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第4章管网水力分析(整理)

第4章 城市天然气管网的

水力分析与模拟

4.1 分配管网水力分析

一、管道内燃气稳定流动方程

建模原理:

燃气流动因克服摩阻而产生压头损失,所以沿着管道流动的方向压力降低,气体的密度也相应减小。

燃气在管道中的稳定流动方程可以根

1

据伯努利方程推导出来。

2

2

2

1

1

w w

①质量流量为常数:对于稳态流动来说,管内的质量流量为常数。假如管道的横

截面A为常数,则有 ρρ

=

②压降消耗:这样密度减小则流速增大,燃气的动能必然增加。所以,燃气在流动过程中,其一部分压头用来实现动能增加,另一部分压头用来克服流动产生的摩擦阻力。

③选取微元体:由于速度是沿着管道不断变化的,因此在计算摩擦阻力时,需要研究一小段管道微元体,建立控制方程,然后在管道的整个长度上积分,从而确定由于摩阻而产生的总压头损失。图4.1,燃气在x处的压力为p,在x+dx处的压力为p+dp,微元体dx上气体的密度ρ和速度w的变化也用类似的形式表示。

如果微元体上密度的变化dρ认为是可

3

以忽略的(亦即在微元体内气体的密度为常数),则微元体上的伯努利方程可表示为:

4

图4.1 管内流动微元体示意图

f h z z w d )d ()2

+++g

w g p p z g w

g p 2d (d 22

++

+=++ρρ (4.1)

④在进行一般流动方程推导时,可作如下的简化假设:

(1)管内燃气是稳态流动;

(2)燃气流动时通过管壁向周围介质的传热,可认为是等温流动;

(3)管道中燃气的动能变化忽略不计;

5

(4)在整个管道长度上,燃气的压缩因子为常数;

(5)沿管道长度上摩阻系数为常数;

(6)摩擦引起的压头损失可用半经验摩阻公式(4.2)计算。

dx

g

w

22

λD dh f

=

(4.2)

式中 λ——摩阻系数; D——管子内径。

6

由于微元体上密度和速度的变化所引起的动能变化可以忽略不计,因此方程(4.1)可以改写为

dz dx g

+2

w D g dp

=

?2λρ (4.3)

或 gdz

dx w D

dp ρλ

=?ρ+22

1w (4.4)

7

由连续性方程1w ρρ=,得11

w w ρρ=。

由于摩损产生的能量损失转变为热能,而热能通过管壁散失到周围介质中。燃气的温度T 保持近于常数,所以可以认为流动是等温的。由气体状态方程,可得

8

11

ρp =

ρp

于是11w p p w =,11ρρp p =。 将上面有关w 和ρ的方程代人到方程(4.4)

中,得到

gdz p p

dx 112

1

ρ+

w p p p p

D dp 21112)(ρλ=?

gdz

p p

dx 112

ρ+ZRT p 11w p D pdp 21

112

ρλ

=? ρ=,有 利用气体状态方程

gdz ZR p

dx w ZRT D pdp 1

2

1

2=?ρλ

T

2

2+

在高程项gdz

ZRT p

2

上,p 的值可取为沿管长的平

9

均压力p av ,而

22

222

2)4/(D Q

n

n n πρ=22221

2

1

A Q w w n

n

n

ρρρ==

式中的下标n 是指在标准状态下(压力p =0.1MPa和温度T w =273K)的量,于是

gdz ZRT p av

2+ZRTdx D Q

pdp n

n

522

28=?λρπ

(4.5) 燃气的气体常数与空气常数R air 有关。

写出燃气和空气在标准状态下(压力p n 和温度T n )的

10

状态方程,并考虑这时的压缩因子Z为1。

11

n n RT 燃气:

n p ρ= n air n T R )air n p (ρ= 空气:

所以,S

R

R air ==n air n

)(ρρ S R air

=

R

于是:式中S 为燃气的相对密度。这样,

n air n

T R Sp n n n RT p ==

ρ

将上面关于R 和ρ的方程代入到方程(4.5)中,得到

gdz T ZR S

p Tdx air av

air 2+S ZR D Q T R Sp pdp n n

air n

5

22

28

???

