环状供热管网水力计算方法探讨3
供热管网水力平衡调节方法的研究
供热管网水力平衡调节方法的研究1. 引言1.1 背景介绍供热管网是指用于供应建筑物采暖、热水等热能的管道网络系统。
随着城市化进程的加速，供热管网作为城市的重要基础设施之一，其重要性日益凸显。
在供热管网运行过程中，由于管道长度复杂、供热负荷变化等因素的影响，常常会出现部分区域供热效果不佳的情况，造成部分用户感受到的供热温度不够、供热不均等问题。
为了解决供热管网中的水力失衡问题，需要进行水力平衡调节，即通过调整管道长度、直径、阀门开度等参数，使得供热管网内各个支路之间的流动速度、流量、水压等参数保持平衡，确保供热效果均匀稳定。
对供热管网水力平衡调节方法进行研究具有重要的理论和实际意义。
本文旨在探讨供热管网水力平衡调节方法的研究，通过对不同调节方法的分析与比较，为供热管网的运行和管理提供科学依据，促进供热系统的有效运行。
1.2 研究意义供热管网水力平衡调节方法的研究意义在于优化供热系统的运行效率，提高能源利用率，减少能源消耗，降低运行成本，延长设备寿命，提高系统稳定性和安全性，改善室内舒适度，减少能源排放，降低环境污染等方面具有重要意义。
通过研究水力平衡调节方法，可以有效解决供热管网中存在的流量分布不均、管网热负荷不平衡、系统能效低等问题，提高整个供热系统的综合性能和运行效率。
水力平衡调节方法的研究还可以为供热系统的设计、施工、运行和维护提供科学依据，为节能减排、建设节能型社会、推动绿色发展等方面做出贡献。
深入研究供热管网水力平衡调节方法的意义重大，对于提高供热系统的整体效益和社会效益具有积极的促进作用。
【End of 研究意义】.1.3 研究目的研究目的是为了探究供热管网水力平衡调节方法，以提高供热系统的运行效率和能源利用效率。
通过研究水力平衡调节原理和各种调节方法，找到最适合实际工程应用的调节方案，从而确保供热管网内各支路的水流量均衡，减少管网压力损失和能源消耗，延长管网设备的使用寿命，提高供热系统的稳定性和可靠性。
环状管网水力计算
环状管网水力环状管网水力计算计算前述水力计算基础工作完成后，环状网设计还需哪些计算?★★★回顾求管段的设计流量（也即管段计算流量)的流程:管网总供水量管网总供水量Q Q各个大用户的集中流量之和Σq各段干管长度之和ΣL比流量qs 沿线流量q l折算部分集中集中流量流量节点流量qi管段计算流量q ij枝状网时，各管段的设计流量是唯一确定的（准确的）环状网时，各管段的满足一定的关系，但不能准确确定，只能粗略的预估（初步大致分配)。
环状管网水力计算全过程管网总供水量管网总供水量Q Q各个大用户的集中流量之和Σq各段干管长度之和ΣL比流量qs 沿线流量ql折算部分集中集中流量流量节点流量qi初步分配的非准确的管段计算流量q ij二泵扬程、水塔高度寻找控制点寻找控制点C C准确的管段水头损失准确的管段计算流量管网平差水厂供来100L/sq A=30L/sq C=50L/sq B=20L/s123-100+30+q 1-2+q 1-3=0……①-q 1-2+20+q 2-3=0……②q1-2、q1-3、q2-3这几个流量的准确值，还需满足什么关系?环的能量方程:Z1+H1-s 1-2q 1-2-s 2-3q 2-3=Z1+H1-s 1-3q 1-31.8521.8521.85255%30%10%5%水厂供来100L/sq A=30L/sq C=50L/sq B=20L/s123-100+30+q 1-2+q 1-3=0……①-q 1-2+20+q 2-3=0……②-s 1-2q 1-2-s 2-3q 2-3+s 1-3q 1-3=0……③接下来要来求解这个方程组的数学方法，即为平差。
或者说，求得这3个管段设计流量的准确值的过程，即为平差。
1.852 1.852 1.85255%30%10%5%水厂供来100L/sq A=30L/sq C=50L/sq B=20L/s123-100+30+q 1-2+q 1-3=0……①-q 1-2+20+q 2-3=0……②-s 1-2q 1-2-s 2-3q 2-3+s 1-3q 1-3=0……③1、这个方程组叫“环方程组”，以“管段设计流量”为未知数。
供热管网水力平衡计算及分析
供热管网水力平衡计算及分析1 问题的提出中南建筑设计院西区(生活区)集中低温热水采暖系统于1991年完成设计及施工，并于当年年底投入运行。
系统运行至今已有十年，大大改善了我院职工的生活条件。
但该热水采暖系统自运行之初起，就存在着热力失衡问题。
后随着用户的增加，管网作用半径的增大，随着燃煤蒸汽锅炉、汽-水换热器、热水循环泵运行效率的降低，也随着采暖系统阀件及沿程管道性能的弱化，采暖系统运行效率降低，热力失衡问题越来越严重，具体表现在管网末端用户的采暖效果越来越差。
为配合我院沿街开发的形势，院西区两栋临街多层住宅拆除，由于采暖用户(以下均指单栋或单元建筑)减少采暖外网须相应调整，此举可部分程度缓解采暖系统效果恶化情况，但热力管网水力失衡问题尚未得到解决。
2 管网水力计算及平衡分析基于上述原因，我们对院西区采暖热网进行水力计算及分析，拟采取水力平衡阀等技术措施对该采暖热网进行水力平衡，以期改善西区整体采暖效果。
2.1 计算条件已知条件(1)外网各环路管段管径及沿程长度，各单位采暖设计热负荷及总设计热负荷。
各环路用户采暖热负荷说“表1”表一1,34,7北大28单29单幼儿幼儿用户名称单元单元单元单元单元板元元园南园北热负荷126.1 126.1 160.0 51.0 33.6 44.1 38.0 70.7 70.7 78.2 (kw) 续表一3334357,1011,14中南海15,21用户名称 23户中单单元单元单元单元单元单元热负荷(kw) 55.7 60.9 60.9 155.8 184.7 184.7 527.6 115.0(2)各环路用户室采暖水系统所需资用压头，由各单体采暖设计图纸及资料获得，参见“表四”及“表五”中“用户所需资用压头”项。
