環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算與水力工況分析

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1、第8章環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算與水力工況分析支配流體輸配管網(wǎng)的基本規(guī)律：（1）質(zhì)量平衡。節(jié)點(diǎn)處流量平衡。（2）能量平衡。環(huán)路中動(dòng)力與阻力平衡。水力計(jì)算（管網(wǎng)設(shè)計(jì)）時(shí)，已知用戶的流量需求和管網(wǎng)布置，要求通過(guò)合理選擇管徑、動(dòng)力，使管網(wǎng)在設(shè)計(jì)流量下滿足這兩個(gè)基本規(guī)律。水力工況分析時(shí)：利用這兩個(gè)基本規(guī)律，在已知管網(wǎng)布置、管徑、動(dòng)力設(shè)備性能的條件下，求各管段、各用戶的流量、阻力、管網(wǎng)的壓力分布等，核心任務(wù)是求解流量分布。圖8-1-1低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)沿線流量為0.4m3/h?戶低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)的節(jié)點(diǎn)流量圖8-1-4以分支阻抗為權(quán)的有向賦權(quán)圖圖8-1-5生成樹(shù)圖8-1-6基本回

2、路與基本回路矩陣圖8-1-6獨(dú)立回路與獨(dú)立回路矩陣獨(dú)立回路選取方法關(guān)聯(lián)矩陣和回路矩陣的關(guān)系8.2恒定流管網(wǎng)特性方程組及其求解方法8.2.1節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組參考節(jié)點(diǎn)：9樹(shù)枝流量和余枝流量之間的關(guān)系如圖所示管網(wǎng)，余枝為1、2、3，樹(shù)枝為4、5、6、7、8、9、10。余枝流量為：Q1=60Q2=30Q3=20求樹(shù)枝管段的流量。8.2.2回路壓力平衡方程組8.2.3分支阻力定律一般取n=2。8.2.4泵或風(fēng)機(jī)性能曲線的代數(shù)方程8.2.5求解恒定流管網(wǎng)特性方程組的回路方程法當(dāng)N-J+1>0時(shí)，獨(dú)立回路壓力平衡方程組為非線性方程組，有N

3、-J+1個(gè)方程。節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組為線性方程組，有J-1個(gè)方程。共有N個(gè)方程，待求未知數(shù)為N個(gè)管段（分支）的流量。由于回路壓力平衡方程組是非線性的，當(dāng)獨(dú)立回路數(shù)大于1時(shí)，無(wú)法直接得到解析解，需要采用數(shù)值求解方法進(jìn)行計(jì)算。目前，求解管網(wǎng)方程組的方法很多，有節(jié)點(diǎn)方程法、回路方程法等。我們介紹回路方程法。回路方程法從回路壓力平衡方程組出發(fā)，推導(dǎo)出求解余枝流量修正值，逐步迭代計(jì)算，直到得到滿足精度要求的數(shù)值解，計(jì)算原理清晰，便于計(jì)算機(jī)編程求解。樹(shù)枝流量可以用余枝流量代換：獨(dú)立回路壓力平衡方程組寫(xiě)成：N-J+1個(gè)余支流量未知數(shù)，N-J+1個(gè)方程?；芈贩匠谭ǖ幕?/p>

4、本步驟Step1:假定余枝流量；Step2:代入獨(dú)立回路壓力平衡方程組，計(jì)算獨(dú)立回路壓力閉合差，檢查閉合差是否符合計(jì)算精度要求。符合精度要求轉(zhuǎn)step4，不符合則直接進(jìn)入step3；Step3:產(chǎn)生余枝流量修正量，進(jìn)行修正，得到修正后的余枝流量，轉(zhuǎn)step2；Step4:得到滿足獨(dú)立回路壓力平衡方程組的余枝流量，代入節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組或利用樹(shù)枝流量和余枝流量的關(guān)系求出樹(shù)枝流量。牛頓迭代法中余枝流量修正值的計(jì)算方法[例8-3]某流體輸配管網(wǎng)如圖所示，分支數(shù)N=7，節(jié)點(diǎn)數(shù)J=6，獨(dú)立回路數(shù)M=N-J+1=2，求牛頓方程組的系數(shù)矩陣。以節(jié)點(diǎn)6為參考節(jié)點(diǎn)，列