?????=?λπ,即 gdz T ZR S p dx air av

n 2

2

+Q T p D R SZT pdp n

n air 25

2)(8=?λπ (4.6) 对方程(4.6)积分:由x=0,p=p1到x=L,

12

p=p2,我们得到

gh T ZR S

p Q air av

n n n 2222)+T p D

SLZT R p p air 5

222

2

1

(16=?λπ (4.7) 因此,流量Q n 由下式给出

SLTZ

D

T ZR Sgh p air av

λ5

222

]2)?p p p T R Q n

n air

n π

21

[(4

?=

(4.8)

方程(4.8)是燃气稳态流动流量计算方程。

13

T ZR Sgh

p air av

22如果管道是水平的,高程项为零,于

是方程(4.7)简化为

2

25

)(n n n Q T p 222

2

1

16air D

SLZT R p p λπ=? (4.9) SLTZ

D

p λ5

22

2

1)?p p T C

Q n

n

n (= (4.10) 式中,

14

air

R 4

π

=

C

以上公式中各个量的单位为:R air (N·m/(kg·K)),p(Pa),D(m),L(m),T(K),而

Q n (m 3

/s)。

15

若采用习惯的常用单位,n air n

S )(ρρ=

.,

2931)(=n air ρ,31.8=air R ,则

ZL T T

D

Q n n n ρλ

5

2p p 10

22

2

1

1027.1×=? (4.11) 城镇燃气设计规范的计算公式

式中 p 1——管道起点天然气的绝对压力(kPa);

p 2——管道终点天然气的绝对压力(kPa);

L ——天然气管道的计算长度(km);

16

n ρ——天然气的密度(kg/Nm 3);

对于低压系统,可将项,转化为p 22

2

1

p p ?1-p 2:

17

))(212p p ?2/)2p +)

(2(21122

2

1p p p p p p p av ?=+=?

式中,p (1p p av =av 为管道内的平均压力。计算公式中压力都为绝对压力,通常低压系统中燃气压力都非常小,因此绝对压力可近似认为等于大气压力p n 。考虑到Z=1,则

l

T T

D

Q n n n ρ5

2p λ7

1026.6×=Δ (4.12)

Δ

p

式中 ——管道的摩擦阻力损失(Pa); l——天然气管道的计算长度(m);

二、摩擦阻力系数和实用流动方程

在天然气工业中,实际应用的流动方程都是一般流动方程的改进,它们之间的差别主要是使用的摩阻系数λ的不同。

(一)天然气在管道中的流动特性和摩阻系数计算公式

①流态特征:对于天然气的输送来讲,可

18

能是低压分配系统中的小流量,也可能是高压输送系统的大流量。小流量可能承现出层流的特性,而大流量则为完全紊流,但大多数的燃气分配系统则运行在部分紊流区。

②对于在层流区,摩阻系数是雷诺数Re 的函数:

Re 64=

λ (4.13)

③对于紊流区,主要是尼古拉兹公式。现

19

在天然气工业上使用的大多数摩擦阻力系数关系式是基于紊流边界层理论的半经验公式,管道摩阻的主要参考数据来自尼古拉兹关于光滑管和粗糙管流动方面的研究工作。从这些实验数据中,得出了光滑管和粗糙管的摩阻系数关系式(方程4.14、4.15)。光滑管定律最初是由普朗特提出的,而粗糙管定律是由卡尔曼提出,然后这两个关系式中的常数项用尼古拉兹数据进行了校正。

20

热水管网的水力计算

8章建筑内部热水供应系统 8.4热水管网的水力计算 8.4 热水管网的水力计算 8.4热水管网的水力计算

热水管网的水力计算是在完成热水供应系统布置,绘出热水管网系统图及选定加热设备后进行的。 水力计算的目的是: 计算第一循环管网(热媒管网)的管径和相应的水头损失; 计算第二循环管网(配水管网和回水管网)的设计秒流量、循环流量、管径和水头损失; 确定循环方式,选用热水管网所需的各种设备及附件,如循环水泵、疏水器、膨胀设施等。

以热水为热媒时,热媒流量G按公式(8-8)计算。 热媒循环管路中的配、回水管道,其管径应根据热媒流量G、热水管道允许流速,通过查热水管道水力计算表确定,并据此计算 出管路的总水头损失H h 。热水管道的流速,宜按表8-45选用。 8.4.1 第一循环管网的水力计算 1.热媒为热水 热水管道的流速表8-12

当锅炉与水加热器或贮水器连接时,如图8-12所示, 热媒管网的热水自 然循环压力值H zr 按式 (8-35)计算: ) (8.921ρρ-?=h H zr 图8-12

热水管网的水力计算 8.4.1 第一循环管网的水力计算 式中H zr —热水自然循环压力,Pa ; Δh —锅炉中心与水加热器内盘管中心或贮水器中心垂直高度,m ;ρ1—锅炉出水的密度,kg/m 3; ρ2—水加热器或贮水器的出水密度,kg/m 3。 当H zr >H h 时,可形成自然循环,为保证运行可靠一般要求 (8-36): h H 当H zr 不满足上式的要求时,则应采用机械循环方式,依靠循环水泵强制循环。循环水泵的流量和扬程应比理论计算值略大一些,以确保可靠循环。 zr H ≥(1.1~1.15)h H