假定条件:(1)由于锅炉及换热器效率的降低，根据该系统运行经验采暖供水最高温度为80?，最大供回水温差15,18?。
采暖供回水温度取80/60?。
(2)由于系统运行多年外管内壁粗糙度增大，外管内壁粗糙度取K=0.5mm。
小型环状管网水力计算方法研究
给 水 工 程 中 管 网 占 据 很 大 的 投 资 比 例 ， 网 设 管
些程序 归纳起来 分为解 环方程 和解节点 方程 ２种常
计的合 理性对工 程投 资和 以后运 行管理 都会产 生较
大 影 响 ¨ ． 市 给 水 工 程 为 了 提 高 供 水 的 保 证 程 城
算方 法．
析计 算方法 ， 该法 可应 用 于小 型 环状 管 网 的水 力分
析计 算．
２ 优化 法 求解 环 状 管 网
２ １ 环 状 管 网 的 水 力 特 征 ． 流量 和水 头是 输水 管 道 中两 大基 本水 力要 素 ，
１ 环状 管 网常用 计 算方 法
给水 管 网计算 一般 包 括如 下 内容 ： 求 沿线 流 ① 量 和节点流量 ； ②求 管段 的计算 流量 ； 确定各 管段 ③
文章 编 号 ：０ ２— ６ ４ ２ ０ ） ６— ０ ２— ５ １０ ５ ３ （０ ９ ０ ０ ６ ０
小 型 环 状 管 网水 力 计 算 方 法 研 究
刘 建 续
（ 西水 环 境 工 程勘 测 设 计 研 究 院 ， 西 西 安 ７ ０ ２ ） 陕 陕 １０ １
摘
要 ： 了 寻求 一 种 求 解 环状 管 网 问题 的 简 便 方 法 ， 析 了环 状 管 网 的 水 力 特 性 ， 结 出 采 用 优 化 法 进 行 为 分 总
学 处理过 程． 因此 ， 者 通 过 分 析 环 状 管 网 的 水 力 特 笔 性 ， 结 出 一 种 易 被 理 解 和 接 受 的 环 状 管 网 水 力 分 总
Hale Waihona Puke 中某处发 生故 障 ， 可及 时截 断故 障管道 ， 它正 常管 其
环状管网水力计算
网前水塔管网二级泵站扬程 H t = Z c + H c + hc + n − Z t 水塔高度的确定
hs+d H0 Qhmax 水压线 hc+n Hc Zt Zc
Hp
Ht
H p = Z t + H t + H 0 + hs + d
3.7 环状网水力计算
3.7.１ 并联管路的水力计算
HAB=ΔH
S1−2q12−2 + 2S1−2q1−2Δq + S1−2Δq2 Ⅰ Ⅰ 2 2 + S2−5q2−5 + 2S2−5q2−5Δq + S2−5Δq2 − 2S2−5q2−5ΔqⅡ − 2S2−5Δq ΔqⅡ + S2−5ΔqⅡ Ⅰ Ⅰ Ⅰ − S1−4q12−4 + 2S1−4q1−4Δq − S1−4Δq2 Ⅰ Ⅰ 2 − S4−5q4−5 + 2S4−5q4−5Δq − S4−5Δq2 = 0 Ⅰ Ⅰ
????????????hqsqsqsqs24554214412255221221q1q2q3q4q5q621?q32?q63?q52?q41?q54?q65?q456321????????hqsqsqsqs22552223322566523663374哈代克罗斯法q1q2q3q4q5q621?q32?q63?q52?q41?q54?q65?q456321hqqh025454241412525222121??????q??????????qqsqqsqqqsqqs025252232322656526363?????????qqqsqsqqsqqs忽略相邻环校正流量和二阶微量的影响025454414152522121?????????qqsqsqsqsh0222222254545424554241s41412144125252525225?2525q222552221212121221??????qq???????????????????????qqqqqqqqsqsssqsqsqsqqssqsqssqsqs校正流量的符号与水头损失闭合差的符号相反2sqhq单水源环状网解环方程组的步骤如下0满足节点流量平衡方程初分管段流量qij根据流量和经济管径计算各管段水损hij计算各环的闭合差hl计算各管段sijqij及每个环的sijqij根据公式计算各环的校正流量ql在管网示意图上注明各环的hlql的方向和数值各管段水流方向和校正流量ql方向相同的则加上ql的数值流向相反的则减去ql的数值
供热管道的水力计算及热力站主要设备选择
供热管道的水力计算及热力站主要设备选择本文从设计角度讲述了供热管网水力计算的方法及热力站内主要设备选型和注意事项。
标签：供热系统;水力计算;设备选型集中供热系统热水管道的水力计算是管道设计中及其重要的部分，通过水力计算结果不仅可以确定热水网路各管段的管径，还可以确定网路循环水泵的流量和扬程。
在保证系统管网水力平衡的基础上，再进行合理的选用热力站内的设备，是提高供热质量，降低供热成本的前提。
以下将介绍水力计算和设备选型的方法及注意事项。
一、管网水力计算方法在热水网路中经常采用当量长度法，亦即将管段的局部损失折合成相当的沿程损失计算管网总损失。
在水力计算前首先要确定热力网的设计流量，应按下式计算：G=3.6Q/c（t1-t2）G—供热管网设计流量，t/hQ—设计热负荷，kwc—水的比熱容，kJ/（kg.℃）t1—供热管网供水温度，℃t2—供热管网回水温度，℃采用当量长度法进行水力计算时，热水网路中管段的总压降等于ΔP=R（l+ld）=RlzhPaR—每米管长的沿程损失（比摩阻），Pa/ml—管道的实际长度，mld—局部阻力的当量长度，mlzh—管段的折算长度，m其中局部阻力的当量长度ld可按管道实际长度l的百分数来计算，即ld=αjlm αj—局部阻力当量百分数，%，对于小于450mm无方形补偿器的管道αj=0.3。
