枝状管网水力工况分析与调
供水管网水力分析与优化
供水管网水力分析与优化随着城市化的不断发展，供水管网的建设也得到了更多的关注。
供水管网是城市基础设施中至关重要的一部分，它直接关系着居民的生活用水和工业用水。
然而，供水管网的管理往往被忽视，导致管网老化，浪费水资源，影响供水质量等问题。
本文将探讨供水管网水力分析与优化。
供水管网水力分析是对管网进行建模、仿真和水力计算的过程，其目的在于提高管网的运行效率，减少水资源浪费和损失。
水力分析需要用到流体力学、土木工程、计算机科学等多个领域的知识。
首先，供水管网建模是供水管网水力分析的基础。
建模的过程涉及到管网的拓扑结构、管径、管段长度、节点模型等。
对于复杂的管网，建模是一个耗时耗力的过程。
为了提高建模效率，可以采用建模软件。
例如，WaterGEMS可以方便地进行管网建模和水力分析，并能够优化管网的运行效率。
其次，对于建好的供水管网模型，需要进行仿真和水力计算，建立比较完整的模型。
仿真可以进行管网的稳态、暂态仿真，实现对供水管网的模拟和预测。
水力计算是对管网的水压、流速、流量等参数进行计算，以便对管网进行优化和改进。
仿真和水力计算是核心步骤，需要实现准确的计算和分析，涉及到计算机科学和流体力学的知识。
最后，针对水力分析的结果，进行供水管网优化。
供水管网的优化包括管径优化、水泵选型优化、调节水塔运行模式等。
优化的过程需要在考虑管网运行效率的同时，兼顾经济和环保因素。
值得一提的是，供水管网水力分析和优化不仅是管网建设和运营管理的重要工作，还可以为实现智慧城市提供基础支撑。
智慧城市需要基于实时、准确的数据来进行管网的优化和管理，而供水管网水力分析就提供了这样的数据支持。
综上所述，供水管网水力分析和优化是管网管理和智慧城市建设的基础工作，需要涉及到多个领域的知识和技术。
通过建立管网模型，进行仿真和水力计算，最终实现管网的优化和改进，可以提高管网的运行效率，减少水资源浪费和损失。
我们需要重视供水管网的管理和优化，为城市的可持续发展贡献自己的力量。
管网系统水力工况分析
水管动水
力>系统的充水高度.
压线？
选定供水管动水压线的位置：
任一点都不出现气化
什么是供 水管动水 压线？
限制供水管动水压线的最低位置: 资用压头满足循环压头
返回
水压图的绘制及水压分析的方法 ■ 例题分析
• 用户系统1: 低温系统、楼高17m
• 用户系统2: 低温系统、楼高30m
• 用户系统3: 高温系统、楼高17m
FR段供水干管的压力 低于大气压力，就会 吸入空气或发生水的 汽化，影响系统的正 常运行
机械循环热水供暖系统中，应将膨胀 水箱的膨胀管连接在循环水泵吸入侧 的回水感管上；
自然循环热水采暖系统中，循环作用 压头小，水平供水干管的压力损失只 占一部分，膨胀水箱连接在供水干管 上。
二.管网的压力分布图
为避免发生气蚀现象，应该使泵内液体的最低压
强Pmin>液体在该温度时的气化压强PV ，
即
Pmin>PV ， Pmin=Pk .
■ 气蚀余量计算式：
P1
2 1
2g
PV
P
P
[h] hmin 0.3 0.3
返回
第二节 管网系统压力分布
2.液体吸入式管网的压力分布特性
综述：
■ 液体吸入式管路的压力分布要求对泵吸入口能够形
C02 12
2g Hv
W02
2g
K点压力 下降值
返回
第二节 管网系统压力分布
2.液体吸入式管网的压力分布特性
■ 气穴和气蚀的产生 ■ 泵中最低压力Pk如果降低到被吸液体工作温度下的饱和
蒸汽压力Pva时,泵壳内即发生气穴和气蚀现象.