住宅套内给水排水管道水力计算知识交流

住宅套内给水排水管道水力计算 专业--给排水常识2010-05-26 18:06:18 阅读21 评论0 字号:大中小订阅 1 入户管管径计算 《住宅建筑规范》[1]第5.1.4条规定:“卫生间应设置便器、洗浴器、洗面器等设施或预留位置;……。”这是现阶段住宅内卫生器具配置的最低要求,从《建筑给水排水设计规范》[2]中可知普通住宅Ⅱ、Ⅲ类符 合此项要求。 以普通住宅Ⅱ类为计算算例,表1-1为普通住宅Ⅱ类最高日生活用水定额及小时变化系数,表1-2为住宅常见卫生器具的给水额定流量、当量和连接管公称管径。表1-3为生活给水管道的水流流速要求值。 普通住宅Ⅱ类常见户型配置情况:所有户型配置均配置一间厨房,一套洗衣设施,以卫生间间数不同,分为一卫户(一间卫生间的户型)、二卫户(二间卫生间的户型)和三卫户(三间卫生间的户型)。表1-4 为常见户型卫生器具不同组合的当量数。 以PP-R管道和PAP管道作为典型管材进行水力计算。三通分水连接方式常用的建筑给水用无规共聚聚丙烯(PP-R)管道,当冷水管工作压力≤0.6MPa时,常选用S5系列,S5系列计算内径较大;分水器分水连接方式常用的铝塑复合(PAP)管道,铝塑复合(PAP)管道采用对接焊型,计算内径较小。表1-5为住宅常见户型入户管水力计算表。由表1-5可知,普通住宅Ⅱ类常见户型入户管公称管径应为DN25~DN32;如入户管管径采用小一级的,首先流速不满足规范要求,其次同样长度的入户管水头损失比满足流 速要求管径的水头损失大3倍左右。 表1-1 最高日生活用水定额及小时变化系数[2]

注:(1)流出水头[7] 是指给水时,为克服配水件内摩阻、冲击及流速变化等阻力而能放出的额定流量的 水头所需的静水压。 (2)最低工作压力[2] 是指在此压力下卫生器具基本上可以满足使用要求,它与额定流量无对应关系。 住宅入户管上水表的水头损失取0.010[2]~0.015MPa[4]。笔者以水表本层出户集中布置方式(水表距楼面1.0m),常见户型厨房、卫生间和阳台用水点为算例,根据管件采用三通分水或分水器分水的连接情况,经过管道、配件沿程和局部水头损失计算后,加上卫生器具的最低工作压力和水表的水头损失不同组合,表前最低工作压力在0.10~0.15MPa。对分水器集中配水连接方式水头损失较小,对应的表前最低工 作压力可采用较小的数值。 现代住宅给水支管设计常常只到水表后(或在室内预留一处接口),表前最低压力值的大小关系到住户将来装修后的正常用水,对于这一点应加以重视。同时必须指出,目前大部分水箱供水方式,水箱设置高度难以满足顶上1~3层表前最低工作压力(卫生器具的最低工作压力)的要求,这一点在设计时应特别注意。 3 排水横支管管径计算 排水横支管设计排水流量(通水能力)是按照重力流(不满流)进行计算,同管径的排水横支管设计排水流量远小于排水立管的设计排水流量。表3-1 为住宅常见卫生器具排水的流量、当量和排水(连接)管的 管径。 以常用的建筑排水硬聚氯乙烯(UPVC)管道(公称外径50~110mm)作为计算算例。表3-2为水力 计算参数、计算过程和计算结果。 表3-1卫生器具排水的流量、当量和排水管的管径[2]

枝状管网水力计算

9)4.10 3.88 单定压节点树状管网水力分析 某城市树状给水管网系统如图所示,节点(1)处为水厂清水池,向整个管网供水,管段[1]上设有泵站,其水力特性为:s p1=311、1(流量单位:m 3/S,水头单位:m),h e1=42、6,n=1、852。根据清水池高程设计,节点(1)水头为H1=7、80m,各节点流量、各管段长度与直径如图中所示,各节点地面标高见表,试进行水力分析,计算各管段流量与流速、各节点水头与自由水压。 以定压节点(1)为树根,则从离树根较远的节点逆推到离树根较近的节点的顺序就是:(10),(9),(8),(7),(6),(5),(4),(3),(2);或(9),(8),(7),(10),(6),(5),(4),(3),(2);或(5),(4),(10),(9),(8),(7),(6),(3),(2)等,按此逆推顺序求解各管段流量的过程见下表。 ,即: q 1+Q 1=0,所以,Q 1=- q 1=-93、21(L/s) 根据管段流量计算结果,计算管段流速及压降见表。计算公式与算例如下: 采用海曾威廉-公式计算(粗糙系数按旧铸铁管取C w =100)