供热管道的平均比摩阻R值，对于确定整个管网的管径起着决定性作用，如选用比摩阻R值越大，需要的管径越小，因而降低了管网的基建投资和热损失，但网路循环水泵的基建投资和运行电耗随之增大，这就需要确定一个经济比摩阻，使系统在规定年限内总费用最小。
对于采用间接连接的热水网路系统，根据运行经验，主线的平均比摩阻尽量小于100Pa/m，而支线的平均比摩阻可以在小于300Pa/m的范围内选择。
根据区域大小不同有所区别，例如对于建筑群内的供热二次管网，整体外网损失控制在5m左右，这样热力站内循环水泵扬程不会过高，供热管道的管径也较为适中，整个系统容易水力平衡，投入运行后易于调节，基建投资也较为合理。
第8章 环状管网水力计算与水力工况分析
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图8-1-6 基本回路与基本回路矩阵
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1 0 1 1 0 1 0 CI C(G) 0 1 0 1 1 0 1 CII
e7 q6
以节点6 为参考节 点，列出 节点流量 平衡方程 组
Q1
1
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0 0 1 1 0
0 1 1 0 0
0 1 0 1 0
0 0 1 0 1
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Q2 QQ43 Q5 Q6
q1 q2 qq43 q5
Q7
以分支1、2为余枝，可将树枝3、4、5、6、7的流量表示为：
f2 S2Q22 S5 (q1 q3 Q1 Q2 )2 S6 (q1 q3 q5 Q1 Q2 )2 S7 (q2 q4 Q1 Q2 )2 0
设(Q10 , Q20 )，f1 0, f2 0;
AQQ12
f1 f2
A
f1
Q1
f
2
, ,
f1 Q2 f 2
2S7 (q2 q4 Q1 Q2 )
2S5 (q1 q3 Q1 Q2 )
2S6 (q1 q3 q5 Q1 Q2 )
2S7 (q2 q4 Q1 Q2 )
供热管道网络设计中的水力计算方法
供热管道网络设计中的水力计算方法供热管道网络设计中的水力计算方法是工程专家和国家专业建造师在设计供热系统时必须考虑的一个重要步骤。
水力计算是为了保证热水在管道中的顺畅流动和供热回路中的合理供热分配。
本文将从供热管道网络水力计算的意义、常用计算方法和实际案例三个方面展开论述。
首先，供热管道网络设计中的水力计算具有重要的意义。
合理的水力计算能够确保供热系统的正常运行、高效运行和安全运行。
在供热管道网络设计中，我们需要考虑到热水的流量、流速、压力损失、水头、泵的选择等因素。
通过水力计算，我们可以确定管道的直径、流量分配、泵的参数等关键参数，从而保证供热系统能够满足设计要求。
其次，供热管道网络设计中常用的水力计算方法有很多种。
其中，最常见的方法包括简化法、系数法和模型法。
简化法是指采用经验公式和经验系数来进行水力计算，它简便快捷，但精度相对较低。
系数法是指根据实际情况选择一些系数进行计算，能够提高计算精度。
模型法是指利用专业软件模拟整个供热系统，根据实际情况进行精确计算。
这些方法各有优缺点，在实际工程设计中需要根据具体情况选择最合适的方法。
最后，我们来看一个实际的案例。
某小区供热管道网络设计中，需要进行水力计算以确定管道的直径和泵的参数。
根据小区的总热负荷和供热回路的数量，我们利用系数法进行水力计算。
首先，我们需要根据小区的总热负荷和供热回路的数量计算出每个回路的热负荷。
然后，根据每个回路的热负荷和回路的长度，计算出回路的水力压力损失。
接下来，我们需要根据回路的水力压力损失和泵的特性曲线，选择合适的泵。
最后，根据泵的参数和管道的水力特性，确定供热管道的直径。
总结起来，供热管道网络设计中的水力计算是一个重要的环节，它直接关系到供热系统的运行效果和运行安全。
在设计过程中，我们可以根据具体情况选择简化法、系数法或模型法等不同的计算方法。
通过合理的水力计算，我们可以确定供热管道的直径和泵的参数，从而保证供热系统的正常运行和高效供热。
供热管网水力平衡计算及分析
供热管网水力平衡计算及分析1 问题的提出中南建筑设计院西区(生活区)集中低温热水采暖系统于1991年完成设计及施工，并于当年年底投入运行。
系统运行至今已有十年，大大改善了我院职工的生活条件。
但该热水采暖系统自运行之初起，就存在着热力失衡问题。
后随着用户的增加，管网作用半径的增大，随着燃煤蒸汽锅炉、汽-水换热器、热水循环泵运行效率的降低，也随着采暖系统阀件及沿程管道性能的弱化，采暖系统运行效率降低，热力失衡问题越来越严重，具体表现在管网末端用户的采暖效果越来越差。
为配合我院沿街开发的形势，院西区两栋临街多层住宅拆除，由于采暖用户(以下均指单栋或单元建筑)减少采暖外网须相应调整，此举可部分程度缓解采暖系统效果恶化情况，但热力管网水力失衡问题尚未得到解决。
2 管网水力计算及平衡分析基于上述原因，我们对院西区采暖热网进行水力计算及分析，拟采取水力平衡阀等技术措施对该采暖热网进行水力平衡，以期改善西区整体采暖效果。
2.1 计算条件已知条件(1)外网各环路管段管径及沿程长度，各单位采暖设计热负荷及总设计热负荷。
各环路用户采暖热负荷说“表1”表一1,34,7北大28单29单幼儿幼儿用户名称单元单元单元单元单元板元元园南园北热负荷126.1 126.1 160.0 51.0 33.6 44.1 38.0 70.7 70.7 78.2 (kw) 续表一3334357,1011,14中南海15,21用户名称 23户中单单元单元单元单元单元单元热负荷(kw) 55.7 60.9 60.9 155.8 184.7 184.7 527.6 115.0(2)各环路用户室采暖水系统所需资用压头，由各单体采暖设计图纸及资料获得，参见“表四”及“表五”中“用户所需资用压头”项。
