利用Excel软件进行排水管道水力计算
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Abstract :The investment proportion of drain2pipe system is very high in the municipal engineering and the en2 vironmental disposal for a city. Therefore , if the design of the drain2pipe system is rational , the engineering investment can be increase and the drain for a city is advantageous. The theory of the hydraulic calculation of the drain2pipe is not complicate , but the design calculation is repeated constantly and the various tables are looked up frequently. The formulae of the corrective hydraulic calculations of the drain2pipe have been estab2 lished by Excel software aidding the hydraulic calculation , and the scientific calculation tables of the hydraulic of the drain2pipe have been completed. The shortcut programs of the calculation are also given. The two exam2 ples of the textbook in water &wastewater pipe network for 15th Country Grade’s Plan are verified and the cal2 culation formulae of the pipe2diameter increased are discussed preliminarily. The results of hydraulic calcula2 tion can satisfy the needs of the hydraulic calculation in the drain2pipe , and also relieves of the tedious of the tables looked up . Key words :Excel software ; drain2pipe ; hydraulic calculation ; formula
- (4 k - 4 k2) 0. 5 (1 - 2 k) ) ]} 0. 5
(7)
当 k > 0. 5 时 , D = { 4 Q/ [ v ×(π - arccos (2 k
பைடு நூலகம்
- 1) - (4 k - 4 k2) 0. 5 (1 - 2 k) ) ]} 0. 5
(8)
再根据水力计算基本公式[5] , 可推导出湿周
m2 ,前者小于后者 。显然 , 公式 (5) 又出现充满度 k
值增大 ,水力断面面积 A 减小的错误 。
1. 3 管径 D 的求算问题
在进行管道水力计算时 , 是在已知设计流量 Q
及管道粗糙系数 n 条件下 , 求管径 D 、水力半径 R 、
充满度 k 、管道坡度 I 和流速 v 。由于方程中有 5 个
(
D) 2
2
(π
-
θ + sinθcosθ)
(2)
公式 (2) 值得推敲 ,正确的推导如下 :
A
= π(
D 2
)
2
×22πθ +
D 2
sin
(π
-
θ)
×
D 2
cos
(π
-
θ)
=
D2 4
(θ
-
sinθcosθ)
(3)
比 如 ,
将
θ=
3π 和 4
5π 代 入 公 式 6
(2)
,
得
A
=
(
D ) 2 ×(π- 2) 和
目前 ,市场上有一些商业性的排水管网设计计 算软件 ,鉴于其知识产权及二次开发问题 ,一些设计 部门开始利用 Excel 软件来辅助排水管道的水力计 算 。从设计部门制作和网上下载的 Excel 电子表格 看 ,体现了 Excel 辅助排水管道水力计算直观 、快捷 的优点 ,但还存在查表频繁 、少数计算公式不正确及 参数调整随意等缺点 ,另外 ,在少数文献中 ,也存在 一些值得推敲的问题 。为此 ,有必要对 Excel 辅助 排水管道水力计算中出现的一些问题 ,作进一步的 探讨 ,并制作出科学的 Excel 电子表格 ,以保证排水 管道水力计算的规范和准确 。
第 3 期 黄明等 :利用 Excel 软件进行排水管道水力计算 53
0 引言
排水管道分污水管道和雨水管道两大部分 ,污 水管道多为非满流设计 ,雨水管道为满流设计 ,尽管 排水管道水力计算的理论简单 ,但其计算重复 、数据 调整频繁 ,还要不断查图表等特点 ,给手工计算带来 了很大的困难 。
5 4 山 东 建 筑 工 程 学 院 学 报 2005 年
面通过公式推导求解管径 D ,并进行优化计算 。
根据
Q=A
×v =
D2 4
(θ-
sinθcosθ)
×v , 可推出
管径计算公式 :