管道摩阻系数 管段水头损失 泵站扬程按水力特性公式计算: 管段编号[1][2][3][4][5][6][7][8][9] 管段长度(m) 600 300 150 250 450 230 190 205 650 管段直径(mm) 400 400 150 100 300 200 150 100 150 管段流量(L/s) 93、21 87、84 11、04 3、88 60、69 18、69 11、17 4、1 11、26 管段流速(m/s) 0、74 0、70 0、63 0、49 0、86 0、60 0、63 0、52 0、64 管段摩阻系数109、72 54、86 3256、05 39093、49 334、04 1229、92 4124、33 32056、66 14109、56 水头损失(m) 1、35 0、61 0、77 1、34 1、86 0、77 1、00 1、22 3、48 泵站扬程(m) 38、76 0 0 0 0 0 0 0 0 管段压降(m) -37、41 0、61 0、77 1、34 1、86 0、77 1、00 1、22 3、48 以定压节点(1)为树根,则从离树根较近的管段顺推到离树根较远的节点的顺序就是:[1],[2],[3],[4],[5],[6],[7],[8],[9]; 或[1],[2],[3],[4],[5],[9],[6],[7],[8]; 或[1],[2],[5],[6],[7],[8],[9],[3],[4]等,按此顺推顺序求解各定流节点节点水头的过程见下表。 步骤树枝管段号管段能量方程节点水头求解节点水头(m) 1 [1]H 1-H 2 =h 1 H 2 =H 1 -h 1 H 2 =45、21 2 [2]H 2-H 3 =h 2 H 3 =H 2 -h 2 H 3 =44、60 3 [3]H 3-H 4 =h 3 H 4 =H 3 -h 3 H 4 =43、83 4 [4]H 4-H 5 =h 4 H 5 =H 4 -h 4 H 5 =42、49 5 [5]H 3-H 6 =h 5 H 6 =H 3 -h 5 H 6 =40、63 6 [6]H 6-H 7 =h 6 H 7 =H 6 -h 6 H 7 =39、86 7 [7]H 7-H 8 =h 7 H 8 =H 7 -h 7 H 8 =38、86 8 [8]H 8-H 9 =h 8 H 9 =H 8 -h 8 H 9 =37、64 9 [9]H 6-H 10 =h 9 H 10 =H 6 -h 9 H 10 =34、16 节点编号i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 地面标高(m) 9、80 11、50 11、80 15、20 17、40 13、30 12、80 13、70 12、50 15、00 节点水头(m) 7、80 45、21 44、60 43、83 42、49 40、63 39、86 38、86 37、64 34、16 自由水头(m) —33、71 32、80 28、63 25、09 27、33 27、06 25、16 25、14 19、16

给水排水管道系统水力计算

第三章给水排水管道系统水力计算基础 本章内容: 1、水头损失计算 2、无压圆管的水力计算 3、水力等效简化 本章难点:无压圆管的水力计算 第一节基本概念 一、管道内水流特征 进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k,临界雷诺数大都稳定在2000左右,当计算出的雷诺数Re小于2000时,一般为层流,当Re大于4000时,一般为紊流,当Re介于2000到4000之间时,水流状态不稳定,属于过渡流态。 对给水排水管道进行水力计算时,管道内流体流态均按紊流考虑 紊流流态又分为三个阻力特征区:紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。 二、有压流与无压流 水体沿流程整个周界与固体壁面接触,而无自由液面,这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触,另一部分与空气接触,具有自由液面,这种流动称为无压流或重力流 给水管道基本上采用有压流输水方式,而排水管道大都采用无压流输水方式。 从水流断面形式看,在给水排水管道中采用圆管最多 三、恒定流与非恒定流 给水排水管道中水流的运动,由于用水量和排水量的经常性变化,均处于非恒定流状态,但是,非恒定流的水力计算特别复杂,在设计时,一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。 四、均匀流与非均匀流 液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动,称为均匀流;反之,液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动,称为非均匀流。从总体上看,给水排水管道中的水流不但多为非恒定流,且常为非均匀流,即水流参数往往随时间和空间变化。 对于满管流动,如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯,则管内流动为均匀流;而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时,管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变,水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算;满管流的非均匀流动距离一般较短,采用局部水头损失公式进行计算。

给水管网水力分析计算

第5章 给水管网水力分析计算 (4h) 5.1 给水管网水力特性分析 管段水力特性: ei n i i i i T Fi i h q q s H H h -=-=-1 ,s i = s fi + s mi + s pi ,h ei : 静扬程 ei n i i i T i F i h q s H H h -±=-=)( (流量方向与管段方向一致时+号) n i i f i T i F i q s H H h )(±=-= (管段上无泵站和局部阻力) ( 用海曾-威廉公式 87 .4852 .1852.167.10D C l q h w i f = ) 管网恒定流方程组求解条件: 节点流量或压力必须有一个已知(定流节点和定压节点) 管网中必须有一个定压节点 管网恒定流方程组求解方法: 树状管网(管段流量可唯一确定,一次计算完成) 环状管网(解环方程组,或解节点方程组,多次计算才能完成) 5.2 树状管网水力分析 求管段流量:从末端开始逆推法 求节点压头:从定压节点开始顺推法 例题:某给水管网如图所示,节点(1) 为清水池,管段[1]上泵站特性为 h p =42.6-311.1q p 1.852,节点(1)水头7.80m ,各节点流量、管段参数见图,管道Cw=100。试进行水力分析,计算各管段流量、各节点水头与自由水头。