假定条件:(1)由于锅炉及换热器效率的降低，根据该系统运行经验采暖供水最高温度为80?，最大供回水温差15,18?。
采暖供回水温度取80/60?。
(2)由于系统运行多年外管内壁粗糙度增大，外管内壁粗糙度取K=0.5mm。
给排水相关知识：环状管网水力计算.doc
给排水相关知识：环状管网水力计算
环状管网水力计算步骤
1．按城镇管网布置图，绘制计算草图，对节点和管段顺序编号，并标明管段长度和节点地形标高。
2．按最高日最高时用水量计算节点流量，并在节点旁引出箭头，注明节点流量。
大用户的集中流量也标注在相应节点上。
3．在管网计算草图上，将最高用水时由二级泵站和水塔供入管网的流量（指对置水塔的管网），沿各节点进行流量预分配，定出各管段的计算流量。
4．根据所定出的各管段计算流量和经济流速，选取各管段的管径。
5．计算各管段的水头损失h及各个环内的水头损失代数和h。
6．若h超过规定值（即出现闭合差⊿h），须进行管网平差，将预分配的流量进行校正，以使各个环的闭合差达到所规定的允许范围之内。
7．按控制点要求的最小服务水头和从水泵到控制点管线的总水头损失，求出水塔高度和水泵扬程。
8．根据管网各节点的压力和地形标高，绘制等水压线和自由水压线图。
第8章 环状管网水力计算与水力工况分析
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图8-1-6 基本回路与基本回路矩阵
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1 0 1 1 0 1 0 CI C(G) 0 1 0 1 1 0 1 CII
Bk11Bk12
QI QII
Bk11QI
Bk12QII
q'
QII
Bk112q'Bk112 Bk11QI
Bk112q'C
Q T
f 12 I
若q' 0，则QII CTf QI ,Q CTf QI
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e1 v2
e2 v3
e3 v4
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1 0 0 1 1 0 0 1 C f 0 1 0 0 1 1 0 0
1 1 1 0 1 1 1 CIII
图8-1-6 独立回路与独立回路矩阵
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C(G)
1 0
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1 0
0 CI 1 CII
e1 e2 e3 e4 e5 e6 e7
环状管网水力计算与水力工况分析资料
B (G ) 67
8.1 管网图及其矩阵表示
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e1 v6 v3
e2 v4
e1 0 0 1 0 0 1
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e3 1 0 0 0 0 1
e4 0 1 1 0 0 0
e5 0 0 0 1 1 0
e6 1 1 0 0 0 0
e7 0 v1 1 v2 0 v3 0 v4 1 v5 0 v6
314
429 700 7 600 8
350
6
500-30
500
500
600 2 3
332 800
423
458
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1 9 4
176 238
550
调压站 节点流量( m3/h ) 管段长度（m）
350
50
2720
0
8.1 管网图及其矩阵表示
图论基本概念 节点：各管段的交汇点 分支：各交汇点的管段 图：节点和分支的集合，G=(V,E,Φ)，V为 所有节点的集合，E为所有分支的集合； Φ 为E到V的有序对构成的集合。 有向图：由有向分支和节点构成的管网图。
v1 e6 v2 v5 v1 v2 v5
e3
e4 e2
e
5
e3
e4 e1 e2 v3 (b)
e5
v6
v3 (a)
v4
v6
v4
8.1 管网图及其矩阵表示
总结： 链中除起点和终点外，所有节点不相同，称为基 本链。 闭合的链为回路，闭合的基本链为基本回路。 链中各分支方向一致为通路，通路中节点各不相 同为基本通路。 连通图中不含回路称为树，树中分支为树枝。 包含全部节点和连接各节点的分支，不含任何回 路称为生成树。 生成树以外的枝构成余树，余树中分支为余枝。
复杂环状管网水力计算方法探讨
计算得到如表 1 的结果 。
表 1 水力计算实例结果
环号 管段
管长 /m
管径 / mm
流量 / L·s - 1
水力坡度 i
水头损失 水头损失之和
h/ m
6 h/ m
误差 6 h
1
1- 2
2- 5
1- 4
4- 5
2
4- 5
5- 8
4- 7
7- 8
3
2- 3
3- 6
2- 5
5- 6
4
5- 6
8- 9
6- 9
忽略高阶项得
h +Δh ≈ rQ n + rnQ n - 1ΔQ
(5)
由于 h0
=
rQ
n 0
=
r ( Q1 +ΔQ) n
=
rQ1 n +
rn
Q
n 1
-
1Δ
Q
h′0 = r′Q′0n = r′( Q′1 +ΔQ′) n
= r′Q′1 n - r′nQ′1n - 1ΔQ
(6)
因为 h1 =
rQ
n 1
h′1
=
rQ′1n h0 -
h′0 = 0
所以 h0 -
h′0 = ( h -