5、出節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組以分支1、2為余枝，可將樹(shù)枝3、4、5、6、7的流量表示為：回路壓力平衡方程組：8.3環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算水力計(jì)算的任務(wù)：確定各個(gè)管段的管徑，計(jì)算流動(dòng)阻力，確定所需的動(dòng)力。已知條件：用戶的設(shè)計(jì)流量；管網(wǎng)的布置。環(huán)狀供熱管網(wǎng)水力計(jì)算示例下圖是某城市以區(qū)域供熱工程的供水管網(wǎng)布置圖。設(shè)計(jì)供水溫度為110℃，回水溫度70℃。該管網(wǎng)的干線連成環(huán)狀。圖中畫(huà)出的是供水管線。該集中供熱管網(wǎng)共有15個(gè)熱用戶，全部采用水/水換熱器與室內(nèi)采暖管網(wǎng)間接連接。所有用戶預(yù)留的資用壓頭是8mH2O。每個(gè)熱力站的熱水循環(huán)流量，示于圖中。1、繪制管網(wǎng)圖，計(jì)算節(jié)點(diǎn)流量

6、；統(tǒng)計(jì)各個(gè)管段的長(zhǎng)度、局部阻力形式及個(gè)數(shù)等基礎(chǔ)參數(shù)；2、環(huán)狀干線水力計(jì)算。（1）繪制環(huán)狀干線圖。不能直接根據(jù)節(jié)點(diǎn)流量和節(jié)點(diǎn)流量平衡規(guī)律推出管段設(shè)計(jì)流量的管段是環(huán)狀干線。（2）初定環(huán)狀干線的流向。（3）環(huán)狀干線流量初始分配指導(dǎo)管徑的選擇。管段流量的初始分配方案涉及管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，不同的流量分配方案，將影響管徑的選擇，從而影響管網(wǎng)的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用；當(dāng)某條管段出現(xiàn)事故時(shí)，其他管段的替代輸送能力也不相同，即管網(wǎng)的后備能力不同。流量的初始分配滿足節(jié)點(diǎn)流量平衡，并不滿足環(huán)路壓力平衡原理，管徑選擇還會(huì)影響各管段的實(shí)際流量分配。環(huán)狀干線流量初始分配次序環(huán)狀

7、干線流量初始分配：（1）確定流量初始分配的起始節(jié)點(diǎn)；（2）向同一節(jié)點(diǎn)輸送流量的各管段按距離反比分配流量。（4）初定管徑。根據(jù)各管段流量初始分配的結(jié)果，按照要求的設(shè)計(jì)參數(shù)，如經(jīng)濟(jì)流速、比摩阻等，初定各管段的管徑。對(duì)于室外供熱管網(wǎng)：（5）進(jìn)行管網(wǎng)平差計(jì)算。實(shí)質(zhì)：初始分配的各管段的流量，在初定的各種管徑的條件下，不滿足管網(wǎng)的回路壓力平衡方程組。需要在已知管網(wǎng)布置和各管段管徑的條件下，求解環(huán)狀干線各管段滿足節(jié)點(diǎn)流量平衡和回路壓力平衡方程組的各管段的流量。方法：求解恒定流管網(wǎng)特性方程組。利用計(jì)算機(jī)程序或軟件完成。獲得計(jì)算結(jié)果后，應(yīng)檢查管段的控制參數(shù)（如比摩阻）

8、是否滿足要求，如不滿足，可能需要調(diào)整管徑，再次進(jìn)行平差計(jì)算。（6）最后計(jì)算各管段的壓力損失，并計(jì)算環(huán)狀干線各