■ 什么是气穴？
• Pk≤Pva时,液体就大量汽化,气体逸出,形成汽泡；
第7章-枝状管网水力工况分析与调节
自由液面与泵的进口安装真空表处1-1断面的能量方程：
Pa
P1
HSS
v12 2g
hS
吸水管路（自由液面—泵内压力最低点）的能量关系：
Pa
PK
(HSS
v12 2g
hs )
C02 v12 2g
w02 2g
Pa
(HSS
v12 2g
hs )
4 调节阀口径选择 VN型直通双座调节阀的参数表
5 开度和可调比验算
开度验算公式： P 阀门全开时它的作用压 差，Pa;
理想特性为直线：
g / cm3
K 1.03
SV
C 2P /
105 Qi2
SV
1
0.03 100%
理想特性为等百分比：
PK
C02 v12 2g
w02 2g
7.1.4 水压图在液体管网设计中的重要作 用
——以室外供热管网为例 1.热水网路压力状况的基本技术要求 （1）不超压。 （2）不汽化，并有3~5mH2O。 （3）不倒空，高于用户系统的充水高度。 （4）不吸气，比大气压高5mH2O。 （5）供回水管的资用压差满足要求。
Pr Sy
Pw Py Sy
y Qg Qmax
Py Pw Py
1 1 Pw
Py
提高水力稳定性的方法： • 1 适当增大网路干管的管径（选用较小的比摩阻） • 2 选用阻抗较大的用户末端设置，采用水喷射器，调压板，
高阻力小管径阀门等 • 3 初调节和运行调节时，将网路上的阀门全部打开 • 4 在用户引入口安装自动调节装置（如流量调节器） ，
第7章枝状管网水力工况分析与调整
第7章枝状管网水力工况分析与调整7-1 应用并联管段阻抗计算式时，应满足什么条件？答：需要满足的条件是：并联管段所组成的闭合环路（或添加虚拟管段）的重力作用为零。
7-2 什么是液体管网的水压图？简述绘制水压图的基本步骤。
答:在液体管网中，将各节点的测压管水头高度顺次连接起来形成的线，称为水压曲线；水压曲线与管路中心线、水平距离坐标轴以及表示水压高度的纵轴组成的图形称为水压图。
7-3 什么是管网的静水压线？确定室外集中供热热水管网静水压线要考虑哪些主要因素？7-4 在气体管网的压力分布图中，吸入段和压出段各有什么显著特征？7-5 什么是调节阀的工作流量特性？在串联管道中，怎样才能使调节阀的工作流量特性接近理性流量特性？答：所谓调节阀的工作流量特性是指调节阀在前后压差随流量变化的工作条件下，调节阀的相对开度与相对流量之间的关系。
在有串联管路的场合，增大阀权度可使工作流量特性更为接近理性流量特性。
7-10 什么是水力失调？怎样克服水力失调？答：管网中的管段实际流量与设计流量不一致，称为水力失调。
水力失调的原因主要是：(1)管网中流体流动的动力源提供的能量与设计不符。
例如：风机、泵的型号、规格的变化及其性能参数的差异，动力电源电压的波动，流体自由液面差的变化等。
(2)管网的流动阻力特性发生变化，即管网阻抗变化。
如管材实际粗糙度、存留于管道中杂质，管段长度、弯头、三通及阀门开度改变等局部阻力的增减等，均会导致管网实际阻抗与设计计算值偏离。
7-12 习题图7-1是一个机械送风管网。
水力计算结果见下表：（1）求该管网的特性曲线；（2）为该管网选择风机；（3）求风机的工况点，并绘制管网在风机工作时的压力分布图；（4）求当送风口5关闭时风机的工况点并绘制此时管网的压力分布图；（5）送风口5关闭后，送风口6的实际风量是多少？要使其得到设计风量，该如何调节？习题图7-1解：（1）根据计算出各管段的阻抗，见习题7-12表1。
推荐：建筑给排水知识：枝状管网水力计算
建筑给排水知识：枝状管网水力计算枝状管中的计算比较简单，因为水从供水起点到任一节点的水流路线只有一个，每一管段也只有唯一确定的计算流量。
因此，在枝状管计算中，应首先计算对供水经济性影响最大的干管，即管起点到控制点的管线，然后再计算支管。
当管起点水压未知时，应先计算干管，按经济流速和流量选定管径，并求得水头损失；再计算支管，此时支管起点及终点水压均为已知，支管计算应按充分利用起端的现有水压条件选定管径，经济流速不起主导作用，但需考虑技术上对流速的要求，若支管负担消防任务，其管径还应满足消防要求。
当管起点水压已知时，仍先计算干管，再计算支管，但注意此时干管和支管的计算方法均与管起点水压未知时的支管相同。
枝状管水力计算步骤：（1）按城镇管布置图，绘制计算草图，对节点和管段顺序编号，并标明管段长度和节点地形标高。
（2）按最高日最高时用水量计算节点流量，并在节点旁引出箭头，注明节点流量。
大用户的集中流量也标注在相应节点上。
（3）在管计算草图上，从距二级泵站最远的管末梢的节点开始，按照任一管段中的流量等于其下游所有节点流量之和的关系，逐个向二级泵站推算每个管段的流量。
（4）确定管的最不利点（控制点），选定泵房到控制点的管线为干线。