h′1)
+
n
(
rQ
n 1
-
1Δ Q
+
r′Q′1n - 1ΔQ ) = 0
h-
h′1 = -
nΔ Q
(
rQ
n 1
-
1
+
r′Q′1n - 1)
(7)
ΔQ = -
(h -
5 4 环状管网水力计算解析
3.在初步分配流量后，调整管段流量以满足能量方程， 得出各管段流量的环方程组解法。
－－－－－－－ 解环方程法
二、解管段方程法： Pipe equation solution
1.原理：管段方程组可用线性理论法求解，即将L个非线性能 量方程转化为线性方程组，方法是使管段的水头损失近似等于：
时，即忽略受到邻环影响的校正流量对本环闭合差校正流量的
影响，可得：
? qI
?
?? hI 2 ? Sq
(n ? 2)
I
当n ? 2时，? qi ?
?? hi
n?1
n ? Sij qij
四、解环方程法： Loop equation solution
1.哈代－克罗斯法：
※此法特点：计算简化、简单，是手算最常用的一种计算 方法；此法收敛慢。
时用水量为97.1L/s，其中工业企业集中用水量为49.8L/s，具 体位置见表1。所需最小服务水头为0.2MPa，计算图如下所示， 计算到第二次校正为止。
表1 工业企业集中流量
节点 1
2
3
4
5
6
7
8
节点 0 2.08 4.98 7.42 1.69 2.86 0.60 0 流量 L/s
节点 9 10 11 12 13 14 15 总计
2.Hardy Gross 解环方程法步骤：（即环网平差步骤）
（1）分配流量：①符合节点方程；②方向指向大用户；③平行 干管分配大致相同的流量；④取管径相同的管道。
（2）用经济流速确定管径。
（3）计算各环的闭合差。 （4）计算? qI校正流量。 （5）调整管段流量：校正流量与初分流量方向一致时，用初分 流量＋校正流量；如不同时用初分流量－校正流量。
建筑室内消火栓系统环状管网水力计算方法探讨
明 显 的 特 点 就 是 流 量 分 配 过 于 保 守 ，ｔ ｏ ｆ ｉ ｆ ｒ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｎｄ ａ ｐ ｉ ｐ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ．Ａ ｉ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ・
生。
定水流 方向是从配水点直达 出水消火栓 。例如 ，假 定节 点 １ 、２是 出水消火栓，则每条竖管流量 是每 只 水枪 出水量 的 ２倍 ，即 Ｏ － － ２ ｑ ，管径 Ｄ就是在 上述流 量的基础上 确定， Ｄ ：４ ４ ｚ Ｑ ０ ７ ￣：确定管径后 ，根 据从 消防泵到屋顶试验消火栓 的长度 就可 求出沿 程水头 损失 ，局部水头损 失通 常取沿程 水头损失的 ０ ． １ ～ ０ ． ５ ， 每个 消火栓节点 的压力根据沿程水头损失和节
以下 缺 点 ：
【 Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ 】 ｉ ｆ ｒ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｎｔ ａ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｐ ｉ ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ， ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｃ ａ ｌ ｃ －
点压力。
ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｒ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｆ ｏ ｗ， ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ － ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｐ ｕ ｍｐ ｔ ｏ ｏ ｍｕ ｃ ｈ ， Ｃ ａ ｌ ｌ
浅析环状供水管网水力计算的Excel算法
浅析环状供水管网水力计算的Excel算法【摘要】环状供水管网属于复杂供水管网,其水力计算过程比树状管网复杂得多,但供水的可靠性也较后者高,而且可以大大减轻水击对管道系统产生的危害，因此,在大、中型供水工程中采用较多。
本文介绍了环状供水管网水力计算方法、步骤以及特点，并对两种方法进行了对比分析。
【关键词】供水管网水力计算经济流速流量模数一、水力计算方法综述环状管网的设计，应根据用水的要求及地形条件布置管网，确定各管段长度及各节点需要向外供应的流量，然后进行计算。
树状管网只要知道各节点的供水量便可定出各管段的流量，并由此确定出相应的管径和水头损失（根据经济流速）；而对于环状管网来说，虽然各节点的流量也已知，但各管段中的流量却无法一次确定下来，甚至管段中水流的方向都无法一下子确定下来，如管段中的流量定不下来，那么，与其相应的管径、水头损失也就不能确定。
如图1所示,水从节点1流入,又分别流入管段1-2和1-4,两管段的流量分配一时难以确定,各管段中的水流方向也是假设的。
同时,管径又直接影响管道的水头损失和过水能力,它们之间是相互影响、相互制约的，要直接求解这类问题比较困难，因此，在工程设计中，常采用渐近分析法求解，渐近分析法可分为传统的手工算法和Excel 算法两种。
不管采用哪种方法计算，环状管网中的水流都具有以下两个基本特点：图1不同的管线所计算的水头损失必然相等。
