用图形和数据表达和分析的系统，称为给水管网模型。,3.5 给水管网模型给水管网是一类大规模且复杂多变的网络系,31,3.5.1 给水管网的简化,所谓简化，就是从实际系统中去掉一些比较次要的给水排水设施，使分析和计算集中于主要对象。,简化原则,：宏观等效原则；最小误差原则。,3.5.1 给水管网的简化 所谓简化，就是从实际系统中,32,简化方法,：,1）删除次要管线，保留主管线；,2）交叉点近可合并为同一交叉点；,3）将全开阀门去掉，将管线从全闭阀门处切断；,4）采用水力等效原则将不同管材和规格等效为单一管材和规格；,5）并联管线可简化为单管线；,6）大系统可拆分为多个小系统。,附属设施简化,：,1）删除不影响全局水力特性的设施；,2）将同一处的多个相同设施合并。,简化方法：,33,节点合并,管段合并,分解,忽略,节点合并管段合并分解忽略,34,3.5.2 给水管网的抽象,所谓抽象，就是忽略所分析和处理对象的一些具体特征，而将它们视为模型中的元素，只考虑它们的拓扑关系和水力特性。,经过简化的给水排水管网进一步抽象成为仅由,管段,和,节点,两类元素组成的管网模型。,3.5.2 给水管网的抽象所谓抽象，就是忽略所分析和处理对,35,管段和节点,管段,：管线和泵站等简化后的抽象形式，只输送水量，,不允许改变水量，但可以改变水的能量,。,当管线中间有较大的集中流量时，应在集中流量点处划分管段，设置节点。,泵站、减压阀、跌水井、非全开阀门,等应设于管段上。,节点,：管线交叉点、端点或大流量出入点的抽象形式。,水的能量唯一，但有流量的输入或输出,。,管段和节点管段：管线和泵站等简化后的抽象形式，只输送水量，不,36,管段和节点的属性,管段属性,构造属性：管长、直径、粗糙系数。,拓扑属性：管段方向、起点、终点。,水力属性：流量、流速、扬程、摩阻，压降。,节点属性,构造属性：高程、位置。,拓扑属性：与节点关联的管段及其方向、节点的度；（与某节点关联的管段的数目称为该节点的度）,水力属性：节点流量、节点水头、自由水头。,管段和节点的属性 管段属性,37,3.5.3管网模型的标识,（1）节点和管段编号,节点（1）,（2）,管段1,2,（2）管段方向的设定,任意设定，不一定等于管段中水流的流向。实际流向与设定方向不一致，用负值表示。,（3）节点流量方向的设定,流出节点为正，流入为负值。,Q,8,（8）,（1）,（2）,（3）,（4）,（5）,（6）,（7）,1,9,8,7,6,5,4,3,2,Q,7,Q,3,Q,2,Q,1,Q,4,Q,5,Q,6,q,1,h,1,q,6,h,6,q,5,h,5,q,2,h,2,q,3,h,3,q,7,h,7,q,8,h,8,q,9,h,9,q,4,h,4,3.5.3管网模型的标识（1）节点和管段编号Q8（8）（1）,38,管网节点数N和管段数M的关系,两大类管网：树状网和环状网,树状网：M=N-1,环状网：M=L+N-1（L为内环数）,（3）,Q,7,（1）,（2）,（4）,（5）,（6）,（7）,（8）,1,9,8,7,6,5,4,3,2,Q,3,Q,2,Q,1,Q,4,Q,5,Q,6,Q,8,节点数：N=8,管段数：M=2+8-1=9,管网节点数N和管段数M的关系 两大类管网：树状网和环状网,39,