一节管网计算章节题

qX
qt
q1
q1 L
x
qt
q1
L
L
x
q
1
L x L
式中 q t 。根据水力学，管段 q1
a — —管段的比阻；
n 通常取
dx 中的水头损失为： 2。则有：
dh
aq
n x
dx
dh
aq
2 x
dx
aq
2 1
L L
x
2
dx
aq
2 1
L
L
x 2 dx
L2
流量变化的管段
L 中的水头损失可表示为
• 干管网的节点包括：
✓ 水源节点，如泵站、水塔或高位水池； ✓ 不同管径或不同材质的管线交接点； ✓ 两管段交点或集中向大用户供水的点。
• 两节点之间的管线称为管段。 • 管段顺序连接形成管线。
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沿线流量和节点流量
• 起点和终点重合的管线称为管网的环。
✓ 环中不含其它环，称为基环。 ✓ 几个基环合成的环，称为大环。 ✓ 多水源的管网，为了计算方便，有时将两个或多个水压已
• 因此。一般采用优化方法求得流速或管径的最优解。 • 在数学上表现为求一定年限t（称为投资偿还期）内管网造
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管段计算流量
• 环状网流量分配
• 环状网的流量分配比较复杂。任一节点的流量包括该节点 流量和流向以及流离该节点的几条管段流量。所以环状网 流量分配时，不可能对每一管段得到唯一的流量值。
• 分配流量时，必须保持每一节点的水流连续性，也就是流 向任一节点的流量必须等于流离该节点的流量，以满足节 点流量平衡的条件。
（不配水）的管线有 ；一 只侧配水的管线度 ，按 长一半计算。
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沿线流量
• 沿线最高用水时和最大转输时的比流量不同，所 以在管网计算时须分别计算。
• 城市内人口密度或房屋卫生设备条件不同的地区
，也应该根据各区的用水量和干管线长度，分别
计算其比流量，以得出比较接近实际用水的结果
。
q1 qsl
1 0.577 3
如 100 ，即转输流量远大于沿 线流量的管段，折算系 数为 0.50
管段在管网中的位置不 同， 值不同，折算系数 值也不等。
一般，管网起端的管段
靠近管网末端的管段， 2020为/11便/2于0 管网计算，通常
，转输流量 q t 远大于沿线流量 0， 值大于 0.5。
为了避免水中悬浮物质在水管内沉积，最低流速通常不 得小于0.6m/s；
因此，须在上述流速范围内，根据当地的经济条件，考 202虑0/11/管20 网的造价和经营管理费用，来选定合适的流速。
管径计算
D 4q v
D — —管段直径， m ； q — —管段流量， m 3 / s ； v — —流速， m / s 。
q1 qAA q1 ——沿线流量L，/s； A——该管段的供水面积 m2。 ，
qA Q Aq
qA ——比流量 L（ / ， sm2）； Q——管网总用水 L/s； 量，
q——大用户集中用 和水 ， L/量 s；总 A——干管总供水m面 2，积 不， 包括穿越广 园场 等、 无公 建筑物地 配区 水（ ）不 的管线，只有
• 折算系数α的求导
折算流量 q q t q 1 折算流量所产生的水头 损失为：
0.5q1
0.5q1
h
aq
2L
a q t
q1 2 L
aq
2 1
L
2
则有： 2 2 1
3
2 1 3
qt+0.5q1
1
2
qt+q1
qt
折算系数 只和 q t 值有关，在管网末端的 q1
管段，因转输流量 q t为 0，则 0，得：
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第一节 管网计算的课题
• 新建和扩建的城市管网按最高时用水量Qh 计算，据此求出所有管段的直径、水头损失 、水泵扬程和水塔高度(当设置水塔时)。并 在此管径基础上，按其它用水情况，如消防 时、事故时、对置水塔系统在最高转输时各 管段的流量和水头损失，从而可以知道按最 高用水时确定的管径和水泵扬程能否满足其 它用水时的水量和水压要求。
• 求出节点流量后，就可以进行管网的流量 分配，分配到各管段的流量已经包括了沿 线流量和转输流量。
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管段计算流量
• 单水源树状管网流量分配
• 任一管段的流量等于该管段以后（顺水流方向）所有节点 流量的总和。 如q3-4=q4+q5+q8+q9+q10
• 树状网的流量分配比较简单，各管段的流量易于确定，并 且每一管段只有唯一的流量值。
• 管段起端的流量等于转输流量qt加沿线流量q1，到末端只 有转输流量qt ，因此从管段起点到终点的流量是变化的。