在进行闭合环路的计算时，规定顺时针方向计算的水头损失为正，如A环中的hf1-2和hf2-4；逆时针方向计算的水头损失为负，如B环中的hf2-4和hf4-3，沿同一方向转一周，计算的水头损失之和应为零，即hfi=0二、环状管网的渐近分析法（手工算法）。
有一管系如图1所示，在管网中取闭合环路1-2-4-1（A环）进行分析。
流入节点1的流量Q可沿两个方向流动，一支沿1-2方向流动，假设流量为Q1-2；另一支沿1-4方向流动，假设流量为Q1-4，Q1-2+Q1-4= Q1=80L/s。
环状供热管网水力计算方法探讨
环状供热管网水力计算方法探讨
肖益民;付祥钊
【期刊名称】《科学与财富》
【年(卷),期】2005(28)11
【摘要】明确了环状干线、输送干线和枝状支线的概念与水力计算次序,提出了拟定环状干线流向的原则和进行流量初始分配的方法,建立了环状干线水力平差的数学模型,定义了节点参考压力的概念,并推导出计算节点参考压力的方程组及其矩阵表达式.在此基础上,开发了环状干线水力平差计算程序,给出了计算枝状支线资用动力的方法.
【总页数】4页(P122-124)
【作者】肖益民;付祥钊
【作者单位】重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU995.3
【相关文献】
1.建筑室内消火栓系统环状管网水力计算方法探讨
2.供热规划中环状管网和枝状管网的比较
3.树状管网和环状管网水力计算研究
4.环状供热管网水力计算方法及应用
5.大型多热源环状供热管网水力计算方法的对比分析
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一种环状管网水力平衡计算方法研究
一种环状管网水力平衡计算方法研究发布时间：2022-05-07T11:52:14.016Z 来源：《建筑实践》2022年第41卷第1月2期作者：卞爱萍[导读] 本文结合具体工程项目，基于流量平衡和压力平衡两大平衡原理，研究了一种环状管网水力平衡计卞爱萍中通服咨询设计研究院有限公司摘要：本文结合具体工程项目，基于流量平衡和压力平衡两大平衡原理，研究了一种环状管网水力平衡计算方法。
掌握该计算方法后，就可以对环状管网的水力平衡状况进行分析计算。
该方法不仅适用性强，操作简单，而且收敛速度快，精度高，是环状管网水力平衡分析计算的有效方法。
关键词：环状管网；水力平衡；计算方法；工程实例；0.引言在城市集中供热管网、城市燃气管网和城市给排水管网中，为了保障供水供气的可靠性与稳定性，干管一般采用环状管网。
环网管网中，部分管段的流向有两种可能，即存在不确定性，并且环状管网中，某一管段的阻抗发生变化，则该管段和其他管段的流量都会发生变化，甚至部分管段中流体的流向也可能发生变化，这使得环状管网的水力平衡计算要比枝状管网复杂得多。
现在市场上也有一些收费的计算环网水力工况的专业软件，但是随着计算机的发展，我们只要找到环网水力平衡分析的一般通式，就能结合计算机编程自行进行计算。
现有文献[1-3]中也有介绍一些关于针对各种环网水力计算的适用方法，本文将通过实际案例说明如何通过具有普遍适用性的计算通式结合简单的编程得到环网水力平衡计算结果。
1.管网流量分配原理环网水力分析计算前，用户的负荷和位置基本已经确定，但每个管段的流量、管径、部分管段内流体的流向、流动阻力都尚且未知。
管网内的流量分配时，会遵循两个平衡，一个是质量平衡原理，即节点流量平衡，流入每个节点的流量一定等于流出该节点的流量；另一个是能量平衡原理，即回路压力平衡原理，从一个节点到另一个任意节点的N条分支，它们的压降一定相等。
满足这两个原理的管网，其水力状况达到平衡状态。
环状管网管段计算流量的程序计算方法及其在实际工程中的应用
下面以一个实际工程——防城港市群
星开发区详细规划之燃气规划为例，
谈谈环状管网管段计算流量的程序计
算方法。
由公式①得知，计算流量由途泄
流量和转输流量两部分组成，其中途
泄流量可由步骤⑴、⑵求得。转输流量
２６ ２００４·１０
技术推广与应用
Ci ti es a nd Tow ns C on stru ctio n in Gua ng xi
４．９
７
８０
４．５
ｎ的管段上，同时将这些管的管段号记 录；若有一根管的转输流量值未知则跳 过，进行下一轮查找。如此进行，直至 求出所有管段的转输流量。
根据上述步骤，将防城港市群星开 发区的资料经过绘制计算图（见图６）， 编制输入数据（见附表 １）并上机计算 后得出结果，数据附后（见附表２）。
由于数据过多，在此仅以１环数据 做简要说明（见表 １，表 ２）。
计算公式为：
ｎ
Ｑｚ＝
∑（
ｉ＝１
ＱＴｉ＋ＱＺｉ） ｍ
……………
②
公式求出各管段的计算管径并转换为
式中：Ｑｚ——供气管段的转输流量
公称管径。
⑹进行校正计算，即水力平差计
算。
在进行第⑹步水力平差计算之前，
所需取得的最重要的数据一是管段的
计算流量，二是管段的内径。管径的计
算可根据水力计算公式以试算法编程
计算，此过程较简单，在此不再赘述。
环状管网管段计算流量的计算公式 并不复杂，其程序实现方法也相对简 单，但利用计算机实现环网管段计算流 量的自动计算却有着非常现实的意义。 该程序所起的是“桥梁”式的承上启下 的作用，有了它，工作人员就只需准备 最基本的入口数据就可以上机，无需像 以前一样为了上机求管径和进行水力平 差计算就必须先用列表法将途泄流量、 转输流量、计算流量等一一求出再上 机。如此一来可将工作人员从繁琐重复 的计算中解放出来，进行更有意义的设 计工作，而且人不参与计算也使计算结 果的准确性因排除了人为因素的影响而 得到提高。
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念 ,并推导出计算节点参考压力的方程组及其矩阵表达式. 在此基础上 ,开发了环状干线水力平差计算
程序 ,给出了计算枝状支线资用动力的方法.