当 k < 0. 5 时 , D = { 4 Q/ [ v ×(arccos (1 - 2 k)
h/ D > 0. 5 两种情况下完全一致 。
1. 2 中间变量θ推求问题
如设充满度 h/ D = k ,可推出 k < 0. 5 时 ,θ= ar2
ccos (1 - 2 k) ; k > 0. 5 时 ,θ=π- arccos (2 k - 1) 。
当 < 0. 5 时 , 据文献[2 ,3 ] , 推导出的水力断面
2
4
A
=
(
D)2 2
(2π- 2 12
3) ,前者大
于后者 ;同样 ,代入公式 (3)
,得
A
=
(
D) 2 2
(3π+ 2) 和 4
A
=
(
D)2 2
×(10π+ 3 12
3) , 前者小于后者 。公式 (2)
表明 ,随着 θ增大 , A 反而减小 , 显然错误 , 而公式
(3) 却相反 。这说明 ,公式 (1) 和 (3) 在 h/ D < 0. 5 和
未知数 , 必须先假定 3 个 , 再求其它 2 个 , 数学计算
极为复杂[4] 。传统的求解方法是查水力计算图 。下
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
( x) 、水力半径 ( R) 和水力坡度 ( I) 公式 :
x
=
2θ
×
D 2
=
Dθ
当
< 0. 5 时 , R
=
A x
=
A Darccos (1
-
2 k)
(9)
当 > 0. 5 时 ,
R
=
A x
= D[π -
A arccos (2 k -
(2 k - 1) ) D2/ 4
(5)
由于公式 (5) 是在公式 (2) 错误的基础上进行推
导的 , 再加上中间变量 θ推求出现错误 , 导致公式
(5) 出现较大的偏差 。应将θ=π- arccos (2 k - 1) 代
入公式 (3) 推求 ,可得
A = (π - arccos (2 k - 1) - (4 k - 4 k2) 0. 5 ×
第 20 卷 2005 年
第
3 8
期 月
JOURNAL
OF
山东建筑工程学院学报 SHANDONG UNIVERSITY OF ARCHITECTURE
AND
Vol. 20 ENGINEERING Aug.
No. 3 2005
文章编号 :1003 - 5990 (2005) 03 - 0052 - 04
(1 - 2 k) ) D2/ 4
(6)
比如 ,当 D = 350mm 时 , 将 k = 0. 51 和 0. 52 代
入公式 (5) , 得 A = 0. 0469m2 和 0. 0457m2 , 前者大于
后者 ;同样 ,代入公式 (6) , 得 A = 0. 0493m2 和0. 0506
面积 A 公式为
A = (arccos (1 - 2 k) - (4 k - 4 k2) 0. 5 ×
(1 - 2 k) ) D2/ 4
(4)
当 > 0. 5 时 , 据文献 [2 ] , 推导出水力断面面积
A 公式为
A = (π - arcos (1 - 2 k) - (4 k - 4 k2) 0. 5 ×
收稿日期 :2004 - 12 - 22 基金项目 :安徽省教育厅教学改革项目资助 (J YXM2003140) 作者简介 :黄明 (1965 - ) ,男 ,湖南新田人 ,安徽建筑工业学院环境工程系讲师 ,在读博士 ,主要从事给水排水管网教学和资源与环境信息
技术研究工作.
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
利用 Excel 软件进行排水管道水力计算
黄明1 ,2 ,侯晓江3
(1. 合肥工业大学 资源与环境工程学院 ,安徽 合肥 230009 ;2. 安徽建筑工业学院 环境工程系 ,安徽 合肥 230022 ; 3. 合肥学院总务处 ,安徽 合肥 230022)
摘要 :在市政建设和城市环境治理工程中 ,排水管道系统占较大的投资比例 ,因此 ,合理设计排水管理系统 ,可以减 少工程投资和利于城市排水 。排水管水力计算的理论不复杂 ,但其计算重复 ,查表频繁 。通过建立正确的排水管 道水力计算公式 ,利用 Excel 软件辅助设计 ,制成了科学的排水管道水力计算表格 ,并给出了 Excel 简洁的计算程 序 。对“十五”国家级规划教材《给水排水管网系统》中的两个例题进行了验证 ,对增加的管径计算公式进行了初步 讨论 。水力计算结果可以满足水管道设计要求 ,免去了查表的烦琐 。 关键词 : Excel 软件 ;排水管道 ;水力计算 ;公式 中图分类号 :TU992. 22 文献标识码 :A
1 污水管道水力计算公式的推导问题
1. 1 水力断面面积公式推导问题 图 1 为非满流污水管的充满度小于 0. 5 (图 1a)
和大于 0. 5 ( 图 1b) 两种情形 , 其中 D 为管径 , D/ 2 为污水管半径 , h 为水面高度 ,θ为建立数学模型而 引入的中间变量 。
图 1 污水管道过水断面示意图
当 h/ D < 0. 5 时 , 据文献 [1 , 2 ] , 推导出的非满
流污水管水力断面面积公式为
A
= π(
D 2
)
2
×22πθ -
D 2
sinθ
×
D 2
cosθ
=
D2 4
(θ
-
sinθcosθ)
(1)
当 h/ D > 0. 5 时 , 据文献 [2 ] , 非满流污水管水
力断面面积为
A
=
Discussion on applying Excel soft ware to aidding the hydraulic calculation of the drain2pipe