有时控制点不明显，可初选几个点作为管的控制点。
（5）根据管段流量和经济流速求出干线上各管段的管径和水头损失。
（6）按控制点要求的最小服务水头和从水泵到控制点管线的总水头损失，求出水塔高度和水泵扬程。
（若初选了几个点作为控制点，则使二级泵站所需扬程最大的管路为干线，相应的点为控制点）。
（7）支管管径参照支管的水力坡度选定，即按充分利用起点水压的条件来确定。
（8）根据管各节点的压力和地形标高，绘制等水压线和自由水压线图。
结语：借用拿破仑的一句名言：播下一个行动，你将收获一种习惯；播下一种习惯，你将收获一种性格；播下一种性格，你将收获一种命运。
事实表明，习惯左右了成败，习惯改变人的一生。
流体输配管网_枝状管网水力工况分析与调节共52页
流体输配管网_枝状管网水 力工况分析与调节
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
管网水力计算树状管网计算
• • • •
树状网计算例题
干管各管段的水力计算
干管各管段管径D和流速v的确定
4q 确定流速v， 2 D 查表5 — 1，看v是否在经济流速范围内 ，如果是，则所选定的 D、v合理； 首先根据流量并参照标 准管径选定一个管径 D，然后由v 如果否，则重新选定 D，在看一下新计算所得 的v是否符合表5 — 1 内的经济流速， 直至符合为止。这里我 们可以看出，对一每一 个管段，可能不止一个 D、v组合满足 表5 — 1中队经济流速的要求。 如管段1 — 4，表6 — 3中所选管径为 300mm ，如我们选择管径 D 350mm ，则此时 4 0.03063 v 0.63, v 0.63m/ s也符合表5 — 1对经济流速的要求。 2 3.14 0.35
•水泵扬程
H p Z t H 吸 H t H 0 h c h s 5 4.70 23.53 3.00 3.00 29.83m H p — —水泵扬程；
Z t — —水塔地面标高； H 吸 — —泵站吸水井最低水位 标高，采用 4.70m； H t — —水塔水柜底高于地面 的高度； H 0 — —水塔水深，采用 3.00m； h c、h s — —水泵吸水管、泵站到 水塔输水管水头损失， h c h s 3.00m。
流网第7.1管网系统压力分布
v22 2g
H12
H12
(Z1
P1
g
v12 ) 2g
(Z2
P2
g
v22 2g
)
H12
(Z1
P1
g
)
(Z2
P2
g
)
等直径管
6
2V 1
2g
等管径的一般管流能量分布示意图（四条线）
2V 2
2g
H1-2
A
总水头线
C
B
测压管水头线
D 2 Z2
1
pρ1g
pρ2g
1
H P2
P
H
Z2
Z1
Z1 O
O
7
7.1.1管流能量方程及压头表达式
动水压线在静水压线以下， 若JB高差足以克服损失也
不会出现汽化
E'
水箱
j
D' C'
膨胀水箱连接在热水 供暖系统的供水干管
上的水压图
静水压曲线
j
1
C
自然循环为何 可以这样连接？
F B B'
A'
O'
动水压曲线
用热设备
锅炉 水泵
0
D 3
E
2 O
HP线位于Z线 之下，有什么
现象发生？
A
19
0'
E'
水箱
和作用？P226
22
常用定压方式P237
1.高位水箱定压方式 2.补给水泵定压方式 a.补给水泵连续补水定压方式 b.补给水泵间歇补水定压方式 c.旁通管定压点补水定压方式 d.变频调速泵补水定压 3.气体定压 4 .蒸汽定压
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2.液体吸入式管网的压力分布特性
自由液面与泵的进口安装真空表处1-1断面的能量方程：
Pa
v1 H SS hS 2g
P 1
2
吸水管路（自由液面—泵内压力最低点）的能量关系：
Pa
PK
( H SS
2
C0 v1 w0 v1 hs ) 2g 2g 2g
用户3：回水加压连接。
7.1.5 管网系统的定压
• 选定的静水压线位置靠系统所采用的定压 方式来保证。也可以说，定压方式决定了 管网系统的静水压线，对系统的压力工况 有决定性的影响。
常用定压方式：
• 1.高位水箱定压方式 ：
经常用在给水、消防、热水管网系统中。经济，但放在高位置。
• 2.补给水泵定压方式 a.补给水泵连续补水定压方式
q 1.0
0
1.0
L
0
1.0
L
蒸汽－空气加热器静特性
热水－空气加热器静特性
调节阀流量特性与热交换器静特性的综合
2 阀权度的确定
调节阀的选择：
1. 考虑减少整个系统压力损失，节省运行能耗
2.保证调节阀良好的工作特性，即调节能力 3.一般在设计中选择SV=0.3~0.6是合适的
用在系统规模大、漏水量大、较高供水温度供热系统中。可以放在设备 间。安装灵活。