关键词 :供热 ;环状管网 ;水力计算
中图分类号 : TU995. 3
文献标识码 : A
环状供热管网具有较高的后备能力. 随着中国供 热事业的发展 ,在新建管网或管网扩建 、改造时 ,将会 越来越多地应用环状管网 [ 1 ]. 为充分发挥环状管网的 优势 ,开展其计算分析方法研究显得尤为重要.
管网中 ,能够根据节点流量值和节点流量平衡规 律直接确定出设计流量的管线称为枝状管线. 包括连 接热源的输送干线和连接热用户的枝状支线. 它们的 水力计算方法与枝状管网相同 ;不能够直接确定设计 流量的管线为环状管线 ,一般是管网的干线 ,称为环状 干线.
枝状支线的资用动力要受环状干线的水力计算结 果的影响. 因此整个管网水力计算次序应是 : 环状干 线 ———输送干线 ———枝状支线. 对于枝状支线 ,应先计 算连接最不利用户的支线 ,然后计算连接其余用户的 支线.
力损失. 3. 2 枝状支线 3. 2. 1 连接最不利用户的枝状支线
设计工况下源点与每一用户之间的流体输送回路 中需用压力最高的回路称为最不利回路 , 该回路中的
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关联矩阵中余枝管段对应的列阵 , ( J - 1) ×(N - J +
1) 阶 ; B k12为基本关联矩阵中树枝管段对应的列阵 , (J - 1) ×( J - 1)阶 ; Q I 为余枝管段流量列向量 , (N J + 1)阶 ; Cf12为独立回路矩阵中树枝对应的列组成的 分块阵 , (N - J + 1) ×( J - 1)阶.
图 1 供热管网图 (供水管部分 )
图 1中粗线管段为环状干线管段 ,细线表示枝状 管段. 按照环状干线流向的拟订原则 ,初步拟订环状干 线的流向 ,示于图 1中. 按照图 2中所示的次序进行环 状干线流量的初始分配 ,分配结果列入表 1. 按文献 [ 4 ]的规定选定控制比摩阻 ,计算并选择管径 ,结果列 入表 1. 其中 ,局部阻力折算成沿程阻力 ,折算比例按 文献 [ 4 ]的规定确定. 利用文中开发的计算软件 ,计算 出管段流量 、压力损失以及各节点的参考压力. 管段流 量和压力损失计算结果见表 1. 从表 1中可以看出 ,各 个管段的实际比摩阻基本都小于 70 Pa /m ,少数管段 的比摩阻小于 30 Pa /m ,考虑到这些管径已经较小 ,而 该热网还有增加用户的可能 ,故不再进行调整. 枝状管 线水力计算按第 3节所述计算方法方法进行 ,限于篇
2) 回路方程法
将式 ( 3)代入式 ( 2 ) , 并利用式 ( 4 ) 的关系 , 将独
立回路压力平衡方程组中的树枝流量用余枝流量替换
后 ,方程组中只有余枝流量未知数 M =N - J + 1个 , 与
方程数目相等. 采用网络分析的回路方程法可以迭代
计算出余枝流量的数值解 [6 ]. 首先假定一组 余枝 流
2.系
环状干线管网中 ,利用节点流量平衡方程组 ,以及
矩阵 B k 和 Cf 之间的关系 [6 ] , 可推导出树枝管段和余 枝管段的流量之间存在如下关系 :
Q II
=
B
-1 k12
q′+
C
T f12
Q
I
(4)
式 ( 4)中 Q II为树枝管段流量列阵 , J - 1阶 ; B k11为基本
点向热源点推进. 当在某个节点处 ,流出节点的流量总
和无法确定时 ,需要暂时停下 ,从另外的起始节点开始
进行 ,直到完成所有环状干线的流量初始分配.
2. 3 初定管径
环状干线管段的控制比摩阻值应符合文献 [ 4 ]的
有关规定. 根据初始分配的计算流量和控制比摩阻 ,可
计算并初步选择各个管段的管径 [ 5 ] .
|
f
(Q
K 1
,
Q2K
,
…, QMK ) | } <ε,ε是回路压力闭合差的最大允许值 , 则
Q1K , Q2K , …, QMK 为符合计算精度要求的解. 利用式 ( 4) ,
可求得树枝管段流量.