HUANG Ming1 ,2 ,HOU Xiao2jiang3
(1. School of Resources and Environment Engineering , Hefei University of Technology , Hefei 30009 , China ;2. Dept. of Environ2 ment Engineering , Anhui Institute of Architecture & Industry , Hefei 230022 , China ; 3. Office of General Affairs , Hefei Univers2i ty ,Hefei 230022 , China)
- (4 k - 4 k2) 0. 5 (1 - 2 k) ) ]} 0. 5
(7)
当 k > 0. 5 时 , D = { 4 Q/ [ v ×(π - arccos (2 k
பைடு நூலகம்
- 1) - (4 k - 4 k2) 0. 5 (1 - 2 k) ) ]} 0. 5
(8)
再根据水力计算基本公式[5] , 可推导出湿周
m2 ,前者小于后者 。显然 , 公式 (5) 又出现充满度 k
值增大 ,水力断面面积 A 减小的错误 。
1. 3 管径 D 的求算问题
在进行管道水力计算时 , 是在已知设计流量 Q
及管道粗糙系数 n 条件下 , 求管径 D 、水力半径 R 、
充满度 k 、管道坡度 I 和流速 v 。由于方程中有 5 个
(
D) 2
2
(π
-
θ + sinθcosθ)
(2)
公式 (2) 值得推敲 ,正确的推导如下 :
A
= π(
D 2
)
2
×22πθ +
D 2
sin
(π
-
θ)
×
D 2
cos
(π
-
θ)
=
D2 4
(θ
-
sinθcosθ)
(3)
比 如 ,
将
θ=
3π 和 4
5π 代 入 公 式 6
(2)
,
得
A
=
(
D ) 2 ×(π- 2) 和
目前 ,市场上有一些商业性的排水管网设计计 算软件 ,鉴于其知识产权及二次开发问题 ,一些设计 部门开始利用 Excel 软件来辅助排水管道的水力计 算 。从设计部门制作和网上下载的 Excel 电子表格 看 ,体现了 Excel 辅助排水管道水力计算直观 、快捷 的优点 ,但还存在查表频繁 、少数计算公式不正确及 参数调整随意等缺点 ,另外 ,在少数文献中 ,也存在 一些值得推敲的问题 。为此 ,有必要对 Excel 辅助 排水管道水力计算中出现的一些问题 ,作进一步的 探讨 ,并制作出科学的 Excel 电子表格 ,以保证排水 管道水力计算的规范和准确 。
第 3 期 黄明等 :利用 Excel 软件进行排水管道水力计算 53
0 引言
排水管道分污水管道和雨水管道两大部分 ,污 水管道多为非满流设计 ,雨水管道为满流设计 ,尽管 排水管道水力计算的理论简单 ,但其计算重复 、数据 调整频繁 ,还要不断查图表等特点 ,给手工计算带来 了很大的困难 。
5 4 山 东 建 筑 工 程 学 院 学 报 2005 年
面通过公式推导求解管径 D ,并进行优化计算 。
根据
Q=A
×v =
D2 4
(θ-
sinθcosθ)
×v , 可推出
管径计算公式 :
当 k < 0. 5 时 , D = { 4 Q/ [ v ×(arccos (1 - 2 k)
h/ D > 0. 5 两种情况下完全一致 。
1. 2 中间变量θ推求问题
如设充满度 h/ D = k ,可推出 k < 0. 5 时 ,θ= ar2
ccos (1 - 2 k) ; k > 0. 5 时 ,θ=π- arccos (2 k - 1) 。
当 < 0. 5 时 , 据文献[2 ,3 ] , 推导出的水力断面
2
4
A
=
(
D)2 2
(2π- 2 12
3) ,前者大
于后者 ;同样 ,代入公式 (3)
,得
A
=
(
D) 2 2
(3π+ 2) 和 4
A
=
(
D)2 2
×(10π+ 3 12
3) , 前者小于后者 。公式 (2)
表明 ,随着 θ增大 , A 反而减小 , 显然错误 , 而公式
(3) 却相反 。这说明 ,公式 (1) 和 (3) 在 h/ D < 0. 5 和
未知数 , 必须先假定 3 个 , 再求其它 2 个 , 数学计算
极为复杂[4] 。传统的求解方法是查水力计算图 。下
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
( x) 、水力半径 ( R) 和水力坡度 ( I) 公式 :
x
=
2θ
×
D 2
=
Dθ
当
< 0. 5 时 , R
=
A x
=
A Darccos (1
-
2 k)
(9)
当 > 0. 5 时 ,
R
=
A x
= D[π -
A arccos (2 k -
(2 k - 1) ) D2/ 4
(5)
由于公式 (5) 是在公式 (2) 错误的基础上进行推
导的 , 再加上中间变量 θ推求出现错误 , 导致公式
(5) 出现较大的偏差 。应将θ=π- arccos (2 k - 1) 代
入公式 (3) 推求 ,可得
A = (π - arccos (2 k - 1) - (4 k - 4 k2) 0. 5 ×
第 20 卷 2005 年
第
3 8
期 月
JOURNAL
OF
山东建筑工程学院学报 SHANDONG UNIVERSITY OF ARCHITECTURE
AND
Vol. 20 ENGINEERING Aug.