节点号(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 地面标高m 9.80 11.50 11.80 15.20 17.40 13.30 12.80 13.70 12.50 15.00 解:第一步:从节点(10)开始逆推法求管段流量 计算各管段压降 第二步:从定压节点(1)开始顺推法求节点水头。

流体输配管网水力计算的目的

第 2 章气体管流水力特征与水力计算 2-1 某工程中的空调送风管网,在计算时可否忽略位压的作用?为什么?(提示:估计位压作用的大小,与阻力损失进行比较。) 答:民用建筑空调送风温度可取在15~35℃(夏季~冬季)之间,室内温度可取在25~20℃(夏季~冬季)之间。取20℃空气密度为1.204kg/m3,可求得各温度下空气的密度分别为: 15℃: ==1.225 kg/m3 ==1.145 kg/m3 35℃: ==1.184 kg/m3 25℃: 因此: 夏季空调送风与室内空气的密度差为 1.225-1.184=0.041kg/m3 冬季空调送风与室内空气的密度差为 1.204-1.145=0.059kg/m3 空调送风管网送风高差通常为楼层层高,可取H=3m,g=9.807 N/m.s2,则

夏季空调送风位压=9.807×0.041×3=1.2 Pa 冬季空调送风位压=9.807×0.059×3=1.7 Pa 空调送风系统末端风口的阻力通常为15~25Pa,整个空调送风系统总阻力通常也在100~300 Pa之间。可见送风位压的作用与系统阻力相比是完全可以忽略的。 但是有的空调系统送风集中处理,送风高差不是楼层高度,而是整个建筑高度,此时H可达50米以上。这种情况送风位压应该考虑。 2-2 如图 2-1-1 是某地下工程中设备的放置情况,热表示设备为发热物体,冷表示设备为常温物体。为什么热设备的热量和地下室内污浊气体不能较好地散出地下室?如何改进以利于地下室的散热和污浊气体的消除? 图2-1-1 图2-1-2

图2-1-3 图2-1-4 答:该图可视为一 U 型管模型。因为两侧竖井内空气温度都受热源影响,密度差很小,不能很好地依靠位压形成流动,热设备的热量和污浊气体也不易排出地下室。改进的方法有多种:(1)将冷、热设备分别放置于两端竖井旁,使竖井内空气形成较明显的密度差,如图 2-1-2 ;(2)在原冷物体间再另掘一通风竖井,如图 2-1-3 ;(3)在不改变原设备位置和另增竖井的前提下,采用机械通风方式,强制竖井内空气流动,带走地下室内余热和污浊气体,如图 2-1-4 。2-3 如图 2-2 ,图中居室内为什么冬季白天感觉较舒适而夜间感觉不舒适? 图2-2 答:白天太阳辐射使阳台区空气温度上升,致使阳台区空气密度比居室内空气密度小,因此空气从上通风口流入居室内,从下通风口流出居室,形成循环。提高了居室内温度,床处于回风区附近,风速不明显,感觉舒适;夜晚阳台区温

燃气管网水力计算方法

《现代燃气工程》结课论文 ------------------------------------------------------------------------ 题目:燃气管网水力计算 姓名:王朋飞 学号:S2******* 教师:范慧方

引言 随着能源结构的不断改变,燃气开发规模和应用规模的不断扩大。城市燃气管网是现代化城市人民生活和工业生产的一种主要能源配送方式,燃气输配管网的设计和运行要求对系统进行水力计算,获取必要的参数。 燃气输配管网系统由高度整体化的管网所组成,在系统内燃气压力和流量变化很大,需要通过水力计算来确定管网中每一管段的尺寸(如管径、管径)、材质等参数以及压缩机的台数功率以保证既向用户合理地供应天然气,又能降低操作管理费用。[1] 同时,考虑在满足用户用气量的前提下,当某一条或几条管道的使用有一定的压力要求时,水力计算数据可确定在这种最大承受压力下管道各个节点的压力,从而保证管网的正常运行。另外,水力计算也用于调整各个调压阀的出口压力来适应事故工况下输送压力的要求。 随着燃气事业的发展,燃气输配管网系统也日趋庞大和复杂,为了掌握燃气在管道内的运行规律,合理地确定管道系统的设计和改造方案,保证管道系统的优化运行,提高管道系统的调度管理水平,解决管网流动的动态特性,在一些比较大型的城市燃气管网的水力计算分析中,必须要依靠相关的计算分析软件进行,以减少手工量和人工误差。