作者利用回路方程法开发了环状供热管网水力平
差计算的软件. 计算出环状干线各管段的流量后 ,可以
计算其流速 、压降及比摩阻等水力参数并校核它们是
环状供热管网水力计算方法探讨3
肖 益 民 ,付 祥 钊
(重庆大学 三峡库区生态环境教育部重点实验室 ,重庆 400030)
摘 要 :明确了环状干线 、输送干线和枝状支线的概念与水力计算次序 ,提出了拟定环状干线流向
的原则和进行流量初始分配的方法 ,建立了环状干线水力平差的数学模型 ,定义了节点参考压力的概
2. 2. 2 流量初始分配方法
流量分配从“初始流量分配起始点 ”开始 ,先确定
流出节点的流量总和 ,它等于流入该节点的几个管段
的流量之和. 在这几个管段之间 ,按长度的反比例进行
流量分配 ,管段越短 ,分配的流量越多 ,管径可能越大 ;
管段越长 ,分配的流量越少 ,管径就可能越小 ,从而达
到节约管材 ,减少建设费用的目的. 逆着流向 ,逐个节
量 ,通过求解牛顿方程组
A ×[ΔQ I ] = - f
(5)
得到余枝 流 量 修 正 值. 式 ( 5 ) 中 A 为 雅 可 比 矩 阵 ,
[ΔQ I ]为 M 个余枝流量修正值组成的列阵 ; f为 M 个
独立回路压力闭合差组成的列阵. 反复对余枝管段流
量进行修正 ,直到第
K次计算后满足
m ax{
2 环状干线的水力计算方法
2. 1 环状干线管段流向拟定 将枝状支线与输配干线从管网中去掉 ,剩余的管
段组成环状干线图. 在被去掉的管段与环状干线的连 接点处 ,用节点流量代替该管段中的流量. 分别对环状 干线进行节点和管段编号 ,编号应采用从 1 开始的连 续自然数序列 ,并注意二者之间的区分.
算支线连接的用户的预留压力 , Pa.
4 算 例
图 1是某城市高温热水集中供热工程的供水管网 布置图. 设计供水温度为 110 ℃,回水温度 70 ℃. 该集 中供热管 网共 有 15 个热 力站 (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 8 mH2O. 各热力站的循环热水流量示于 图 1中.
在供水管中 ,热水必然是从热源流出 ,流入热用 户 ,且在节点处应满足流量平衡 ,因此 ,拟定流向时可 按以下 2个原则进行 : 1)热水应从离热源较近的节点 流向较远的节点 ; 2)同一节点 ,必须有热水流入 ,也有 热水流出. 2. 2 管段流量初始分配
管段流量初始分配是初定管径的前提 ,且对管径 选择 、管网造价和运行费用 、管网后备能力有很大影 响. 文献 [ 2 - 3 ]提出了燃气管网 、给水管网的流量初 始分配方法 ,由于管网功能的差异 ,这些方法并不适合 供热管网. 无论何种流量分配方案都必须满足节点流 量平衡. 2. 2. 1 确定流量初始分配的起始点
否符合设计要求 ,如不符合 , 可调整部分管径 , 重新进
行平差计算 ,直到满足要求为止.
2. 4. 5 节点参考压力及其计算方法
在环状干线中 , 任选一个节点为压力参考点并给
出压力值 ,根据各个管段的阻力损失 ,可计算出所有节
点以参考点压力值为起算点的压力 ,称为参考压力. 根
据管段阻力损失与节点压力的关系 ,推导得出 :
B
T 12
·Pv
= ΔP
(6)
式
(6)中
Pv
为节点参考压力列向量
,
J
阶;
B
为 T
12
关
联
矩阵中树枝对应的列分块矩阵的转置 , ( J - 1) ×J 阶.
文中开 发的 计 算 程 序 能 直 接 输 出 各 节 点 的 参 考 压
力值.
3 输送干线与支状支线的水力计算方法
3. 1 输送干线 按照控制比摩阻和设计流量 , 确定管径并计算压
2005年 11月 第 28卷第 11期
重庆大学学报 (自然科学版 ) Journal of Chongqing University (Nɑturɑl Science Edition)
文章编号 : 1000 - 582X (2005) 11 - 0122 - 03
Nov. 2005 Vol. 28 No. 11
在管网图生成树的基础上得到的 [6 ] , 每个独立回路均
对应生成树的 1个余枝 ,独立回路数是 N - J + 1, Cf 为 (N - J + 1) ×N 阶.
2. 4. 3 管段阻力定律
管段的流动阻力用下式来表示 [6 ] :
ΔPj = SjQ2j , j = 1 ～ N.
(3)
式 ( 3)中 Sj 为管段 j的阻抗 ; Q j 为管段 j的流量.
计算 :
PZY = Pyl - PZ l +ΔPzbl + Pby - Py
(7)
式 ( 7)中 Pyl为计算支线与环状干线连接点的参考压
力 , Pa; PZ l为连接最不利用户的支线与环状干线连接
点的参考压力 , Pa;ΔPzbl为连接最不利用户的支线的压
力损失 , Pa; Pby为最不利用户的预留压力 , Pa; Py 为计
124
重庆大学学报 (自然科学版 ) 2005年
用户即为最不利用户. 按照控制比摩阻和设计流量确 定其管径 ,并计算压力损失.
3. 2. 2 连接其余用户的枝状支线