b.补给水泵间歇补水定压方式
用在系统规模不大、漏水量不大、供水温度不高供热系统中。可以放在 设备间。
• 3.气体压力罐定压
用在小型系统中，缺点是系统压力有波动，不稳定，但 安装灵活，不 受位置限制。
补给水泵连续补水定压方式示意图
关键：静水压线的确定。
绘制热网水压图
• 作位置图，定基准面，标注房屋标高等。 • 定静水压线。 • 绘制回水管动水压线。 • 绘制供水管动水压线。 • 确定循环水泵的扬程。 • 确定用户的连接方式。 注意：不能把“动水压线”说成“动压线”。
用户1：喷射泵直接连接。
• 用户2：间接连接。用户采暖系统与室外 管网水力无关。
2 2
2
2
2
2
Pa
( H SS
w0 v1 PK C0 v1 hs ) 2g 2g 2g
2
7.1.4 水压图在液体管网设计中的重要作用
——以室外供热管网为例 1.热水网路压力状况的基本技术要求 （1）不超压。 （2）不汽化，并有3~5mH2O。 （3）不倒空，高于用户系统的充水高度。 （4）不吸气，比大气压高5mH2O。 （5）供回水管的资用压差满足要求。
2
g ( a )(Z 2 Z1 ) Pj 2
v2
2
2
P 1 2
• 忽略位压时：
Pj1
v
2 1
2
Pj 2
v2
2
2
P 1 2
动静压转换原理：
7.1.2 管网压力分布图
1.液体管网压力分布图----水压图
在液体管路中，将各点的测压管水头高度顺次连接起 来形成的线，称为水压曲线，它可直观地表达管路中 静压的分布状况，也称其为水压图。
管网的水力工况即指管网的流量和压力分布状况。 两者互相影响
在管网运行时，对流量分配有定量的要求，还要求 流体的压力在合适的范围内。 本章讲述枝状管网水力工况分析的原理和调节方法。
7.1 管网系统压力分布
7.1.1管流能量方程及压头表达式 1.液体管流能量方程及压头表达式
H1 2
P v P v (Z1 1 1 ) (Z 2 2 2 ) g 2 g g 2 g
2. 气体管网压力分布图
7.1.3 吸入式管网的压力分布特性分析
1.气体吸入式管网的压力分布特性
• (1)风机吸入段的全压和静压均为负值，在 风机入口负压最大。 • (2)在吸入管段中静压绝对值为全压绝对值 与动压值之和。 • (3)风机提供的全压等于风机进出口的全压 差，也等于整个管网的压力损失（包括出 口压力损失）。
图7－2－9 有并联管道时调节阀的 工作特性(以Q/Qmax作参比值) （a） 直线流量特性； （b）等百分比流量特性
7.3 调节阀的选择 1 调节系统的特性
θf θg θs θ2 y Kt Kz Kv L Kb q Kf θr
调节器
执行器
调节阀
θr
热交换器
房间
Kc
传感器
室温自动控制系统原理图
q 1.0
补给水泵间歇补水定压方式示意图
7.2 调节阀的节流原理与流量特性
7.2.1 节流原理 局部阻力系数可以改变
7.2.2 调节阀的理想流量特性
（1）直线流量特性
（2）等百分比（对数）流量特性 （3）快开流量特性 （4）抛物线流量特性
相对流量
图 7-3-2 阀芯形状
相对开度
( 直线特性阀芯； （2）等百分比特性阀芯（3）快开特性阀芯
P P2 1 ( Z1 ) (Z 2 ) g g
2
2
H12
等管径的一般管流能量分布示意图
A
V1 2g
2
总水头线 C 测压管水头线 B D
2 1
V2 2g
2
H P2 p1 ρg
Z2
O
Z1
Z1
Z2
O
H P1
p2 ρg
H 1-2
2.气体管流能量方程及压力表达式
Pj1
v1
2
作用：
（1）确定管道中任何一点的静压值。 （2）表示出各管段的压力损失值。 （3）确定管段的单位管长平均压降的大小。
室 内 热 水 供 暖 管 网 的 水 压 图
室 内 热 水 供 暖 管 网 的 水 压 图
E' 水箱 j 1 C D' C' 静水压曲线 F B B' A' O' 动水压曲线 锅炉 D 3 水泵 E 2 0 O A 0' 用热设备 j
7.2.3 调节阀的工作流量特性
p
p
p 1m
p
1
p C gu
2
p1 p p p
2 2m
Q max
Q
图7－2－6 串联管道时调节阀的工作特性(以Q/Qmax作参比值) （a）直线流量特性 ；（ b）等百分比流量特性
图7－2－7 串联管道时调节阀的工作特性(以Q/Q100作参比值) （a）直线流量特性；（b）等百分比流量特性
100 80
(1)
(3)
相对流量 QQ max(%)
60 (2) (1') 20 (3') (2') (1") (3") (2") 80 100
20
3.3 0
40 60 20 l (%) 相对开度 lmax
图7-2-3 三通调节阀的理想流量特性曲线 （R=30，阀芯开口方向相反） （1）直线；（2）等百分比；（3）抛物线