1燃气管网水力计算 燃气是可压缩流体,一般情况下管道内燃气的流动是不稳定流,由压送机站开动压缩机不同台数的工况以及用户用气量变化的工况,这些因素都导致了燃气管道内燃气压力和流量的变化。管内燃气沿程压力下降会引起燃气密度的减小。但是在低压管道中燃气密度变化可以忽略不计。所以,除了单位时间内输气量波动大的超高压天然气长输管线要用不稳定流进行计算外,在大多数情况下,设计燃气管道时都将燃气流动按稳定流计算。此外,很多情况下,燃气管道内的流动可认为是等温的,其温度等于埋管周围土壤的温度。燃气管网按照敷设形式可分为两大类:枝状管网和环状管网。[2]下面就分别介绍两种形式的管网的水力计算特点和方法。 1.1枝状管网水力计算 1.1.1枝状管网水力计算特点 枝状管网是由输气管段和节点组成。任何形状的枝状管网,其管段数P 和节点数m 的关系均符合: 1P m =- 燃气在枝状管网中从气源至各节点只有一个固定流向,输送至某管段的燃气只能由一条管道供气,流量分配方案也是唯一 的,枝状管道的转输流量只有一个数值,任意 管段的流量等于该管段以后(顺气流方向)所 有节点流量之和,因此每一管段只有唯一的流 量值,如图1所示。 管段3-4的流量为: 10985443q q q q q Q ++++=- 管段4-8的流量为: 109884q q q Q ++=-

给水管网水力计算基础

给水管网水力计算基础-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

给水管网水力计算基础 为了向更多的用户供水,在给水工程上往往将许多管路组成管网。管网按其形状可分为枝状[图1(a)]和环状[图1(b)]两种。 管网内各管段的管径是根据流量Q 和速度v 来决定的,由于 v d Av Q )4/(2π==所以管径v Q v Q d /13.1/4==π。但是,仅依靠这个公式还不能完全解决问题,因为在流量Q 一定的条件下,管径还随着流速v 的变化而变化。如果所选择的流速大,则对应的管径就可以小,工程的造价可以降低;但是,由于管道内的流速大,会导致水头损失增大,使水塔高度以及水泵扬程增大,这就会引起经常性费用的增加。反之,若采用较大的管径,则会使流速减小,降低经常性费用,但反过来,却要求管材增加,使工程造价增大。 图 1管网的形状 (a)枝状管网;(b)环状管网 因此,在确定管径时,应该作综合评价。在选用某个流速时应使得给水工程的总成本(包括铺设水管的建筑费、泵站建筑费、水塔建筑费及经常抽水的运转费之总和)最小,那么,这个流速就称为经济流速。 应该说,影响经济流速的因素很多,而且在不同经济时期其经济流速也有变化。但综合实际的设计经验及技术经济资料,对于一般的中、小直径的管路,其经济流速大致为: ——当直径d =100~400mm ,经济流速v =-1.0ms ; ——当直径d>400mm ,经济流速v=~1.4m/s 。 一、枝状管网 枝状管网是由多条管段而成的干管和与干管相连的多条支管所组成。它的特点是管网内任一点只能由一个方向供水。若在管网内某一点断流,则该点之后的各管段供水就有问题。因此供水可靠性差是其缺点,而节省管料,降低造价是其优点。 技状管网的水力计算.可分为新建给水系统的设计和扩建原有给水系统的设计两种情况。 1.新建给水系统的设计 对于已知管网沿线的地形资料、各管段长度、管材、各供水点的流量和要求的自由水头(备用水器具要求的最小工作压强水头),要求确定各管段管径和水塔水面高度及水泵扬程的计算,属于新建给水系统的设计。 自由水头由用户提出需要,对于楼房建筑可参阅下表。 表 自由水头Hz 值

城给水管网水力计算程序及例题

给水排水管道工程课程设计指导书

环境科学与工程学院 第一部分城市给水管网水力计算程序及习题一、程序 #define M 18 #define N 6 #define ep 0.01 #include int sgn(double x); main() { int k, i,ko,q,p,flag=0; double h[M]; double l[]={?}; double D[]={?}; double Q[]={?}; int io[]={?}; int jo[]={?}; double f[N+1],r[N+1],dq[N+1]; for(k=0;k<=M-1;k++) { Q[k]=Q[k]*0.001; } for(k=0;k<=M-1;k++) { Q[k]=Q[k]*sgn(io[k]); } ko=0; loop:

for(k=0;k<=M-1;k++) { h[k]=10.67*pow(fabs(Q[k]),1.852)*l[k]; h[k]=h[k]/(pow(100,1.852)*pow(D[k],4.87))*sgn(Q[k]); } for(i=1;i<=N;i++) { f[i]=0;r[i]=0; dq[i]=0; for(k=0;k<=M-1;k++) { if(abs(io[k])!=i) goto map; f[i]=f[i]+h[k]; r[i]=r[i]+(h[k]/Q[k]); map: if( abs(jo[k])!=i) continue; f[i]=f[i]+h[k]*sgn(jo[i]); r[i]=r[i]+(h[k]/Q[k]); } dq[i]=-(f[i]/(r[i]*2)); } { if (fabs(f[N])<=ep) flag=1; } if (flag==1) goto like;