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节点流量
• 对于流量变化的管段，难以确定管径和水头损失 ，所以有必要将沿线流量转化成从节点流出的流 量。这样，沿管线不再有流量流出，即管段中的 流量不再沿管线变化，就可根据该流量确定管径 。
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管段计算流量
• 环状网可以有许多不同的流量分配方案，每一方案所得的 管径也有差异，管网总造价也不相等。
• 使环状网中某些管段的流量为零，即将环状网改成树状网 ，才能得到最经济的流量分配，但是树状网并不能保证可 靠供水。
• 环状网流量分配时，应同时照顾经济性和可靠性。 • 经济性是指流量分配后得到的管径，应使一定年限内的管
定的水源节点（泵站、水塔等）用虚线和虚节点0连接起 来，也形成环，因实际上并不存在，所以叫做虚环。
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沿线流量和节点流量
• 沿线流量：是指供给该管段两侧用户所需 流量。
• 节点流量：是从沿线流量折算得出的并且 假设是在节点集中流出的流量。
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沿线流量
• 工业企业给水管网，大量用水集中在少数 车间，配水情况比较简单。
• 如果在分配流量时，对其中的一条 ，2q即，1例保-4而，如持另因管水一q段流管1-1的2段+—连q121续—分-4性仍4配分，等很配这于大很时Q的小敷－流的管q量流1费q，量1用虽然比较经济，但明显和安全供 水产生矛盾。因为当流量很大的管 段1—2损坏需要检修时，全部流量 必须在管段l—4中通过，使该管段 的水头损失过大，从而影响到整个 管网的供水量或水压。
• 流量已定时，管径和流速的平方根成反比。流量相同时， 如果流速取得小些，管径相应增大，此时管网造价增加， 可是管段中的水头损失却相应减小，因此水泵所需扬程可 以降低，经常的输水电费可以节约。
• 如果流速用得大些，管径虽然减小，管网造价有所下降， 但水头损失增大，因此水泵所需扬程势必增加、经常的电 费势必增加。
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管段计算流量
• 多水源管网
• 应由每一水源的供水量定出其大致 供水范围，初步确定各水源的供水 分界线；
• 然后从各水源开始，循供水主流方 向按每一节点符合qi+∑qij=0的条件 ，以及经济和安全供水的考虑，进 行流量分配。
• 位于分界线上各节点的流量，往往 由几个水源同时供给。各水源供水 范围内的全部节点流量加上分界线 上由该水源供给的节点流量之和， 应等于该水源的供水量。
qi qij 0
qi ——节i的 点节点流L/量 s；， qij ——从节 i到点节j的 点管段流L/量 s。，
假定离开节点的流量为正，
流向节点的流量为负。
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管段计算流量
• 环状网流量分配
• 以节点1为例： q1－Q+q1-2+q1-4=0
• 对节点1来说，即使进入管网的总流 量流有Q量不和，同节如的点q分1流配-2，量，和q也1q已就1-知是4等，有值各不，管同还段的可的管以 段流量。
：
L
h
aq
2 x
dx
0
L
aq
2 1
L
L
x 2 dx
0 L2
aq
2 1
L
L
L 2
2 L
来自百度文库
L x
x2
dx
L2 0
aq
2 1
L2
L
L
2
x
L 0
L L x 2
L 0
x3
3
L
0
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aq
2 1
L
L
L 2
L
L L
L2
3
aq
2 1
L
2
1 3
节点流量
网建造费用和管理费用为最小。 • 可靠性是指能向用户不间断地供水，并且保证应有的水量
、水压和水质。 • 经济性和可靠性之间往往难以兼顾，一般只能在满足可靠
性的要求下，力求管网最为经济。
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管段计算流量
• 环状网流量分配的步骤 ✓ 按照管网的主要供水方向，初步拟定各管段的水流方向并选定整个管
