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1、1,本节内容,枝状网计算。 环状网计算,2,第二节 环状管网的水力计算,一、环状管网水力计算的基础 1. 环状网几何特性 P=J + L 1 其中：P管段数 J节点数 L环数 2. 连续性方程 对任意节点： 3. 能量守恒方程 对任一闭合环：,3,第二节 环状管网的水力计算,给水管网计算实质上是联立求解连续性方程（节点）、能量方程（环）和管段压降（管段）方程，基本原理是基于质量守恒和能量守恒。 连续性方程：对于任一节点来说，流向该节点的流量必须等于从该节点流出的流量，如管网有J个节点，则：,4,第二节 环状管网的水力计算,能量方程：管网每一环中各个管段的水头损失之和等于零。一般约定，对于水流顺
2、时针方向的管段，水头损失为正，逆时针方向的为负。由此，,5,第二节 环状管网的水力计算,压降方程：表示管段流量和水头损失的关系,6,第二节 环状管网的水力计算,二、 环状网求解方法 （1）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。 （2）应用连续性方程和压降方程解节点方程组，得出各节点的水压。 （3）应用连续性方程和能量方程解管段方程组，得出各管段的流量。,7,第二节 环状管网的水力计算,二、 环状网求解方法 1. 解环方程 管网流量分配后，各节点已满足连续性方程，可是由该流量求出的管段水头损失并不同时满足L个环的能量方程，为此，必须多次将各管段的流量反复调整
3、，直到满足能量方程，从而得出各管段的流量和水头损失。 初步分配流量能量方程 管段流量,8,第二节 环状管网的水力计算,二、 环状网求解方法 2. 解环方程 其中： qij 管段流量 qij (m) 管段初始及校正过程中的流量 sij管段摩阻 ql(m+1) 对应于编号为l的环的校正流量,9,第二节 环状管网的水力计算,三、环状网计算（管网平差） 平差步骤（哈代克罗斯）： 根据供水情况，拟定管网各管段水流方向； 初步分配管段流量 计算各管段的摩阻系数和水头损失 假定各环内水头损失顺时针方向为正，逆时针为负，计算各环水头损失之和，差值为第一次闭合差 如闭合差0，说明顺时针方向各管段初步流量分配多了
4、，逆时针方向分配的少了，则减少顺时针方向的流量，增加逆时针方向的流量分配 计算每环内各管段的Abs( ) 及其总和 计算各环的校正流量。,10,第二节 环状管网的水力计算,7、设校正流量符合顺时针方向为正，逆时针方向为负，凡是流向和校正流量方向相同的管段，加上校正流量，否则减去校正流量，据此调整各管段流量，得第一次校正的管段流量. 8. 按此流量进行计算，如闭合差尚未达到允许的精度，从第二步起按每次调整后的流量反复计算，直到每环的闭合差达到要求为止。手工计算，每环的闭合差要求小于0.5m，大环的小于1m。,11,第二节 环状管网的水力计算,h h h 2. 简化法 相邻环闭合差同号，对大环进行
5、平差 相邻两环闭合差异号，对闭合差数值大的环进行平差,12,13,14,第二节 环状管网的水力计算,2. 解节点方程 该方法假定每一节点水压的条件下，应用连续性方程和管段压降方程，通过计算调整，求出每一节点的水压。节点的水压已知后，即可从任一管段两端节点的水压差得出该管段的水头损失。进一步从流量和水头损失之间的关系算出管段流量。,15,第二节 环状管网的水力计算,2. 解节点方程 假定节点压力（满足能量方程） 连续性方程和管段压降方程 节点压力已知 管段压差已知 管段水头损失已知 流量与水头损失的关系 管段流量是否满足连续性方程？水压校正,16,第二节 环状管网的水力计算,2. 解节点方程步骤