给水管网水力计算

管网水力计算 ?管网水力计算都是新建管网的水力计算。 ?对于改建和扩建的管网,因现有管线遍布在街道下,非但管线太多,而且不同管径交接,计算时比新设计的管网较为困难。其原因是由于生活和生产用水量不断增长,水管结垢或腐蚀等,使计算结果易于偏离实际,这时必须对现实情况进行调查研究,调查用水量、节点流量、不同材料管道的阻力系数和实际管径、管网水压分布等。

1§树状网计算 树状网特点 1)管段流量的唯一性 ?无论从二级泵站起顺水流方向推算或从控制点起向二级泵站方向推算,只能得出唯一的管段流量,或者可以说树状网只有唯一的流量分配。每一节点符合节点流量平衡条件q i+∑q ij=0

2)干线与支线的区分 ?干线:从二级泵站到控制点的管线。一般是起点(泵站、水塔)到控制点的管线,终点水压已定,而起点水压待求。 ?支线:起点的水压标高已知,而支线终点的水压标高等于终点的地而标高与最小服务水头之和。 ?划分干线和支线的目的在于两者确定管径的方法不同: ?干线——根据经济流速 ?支线——水力坡度充分利用两点压差? ? ? ??=D v f i

【例】某城市供水区用水人口5万人,最高日用水量定额为150L/(人·d),要求最小服务水头为16m。节点4接某工厂,工业用水量为400m3/d,两班制,均匀使用。城市地形平坦,地面标高为5.00m,管网布臵见图。 水泵水塔 01 2 3 48 5 67 450 300 600 205 650

总用水量 ?设计最高日生活用水量: 50000×0.15=7500m3/d=312.5m3/h=86.81L/s ?工业用水量: 两班制,均匀用水,则每天用水时间为16h 工业用水量(集中流量)=400/16=25m3/h=6.94L/s ?总水量: ∑Q=86.81+6.94=93.75L/s

雨水排水系统的水力计算资料

第6章建筑屋面雨水排水系统 6.3 雨水排水系统的水力计算

屋面雨水排水系统雨水量的大小是设计计算雨水排水系统的依据,其值与该地暴雨强度q、汇水面积F以及径流系数ψ有关,屋面径流系数一般取ψ=0.9。 1.设计暴雨强度q 设计暴雨强度公式中有设计重现期P和屋面集水时间t两个参数。设计重现期应根据建筑物的重要程度、气象特征确定,一般性建筑物取2~5年,重要公共建筑物不小于10年。由于屋面面积较小,屋面集水时间应较短,因为我国推导暴雨强度公式实测降雨资料的最小时段为5min,所以屋面集水时间按5min计算。

2.汇水面积 F 屋面雨水汇水面积较小,一般按m2计。对于有一定坡度的屋面,汇水面积不按实际面积而是按水平投影面积计算。 考虑到大风作用下雨水倾斜降落的影响,高出屋面的侧墙,应附加其最大受雨面正投影的一半作为有效汇水面积计算。窗井、贴近高层建筑外墙的地下汽车库出入口坡道应附加其高出部分侧墙面积的二分之一。 同一汇水区内高出的侧墙多于一面时,按有效受水侧墙面积的1/2折算汇水面积。

雨水量可按以下两个公式计算: 3. 雨水量计算公式 10000Fqs Q ψ=(6-1) 3600Fqs Q ψ=(6-2) 式中 ψ ——径流系数,屋面取0.9; Q ——屋面雨水设计流量,L/s ; F ——屋面设计汇水面积,m 2; q s ——当地降雨历时5min 时的暴雨强度, L/s ·104m 2; h s ——当地降雨历时5min 时的小时降雨深度, mm/h ;

gh Dh Q 2μπ= 雨水斗的泄流量与流动状态有关,重力流状态下,雨水斗的排水状况是自由堰流,通过雨水斗的泄流量与雨水斗进水口直径和斗前水深有关,可按环形溢流堰公式计算 1. 雨水斗泄流量 式中 Q ——通过雨水斗的泄流量, m 3 /s ; μ——雨水斗进水口的流量系数,取0.45; D ——雨水斗进水口直径, m ; h ——雨水斗进水口前水深, m 。 (6-3)

