《管網(wǎng)水力計算》課件

管網(wǎng)水力計算課程簡介管道系統(tǒng)涵蓋各種管道類型和配件，如水管、閥門、泵等。水力計算分析水流特性，如流量、壓力、速度等。水資源管理優(yōu)化水資源分配，保障水安全。1.1管網(wǎng)的基本概念定義管網(wǎng)是指由管道、閥門、水泵等組成的輸送水的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用于將水從水源輸送到用戶。組成管網(wǎng)主要由供水管、配水管、用戶管等組成，每個部分都有其獨特的結(jié)構(gòu)和功能。1.2水的性質(zhì)水的密度、粘度和表面張力等性質(zhì)會影響管網(wǎng)水力計算結(jié)果。水的溫度會影響其密度和粘度，從而影響管道摩擦損失和流量。水的壓力會影響其流動狀態(tài)，例如湍流或?qū)恿?，進而影響計算結(jié)果。1.3流體流動理論1流體性質(zhì)流體的粘度和密度決定了其流動特性。2流動類型層流和湍流兩種流動狀態(tài)影響著計算方法。3能量守恒伯努利方程描述了流體在流動過程中的能量轉(zhuǎn)換。2.1管道摩擦損失計算1水流阻力水流在管道中流動時，由于管道壁面的粗糙度和水分子之間的粘性，會產(chǎn)生摩擦阻力。2摩擦損失摩擦阻力導(dǎo)致水流能量損失，稱為摩擦損失。3損失計算使用達西-魏斯巴赫公式計算摩擦損失，該公式考慮了管道長度、直徑、水流速度和摩擦系數(shù)等因素。2.2管道局部損失計算閥門損失閥門是控制水流的重要部件，其結(jié)構(gòu)和開度都會影響水流的損失。彎頭損失彎頭改變了水流的方向，因此也會造成一定的能量損失。管件損失其他管件，例如三通、變徑管等，也會造成局部損失。管道總損失計算1總損失摩擦損失+局部損失2摩擦損失管道長度引起的能量損失3局部損失管道形狀變化引起的能量損失3.1單管道計算1流量流量計算，根據(jù)實際需求確定2管徑管徑選擇，根據(jù)流量、水頭損失、經(jīng)濟因素確定3水頭損失水頭損失計算，根據(jù)達西-魏斯巴赫公式計算4水力坡度水力坡度計算，根據(jù)水頭損失和管道長度計算3.2管網(wǎng)獨立支路計算1確定支路參數(shù)支路長度、管徑、水頭損失系數(shù)等。2計算水頭損失根據(jù)流量、管徑和水頭損失系數(shù)計算水頭損失。3計算流量利用水頭損失和水頭損失系數(shù)計算流量。3.3管網(wǎng)并聯(lián)支路計算1并聯(lián)支路基本概念指兩個或多個管道在同一起點和終點之間并聯(lián)連接2流量分配流量分配與各支路水頭損失成反比3計算方法利用水頭損失公式和流量平衡方程管網(wǎng)串聯(lián)支路計算1總流量2各支路流量3支路水頭損失串聯(lián)支路是指多個管道依次連接，水流依次通過各個支路。計算方法是：先計算總流量，然后根據(jù)總流量和各支路管徑計算各支路流量，最后計算各支路水頭損失，得出總水頭損失。3.5管網(wǎng)環(huán)狀計算環(huán)狀管網(wǎng)結(jié)構(gòu)環(huán)狀管網(wǎng)具有多個供水點和多個水源，形成閉合回路，保證供水可靠性。節(jié)點水頭平衡方程每個節(jié)點的水頭損失等于各支路的水頭損失之和，保證水頭平衡。流量分配根據(jù)管網(wǎng)特性和水頭損失，計算各支路的流量分配，滿足各節(jié)點的水量需求。管網(wǎng)計算步驟11.確定計算目標(biāo)首先要明確計算的目的，是確定管網(wǎng)的設(shè)計參數(shù)，還是進行管網(wǎng)的運行分析？22.收集計算數(shù)據(jù)包括管網(wǎng)的幾何參數(shù)、水力參數(shù)、水質(zhì)參數(shù)等。33.選擇計算方法根據(jù)管網(wǎng)的復(fù)雜程度和計算精度要求選擇合適的計算方法。44.進行計算利用計算方法和數(shù)據(jù)進行計算，得到管網(wǎng)的各項水力參數(shù)。55.分析計算結(jié)果對計算結(jié)果進行分析，判斷管網(wǎng)的運行狀況，并提出改進措施。4.2管網(wǎng)計算實例1本實例展示了如何使用水力計算方法分析一個簡單的管網(wǎng)系統(tǒng)。通過計算，可以確定各個管段的流量、流速和壓力損失，進而判斷管網(wǎng)的設(shè)計是否合理。實例中，我們假設(shè)一個簡單的管網(wǎng)系統(tǒng)，包括一個供水泵、兩個水池和多條管道。