No. 3 2005
文章编号 :1003 - 5990 (2005) 03 - 0052 - 04
(1 - 2 k) ) D2/ 4
(6)
比如 ,当 D = 350mm 时 , 将 k = 0. 51 和 0. 52 代
入公式 (5) , 得 A = 0. 0469m2 和 0. 0457m2 , 前者大于
后者 ;同样 ,代入公式 (6) , 得 A = 0. 0493m2 和0. 0506
面积 A 公式为
A = (arccos (1 - 2 k) - (4 k - 4 k2) 0. 5 ×
(1 - 2 k) ) D2/ 4
(4)
当 > 0. 5 时 , 据文献 [2 ] , 推导出水力断面面积
A 公式为
A = (π - arcos (1 - 2 k) - (4 k - 4 k2) 0. 5 ×
收稿日期 :2004 - 12 - 22 基金项目 :安徽省教育厅教学改革项目资助 (J YXM2003140) 作者简介 :黄明 (1965 - ) ,男 ,湖南新田人 ,安徽建筑工业学院环境工程系讲师 ,在读博士 ,主要从事给水排水管网教学和资源与环境信息
技术研究工作.
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
利用 Excel 软件进行排水管道水力计算
黄明1 ,2 ,侯晓江3
(1. 合肥工业大学 资源与环境工程学院 ,安徽 合肥 230009 ;2. 安徽建筑工业学院 环境工程系 ,安徽 合肥 230022 ; 3. 合肥学院总务处 ,安徽 合肥 230022)
摘要 :在市政建设和城市环境治理工程中 ,排水管道系统占较大的投资比例 ,因此 ,合理设计排水管理系统 ,可以减 少工程投资和利于城市排水 。排水管水力计算的理论不复杂 ,但其计算重复 ,查表频繁 。通过建立正确的排水管 道水力计算公式 ,利用 Excel 软件辅助设计 ,制成了科学的排水管道水力计算表格 ,并给出了 Excel 简洁的计算程 序 。对“十五”国家级规划教材《给水排水管网系统》中的两个例题进行了验证 ,对增加的管径计算公式进行了初步 讨论 。水力计算结果可以满足水管道设计要求 ,免去了查表的烦琐 。 关键词 : Excel 软件 ;排水管道 ;水力计算 ;公式 中图分类号 :TU992. 22 文献标识码 :A
1 污水管道水力计算公式的推导问题
1. 1 水力断面面积公式推导问题 图 1 为非满流污水管的充满度小于 0. 5 (图 1a)
和大于 0. 5 ( 图 1b) 两种情形 , 其中 D 为管径 , D/ 2 为污水管半径 , h 为水面高度 ,θ为建立数学模型而 引入的中间变量 。
图 1 污水管道过水断面示意图
当 h/ D < 0. 5 时 , 据文献 [1 , 2 ] , 推导出的非满
流污水管水力断面面积公式为
A
= π(
D 2
)
2
×22πθ -
D 2
sinθ
×
D 2
cosθ
=
D2 4
(θ
-
sinθcosθ)
(1)
当 h/ D > 0. 5 时 , 据文献 [2 ] , 非满流污水管水
力断面面积为
A
=
Discussion on applying Excel soft ware to aidding the hydraulic calculation of the drain2pipe
HUANG Ming1 ,2 ,HOU Xiao2jiang3
(1. School of Resources and Environment Engineering , Hefei University of Technology , Hefei 30009 , China ;2. Dept. of Environ2 ment Engineering , Anhui Institute of Architecture & Industry , Hefei 230022 , China ; 3. Office of General Affairs , Hefei Univers2i ty ,Hefei 230022 , China)