6、 （哈代-克罗斯迭代法） 根据泵站和控制点的水压标高，假定各节点的初始水压，所假定的水压越符合实际情况，则计算时收敛越快。 由 求得管段流量； 假定流向节点的流量和水头损失为负，离开节点的流量和水头损失为正，验算每一节点的管段流量是否满足连续性方程，如不为零，求出校正水压； 除了水压已定的节点外，用校正水压修正节点水压，重复上述步骤，直到所有节点的进出流量代数和达到预定的精度为止。,17,第二节 环状管网的水力计算,二、 环状网求解方法 3. 解管段方程 其中： qi节点流量 qij管段流量 sij管段摩阻 应用连续性方程和能量方程，求得各管段流量和水头损失，再根据已知节点水压求出其余各节点水
7、压。,18,第二节 环状管网的水力计算,管段方程法：对于大管网，较难计算 节点方程法：适用于计算机求解，迭代，用于大管网。 环方程法：适用于方程求解，小管网。,19,第二节 环状管网的水力计算,三、环状网计算（管网平差） 3. 多水源管网计算 （1）虚环 将水源与虚节点连接，形成虚管段，最终组成虚环，把多水源转化为单一水源。虚环数等于水源数减一。虚管段无阻力。 （2）对置水塔最高用水时 虚节点流量平衡：Qp+Qt=Q 虚环能量守恒： Hp-hp+ ht-Ht=0 式中：Qp泵站供水量（可看作从虚节点流向泵站的水量）； Qt 水塔供水量（可看作从虚节点流向水塔的水量） Hp 最高用水时泵站水压；
8、 hp 从泵站到供水分界线上控制点的任一管线的总阻力； ht 从水塔到供水分界线上控制点的任一管线的总阻力； Ht 水塔的水位标高；,20,第二节 环状管网的水力计算,三、环状网计算（管网平差） 3. 多水源管网计算 （1）虚环 将水源与虚节点连接，形成虚管段，最终组成虚环，把多水源转化为单一水源。虚环数等于水源数减一。虚管段无阻力。 （2）对置水塔最高用水时 虚节点流量平衡：Qp+Qt=Q 虚环能量守恒： Hp-hp+ ht-Ht=0 式中：Qp泵站供水量（可看作从虚节点流向泵站的水量）； Qt 水塔供水量（可看作从虚节点流向水塔的水量） Hp 最高用水时泵站水压； hp 从泵站到供水分界线
9、上控制点的任一管线的总阻力； ht 从水塔到供水分界线上控制点的任一管线的总阻力； Ht 水塔的水位标高；,21,第二节 环状管网的水力计算,三、环状网计算（管网平差） 3. 多水源管网计算 （3）对置水塔最大转输时 虚节点流量平衡：Qp-Qt=Q 虚环能量守恒： Hp-hp-Ht=0 式中：Qp最大转输时泵站供水量； Qt最大转输时进入水塔的流量（最大转输流量）； Hp最大转输时泵站水压； hp 最大转输时从泵站到水塔的总阻力； Ht 最大转输时水塔的水位标高 （4）多水源管网水力计算应满足的条件 1）节点满足连续性方程； 2）闭合环满足能量守恒方程； 3）各水源供水至供水分界线处水压相同。
10、,22,第二节 环状管网的水力计算,三、环状网计算（管网平差） 4. 水泵特性方程 式中：Hp 水泵扬程； Hb 水泵流量为零时的扬程； S 水泵摩阻,23,第二节 环状管网的水力计算,三、环状网计算（管网平差） 5. 管网的核算条件 （1）消防时的流量和水压要求 以最高时用水量确定的管径为基础，然后按最高用水时另增加消防时的流量进行流量分配，求出消防时的管段流量和水头损失； （2）最大转输时的流量和水压要求 设置水塔的管网，在最高用水时，由泵站和水塔同时向管网供水，但在一天内抽水量大于用水量的一段时间里，多余的水经过管网送入水塔储存，这种管网还需用最大转输时流量来核算。 最大转输时节点流量=最大转输时用水量*最高用水时该节点流量 / 最高用水量 （3）最不利管段发生故障时的事故用水量和水压要求 管网损坏时，允许在检修时段内供水量减少，事故时的流量按照设计水量的70%计算。,24,课后作业,教材给水工程严煦世主编，55页，将节点1和节点9的节点水量互换，可选管径为DN150,200,250,300，水力坡度采用舍维列夫公式，重新进行水力平差计算，每环闭合差要求小于0.5m，大环闭合差小于1.0m。,