给水工程第五章.docx
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给水工程第五章
第五章管段流量、管径和水头损失
一、管网简化的原则
1宏观等效原则：
对某些局部进行简化以后，要保持各元素之间的尖系不变，即针对于计算目标而言，简化前后是等效的。
2小误差原则：
将误差控制在允许的范围内，必须满足特定的要求。
管网简化分为管线简化和附属设施简化。
二、管网简化的方法
1删除次要管线；
2当管线交叉点很近时，可合并为同一交叉点；
3将全开的阀门去掉，将管线从全闭阀门处切断；
4完全并联的管线，在不影响计算结果的情况下可以简化为单线，但应该符合水力等效原则；
5当一个供水区域仅由少数几条管线供水和其他管网相连时，可以将连接的管线断开，将一个管网分解为几个独立的管网，对几个管网分别单独计算；
6对于混合型管网，将枝装部分省略，将其流量加入上游节点是上，转化为环状管网，按照上述原则计算。
三、水力等效原则经过简化后，等效的管网对象与原来的实际对象有相同的水力特性。
如两条并联管线简化成一条后，在相同的流量下，应具有相同的水头损失。
四、附属设施简化的方法1删除不影响全局水力特性的设施，如全开的阀门、排气阀、泄水阀、消火栓等。
2将同一处的多个相同设施合并，如同一处的多个水量调节设施（清水
池、水塔）合并，并联或串联工作的水泵或水泵站合并。
五、管网图形的抽象
1将实际工程问题转化为数学问题加以解决，必须建立数学模型，需要对管网图形元素进行抽象。
2管网图形经过抽象后，仅存在两种元素：
节点和管段。
六、环状管网的简化
1管线省略：
省略对水力条件影响小的管线。
后果：
对于设计新管网来说，造成管线直径变大。
2管线合并：
平行管线进行合并。
后果：
合并管线的直径越小，则计算水头损失的误差越小。
3管网分解：
两个管网由一条管线连接时，或者多根管线但流向确定的情况下。
后果：
如流量计量不准确，则误差较大。
意义：
将大管网分解为小型管网；对于城市边缘管网尤为适用。
4并联串联管段的简化
后果：
并联不会产生误差，但串联情况下由于流量与实际有偏差，会产生误差。
七、管网图形及简化
1在基本能反映实际用水情况的情况下，2对管网适当进行简化，略去一些次要的、水力条件影响较小的管线，
3可以使工作量减轻，4但过分简化的管网，计算结果将与实际用水情况差别较大。
八、节点定义及特性定义流量和流态发生变化的点.
节点特性一一1节点不能改变水的能量：
泵站、减压阀、阀门等不能置于节点上；2节点可以可以有流量的改变.
节点的具体形式：
1管线交叉点；2大用户接出点；3长距离管道的中间;4管径变化点;5水源或储水池.
九、节点一一属性
构造属性：
1节点高程；2节点位置。
拓扑属性：
1与节点尖联的管段及其方向；2与节点尖联的管段数。
水力属性：
1节点流量；2节点水头；3自由水头。
十、管段一一定义及特性定义一一管线的抽象形式。
节点特性一一1只能输送流量，而不能改变流量；2可以改变水的能量。
节点的具体形式：
泵站、减压阀、非全开阀门等应设于管段上。
实际管线中的沿线流量在管网抽象时转化为节点流量。
十一、管段属性
构造属性：
1管段长度；2直径；3粗糙系数。
拓扑属性：
1管段方向；2起端节点；3终端节点。
水力属性：
1管段流量；2管段流速；3管段摩阻；4管段压降。
十
二、管网计算流量一一沿线流量定义一一供给管段两侧用户所需流量。
目的一一计算沿线流量，折算成节点流量进行计算。
十三、沿线流量的简化
简化的必要性:
1管道沿线用户情况非常复杂，有机尖、居民、工厂、旅馆等
2按照实际情况来计算是不可能的
简化方法：
1假设用水量均匀分布在全部干管上
2比流量：
单位长度管线的流量，
刀1——不包括穿越无人地带的管线，只有一侧供水的管线，长度按一半计算。
比流量随用水量增减而变化，应分别计算。
3ql=qsx1
4缺点：
忽略了哪些因素？
沿线人数和用水量、管径大小
5新方法：
用总面积代替总长度，街区长边上的管段，供水面积为梯形，短边上的管段，供水面积为三角形。
6新方法局限：
计算复杂，一般不采用十四、节点流量问题的提出：
管段流
量逐渐变化，无法进行管径和水头损失计算。
简化原则：
水力等效原则。
结论：
任一节点的节点流量等于与该节点相连各管段的沿线流量总和
的一半。
大用户处的节点流量：
应加入该大用户的用水量。
十五、管段计算流量定
义：
管段计算流量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。
计算前提：
按照最大时进行流量分配。
十六、流量分配一一树装管网水源到各个节点只有一个流向；管段的流量等于该管段下游所有节点流量的总和；树状网流量分配比较简单，且每一管段具有唯一的流量值。
十七、流量分配——环状管网环状网的流量分配较为复杂，而且不具有唯一性。