然后，根據(jù)給定的管徑、水池水位和水泵特性，進行管網(wǎng)水力計算。4.3管網(wǎng)計算實例2實際管網(wǎng)計算中，通常需要綜合考慮多種因素，例如：地形、管徑、水壓等。計算過程需要使用相關(guān)軟件進行輔助，例如：EPANET、WaterCAD等。通過模擬和分析，可以得到更準(zhǔn)確的計算結(jié)果。4.4管網(wǎng)計算實例3本實例為一個實際的市政供水管網(wǎng)，涉及多個水源、水廠、泵站、管線，以及多個用戶。通過該實例，可以掌握復(fù)雜管網(wǎng)計算方法，并進行優(yōu)化設(shè)計。計算注意事項數(shù)據(jù)精度計算中使用的參數(shù)，如管徑、流量、水頭損失等，應(yīng)盡量準(zhǔn)確，避免因數(shù)據(jù)精度問題導(dǎo)致計算結(jié)果偏差。邊界條件計算時應(yīng)明確管網(wǎng)的邊界條件，包括水源、用戶點、水壓等，確保邊界條件的準(zhǔn)確性，才能得到可靠的計算結(jié)果。模型簡化實際管網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在進行計算時，往往需要進行簡化處理，但應(yīng)確保模型簡化后的結(jié)果與實際情況相符。管徑選擇1流量需求根據(jù)管網(wǎng)的流量需求，選擇合適的管徑，確保水流速度符合設(shè)計要求。2水頭損失管徑過小會導(dǎo)致水頭損失過大，影響供水效率；管徑過大則會造成投資成本增加。3經(jīng)濟性綜合考慮管徑對水頭損失、投資成本和運行成本的影響，選擇最經(jīng)濟合理的管徑。水力坡度選擇合理坡度水力坡度過大，會導(dǎo)致管道流速過高，造成水力損失增加，管道運行成本上升。水力坡度過小，會導(dǎo)致管道流速過低，造成管內(nèi)沉積物積累，影響管道輸送效率。計算方法水力坡度一般采用經(jīng)驗公式進行計算，需要考慮管道長度、管徑、流量、水頭損失等因素。參考標(biāo)準(zhǔn)水力坡度應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，保證管道運行安全和效率。5.4泵選型流量需求揚程要求能耗指標(biāo)6.1管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計流量分配優(yōu)化優(yōu)化水流分配，提高供水效率，減少水資源浪費。管徑選擇優(yōu)化根據(jù)實際需求，合理選擇管徑，降低管道建設(shè)成本和運行成本。水力損失控制通過優(yōu)化管網(wǎng)布局，降低水力損失，提高供水壓力，確保供水質(zhì)量。6.2管網(wǎng)改造設(shè)計評估現(xiàn)狀首先要對現(xiàn)有管網(wǎng)進行全面評估，包括管材、管徑、水壓、流量、泄漏等方面，并分析現(xiàn)有管網(wǎng)的運行狀況和存在的問題。制定方案根據(jù)評估結(jié)果，制定管網(wǎng)改造方案，包括改造范圍、改造內(nèi)容、改造材料、改造工期等。實施改造按照改造方案實施管網(wǎng)改造工程，并對改造后的管網(wǎng)進行調(diào)試和驗收。維護管理建立管網(wǎng)改造后的維護管理制度，定期進行巡查、檢修和保養(yǎng)，確保管網(wǎng)的正常運行。管網(wǎng)調(diào)試1壓力測試檢查管道系統(tǒng)承受壓力能力。2流量測試驗證管道流量滿足設(shè)計要求。3水質(zhì)檢測確保水質(zhì)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。6.4管網(wǎng)維護定期檢查定期檢查管道系統(tǒng)，包括管道、閥門、水泵等，確保其運行正常。清洗維護對管道進行清洗，去除管道內(nèi)部的沉積物，保證水質(zhì)安全。維修保養(yǎng)及時維修損壞的管道，更換老化部件，延長管道使用壽命。計算軟件應(yīng)用Epanet開源軟件，適用于各種規(guī)模的管網(wǎng)水力計算。WaterCAD商業(yè)軟件，提供更豐富的功能，如管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計和管網(wǎng)改造設(shè)計。其他軟件例如：BentleyWaterGEMS、HaestadCivil。不同的軟件針對不同的應(yīng)用場景。案例分析1實例1城市供水系統(tǒng)2實例2工業(yè)用水系統(tǒng)3實例3灌