网的控制点。控制点是管网正常工作时和事故时必须保证所需水压的 点，一般选在给水区内离二级泵站最远或地形较高之处。 ✓ 为了可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线 ，这些平行干管中尽可能均匀地分配流量，并且符合水流连续性即满 足节点流量平衡的条件。这样，当其中一条干管损坏，流量由其它干 管转输时，不会使这些干管中的流量增加过多。 ✓ 和干管线垂直的连接管，其作用主要是沟通平行干管之间的流量，有 时起一些输水作用，有时只是就近供水到用户，平时流量一般不大， 只有在干管损坏时才转输较大的流量，因此连接管中可分配较少的流 量。
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管网计算的课题
• 管网计算步骤
✓ 求沿线流量和节点流量； ✓ 求管段计算流量； ✓ 确定各管段的管径和水头损失； ✓ 进行管网水力计算或技术经济计算； ✓ 确定水塔高度和水泵扬程。
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管网图形及简化
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第三节 沿线流量和节点流量
• 管网计算时并不包括全部管线，而是只计算经过 简化后的干管网。
一侧配水的管线 面， 积供 按水 一半计算 面； 积供 可水 用等分角 法线 来的 划方 分街区。 长在 边街 上区 202的 0/11管 /20 段，其两侧 积供 为水 梯面 形，在在 边街 上区 的短 管段，其 水两 面侧 积供 为三角形。
节点流量
• 管网中任一管段的流量，由两部分组成：一部分是沿该管 段长度L配水的沿线流量q1，另一部分是通过该管段输水到 以后管段的转输流量qt转输流量沿整个管段不变，而沿线 流量由于管段沿线配水，所以管段中的流量顺水流方向逐 渐减小，到管段末端只剩下转输流量。
q
，
1
qt q1
值很大，
值接近于
0 .5；
统一采用 0.50 ，即将沿线流量折半作 为管段两端的节点流量 。
节点流量
• 管网任一节点的节点流量为： qi= α∑q1=0.5 ∑q1
• 任一节点i的节点流量qi等于与该节点相连各 管段的沿线流量q1总和的一半。
• 城市管网中，工业企业等大用户所需流量， 可直接作为接入大用户节点的节点流量。
• 沿线流量化成节点流量的原理：是求出一个沿线 不变的折算流量q，使它产生的水头损失等于实 际上沿管线变化的流量qX产生的水头损失。
• q=qt+αq1 • 折算系数α：是把沿线变化的流量折算成在管段
两端节点流出的流量，即节点流量的系数。
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节点流量
• 折算系数α的求导
管段 1 — 2 任一断面上的流量为：
• 城市给水管线，沿管线配水，情况比较复 杂。
• 假定用水量均匀分布在全部干管上。 • 比流量：干管线单位长度的流量。
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沿线流量
• 比流量计算
qs
Qq l
qs ——比流量L，/(sm)； Q——管网总用水量L/，s；
q ——大用户集中用水和 量， 总L/ s；
l ——干管总长度m， ，不包括穿越广场园 、等 公无建筑物地区
• 工业企业内的生产用水管网，水量大的车间 用水量也可直接作为节点流量。
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第四节 管段计算流量
• 沿线任一管段的计算流量实际上包括该管 段两侧的沿线流量和通过该管段输送到以 后管段的转输流量。为了初步确定管段计 算流量，必须按最大时用水量进行流量分 配，得出各管段流量后，才能据此流量确 定管径和进行水力计算。
• 沿线流量的计算： q1 ——沿线流量，L/s；
L——该管段的长度m，。
整个管网的沿线流量总和∑q1，等于qs∑l。 ∑qsl值等 于管网供给的总用水量减去大用户集中用水量，即 等于Q－∑q。
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沿线流量
• 沿线按照用水量全部均匀分布在干管上的假定以求出比 流量的方法，存在一定的缺陷。因为它忽视了沿线供水 人数和用水量的差别，所以与各管段的实际配水量并不 一致。为此提出另一种按该管段的供水面积决定比流量 的计算方法。
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第五节 管径计算
• 各管段的管径按下式计算
D 4q v
D — —管段直径，
m；
q — —管段流量， m 3 / s ；
v — —流速， m / s 。
管径不但和管段流量有关，而且和流速的大小有关，因
此要确定管径必须先选定流速。
为了防止管网因水锤现象出现事故，最大设计流速不应 超过2.5~3m/s；