分配原则：
流向任一节点的流量必须等于流离该节点的流量，以满足节点的流量平衡。
规定：
离开节点的管段流量为正，流向节点的为负。
环状网具有多种不同的流量分配方案。
不同的方案所得的管径也有不同，造成管网造价的差别。
环状网流量分配应兼顾经济性和安全性。
经济性：
管径确定后，在一定年限内管网建造费用和维护费用最小。
安全性：
能向用户不间断供水，并保证应有的水压、水量和水质。
十八、环状网流量分配的步骤：
1初步拟定管网的水流方向，选定管网的控制点
2泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线，干管之间尽可能均与分配流量。
3连接管分配较少的流量。
十九、多水源环状网流量分配1按照流量确定大致的供水范围和供水分界线。
2在各自供水区域内进行流量分配。
3分界线上节点流量，可能由几个水源同时供给。
二十、管径计算管径按照分配后的流量确定：
管径取决于流量和流速，流量已知，需选定流速：
流速小一一管径增大，投资增大；水头损失降低，泵站压力降低流速大管径减小，投资降低；水头损失增大，泵站压力增大。
经济流速一一在一定年限内（投资偿还期）管网造价和管理费用之和最小。
投资偿还期内的总费用：
1/\
Wt=C+Mt—W=C4-Mi+Jtcit—Cp、
W-+M—+■
t|年折算费用与管径和流速有矢。
计算数据应根据城市当地状况而定
二十一、平均经济流速和近似经济管径
年折算费用计算非常复杂，设计中可按平均经济流速来确定管径，得到近似经济管径；管径大的经济流速大，管径小的经济流速小。
二十二、流量和水头损失的尖系
q管段流量；d管径；k系数；s水管摩阻；n,m指数;管段长度.
2
令n=2,贝心心口二十三、管网中的水流状态管道当中每一横截面中流速是不同的，但为了计算，视管道当中的水
流为活塞流0
给水管网的水力状态分为3种情况：
1阻力平方区一一比阻与管径和内壁粗糙程度有矢，与雷诺数无尖。
如旧铸
铁管和旧钢管在流速大于1*2时，及未防腐的金属管。
2过渡区一一比阻与管径内壁粗糙度及雷诺数有尖。
如旧铸铁管和旧钢管在
流速小于1-2时，及石棉水泥管。
3水力光滑区一一比阻与管径和雷诺数有尖，与内壁粗糙度无尖。
如塑料管
和玻璃管。
二十四、水头损失计算常用公式
1舍维列夫公式
前提
公式
备注
当V》•2时
2
V
/-0.00107—百
D.
适用于旧铸铁管和
当wl・2时
2
i=0.000912
D
0.3
0.867・
1+1
\>VJ
旧钢管的计算
2巴甫洛夫斯基公式
公式
备注
—Ryn
适用于混凝土管、钢筋混凝土管和渠道的计算
3海曾-威廉公式
公式
备注
1.852
10.67qI
h—524.87
CD
管网计算中最为常用的水头计算公式
4科尔波洛克公式
公式
备注
1fk/D2.51
•j==•g+"
厶（3.71Re”丿
K绝对粗糙度；九一一阻力系数•
不同公式的选用范围为：
以柯尔勃洛克■怀特公式为基准，通过各种公式的比较，可得各种公式的选
用范围：
1巴甫洛夫斯基公式：
适用范围较宽，精度较高。
绝对粗糙度
k=ro~5-G
2曼宁公式适用于较粗糙的管网。
绝对粗糙度k=0-5~4
3海曾■威廉公式：
适用于较光滑的管道，绝对粗糙度k<0.25
4舍维列夫公式：
适用于旧金属管道，绝对粗糙度k=0-5~1・5
二十五、局部水头损失
水流通过弯管、渐缩管、三通、四通、阀门和其它附件的时候，会造
成局部水头损失当管段长度为直径的1000倍以上时，可不计水头损失。
2—般来说，管网中不计算水头损失：
hm=匚上一
2g
二十六、管网计算基本方程
1水力条件
环状网
备注
P=J+L-1
P管段数；J—节点数；L环数.管网计算中必须列出J+L-1个方程，才可以进行求解。
树状网
p=J-1
2连续性方程
管网计算必须遵循质量守恒和能量守恒，相对应的是连续性方程和能量方程。
（节点）连续性方程：
对于供水管网中的任一节点而言，一定时间内流入节点的流量等于流出节点的流量。
规定：
流出节点的流量为正，流进节点的流量为负。
区市〒
3能量方程
能量方程：
管网中每一个基环各管段的水头损失总和等于零。
规定：
水流顺时针方向为正，水流逆时针方向为负4压降方程
管段水头损失和两端节点水压的尖系：
5虚环方程
描述水源的流量和压力之间的尖系。
一一水泵特性曲线。
6管网计算基本方程的比较
节点方程一一J个；能量方程一一L个；压降方程一一P・L个；虚环方程一一S・1个.
管网中的总方程数目m=J+L+P・L+S・仁J+P+S-1
管网当中的未知量数目n=J+P+S
mQ-H特性曲线方程为已知量。
二十七、管网计算方法分类
1解环方程
2解节点方程
3解管段方程
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