并联管网系统水力特性剖析.pdf

并联管网系统水力特性剖析 秋冬供暖季即将来临,设计人员在热水供暖循环系统设计过程中,设计重点无外乎各种并联环路之 间的流量合理分配问题。同程式和异程式两种系统作为典型的管网形式存在,在解决并联环路流量合理分 配方面都有其独特的优势。 1、并联环路的水力特性 任意并联环路之间的流量分配都遵循下列水力学的基本原则:并联点的水头差相同,此水头差为:式中H为水头差;S为环路的阻抗,它综合了环路的长度、管径和局部阻力因素;G为流量。 图1 并联系统的两种示例 图中的a和b为并联环路1和2的公共并联点,由于a和b之间的水头差,不管是经由环路1还是环路2都只能是同一个值,所以两个环路之间的流量分配比为 式子说明,并联环路之间的流量分配比与环路阻抗的平方根成反比,阻抗小,流量大;反之亦然。 其中有一个重要概念:两个并联环路之间的压差即水头差H总是相等的,阻力特性的不同会通过流量分配 自然平衡而使压力损失相同。 2、异程式系统的水力特性 异程式系统水力特性具备并联环路的典型特征:经由两个环路的水头差相等,总流量为两个环路的 流量之和,即

图2 异程式系统的典型图示 图中c和d为环路1和环路2的公共并联点,经由c-a-1-b-d的水头差,必然与经由c-2-d的水头差相同。当这两个并联环路各自的阻抗确定之后,不管全系统的水力特性如何,两环路间的流量分配比是可 以确定的,而且e-c和d-f管段的流量,必是这两个环路流量之和。当e-c和d-f管段的阻抗确定之后,又可以确定e和f之间的水头差。由此类推,可顺序确定所有环路之间的流量分配比。 3、同程式系统的水力特性 同程式系统不具备并联环路的典型性,虽然与异程式系统相同,经由两环路的水头差相等,但其流 量组成存在复杂性。同程式系统的典型图示见下图。 图3 同程式系统的典型图示 图3中c和b为环路1和环路2的公共并联点,经由c-a-1-b的水头差,必然与经由c-2-d-b的水头差相等。但是与异程式系统显著不同的是,当这两个并联环路各自的阻抗确定之后,并不能确定两个环路 之间的流量分配比,因为d-b段的流量主要取决于上游管段的水力特性,因而c-2-d的流量也不能确定。当d-b段上游阻抗较小时会使d点水头值较大,则c-d段有较小的水头差。相反,当d-b段上游阻抗较大时就会使d点水头值变小,则c-d段有较大的水头差。只有当e和b点之间所有管段的阻抗全部确定之后,经综合平衡才能真正确定各环路之间的流量分配比。在同程式系统设计过程中,需要注意两点:①供、回 水管的水力坡降(比摩阻)相近;②供、回水管的水力坡降线尽量远离,即尽量减小“共同段”阻力损失所占的比例。 4、小结 针对上述两种并联环路的水力特性的分析,可知: (1)异程式系统虽有自末端起各环路水头差顺序增大,需要将各环路的阻抗S相应增大,以求得流量合理分配的困难条件,但全系统的水力特性的直观性较好,便于计算和调节。 (2)同程式系统虽有各环路之间可能取得相近水头差,因而具备流量合理分配的有利条件,但各环 路水头差的大小不似异程式系统那样存在直观规律性,计算和调节都较为困难。如果处理不当,某些环路 会出现下段水头值高于上段水头值,而导致局部环路出现逆循环。

专题二建筑给排水水力计算

专题二建筑给水工程 2.1 建筑给水系统设计实例 1. 建筑给水系统设计的步骤 (1) 根据给水管网平面布置绘制给水系统图,确定管网中最不利配水点(一般为距引入管起端最远最高,要求的流出压力最大的配水点),再根据最不利配水点,选定最不利管路(通常为最不利配水点至引入管起端间的管路)作为计算管路,并绘制计算简图。 (2) 由最不利点起,按流量变化对计算管段进行节点编号,并标注在计算简图上。 (3) 根据建筑物的类型及性质,正确地选用设计流量计算公式,并计算出各设计管段的给水设计流量。 (4) 根据各设计管段的设计流量并选定设计流速,查水力计算表确定出各管段的管径和管段单位长度的压力损失,并计算管段的沿程压力损失值。 (5) 计算管段的局部压力损失,以及管路的总压力损失。 (6) 确定建筑物室内给水系统所需的总压力。系统中设有水表时,还需选用水表。并计算水表压力损失值。 (7) 将室内管网所需的总压力及室外管网提供的压力进行比较。比较结果按2.3.1节处理。 (8) 设有水箱和水泵的给水系统,还应计算水箱的容积;计算从水箱出口至最不利配点间的压力损失值,以确定水箱的安装高度;计算从引入管起端至水箱进口间所需压力来校核水泵压力等。 2. 建筑给水系统设计实例 图2.1为某办公楼女卫生间平面图。办公楼共2层,层高3.6m,室内外地面高差为0.6m。每层盥洗间设有淋浴器2个,洗手盆2个,污水池1个;厕所设有冲洗阀式大便器6套。室外给水管道位置如图2.1所示,管径为100mm,管中心标高为–1.5m(以室内一层地面为±0.000m),室外给水管道的供水压力为250kPa,镀锌钢管,排水管道采用塑料管材。

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