管网系统水力工况分析
管网水力分析与优化设计
管网水力分析与优化设计随着城市化进程不断加速，城市的规模越来越庞大，城市水资源供应和排放变得越来越复杂。
为保证城市正常生活和企业生产，水利局和水务企业在管网建设和运行过程中需要进行管网水力分析和优化设计。
本文将会从两个角度分别探讨管网水力分析和优化设计的方法。
一、管网水力分析1.基本概念管网水力分析是指对供水或排水管网系统进行的流量、压力、速度等水力特性分析。
管网水力分析通常分为稳态分析和暂态分析两种。
2.稳态分析稳态分析是指在供水管网中，管道内的流量、速度都相对稳定而不会发生突发变化的状态下，对管网进行的水力分析。
稳态分析的主要目的是确定稳态下的各个水力参数，以满足保证用户需求的前提下，节约水资源的使用，减少管道维护成本等目的。
3.暂态分析暂态分析是指管网中管道内发生突发变化的瞬时状态下，对管网进行的水力分析。
暂态分析通常发生在供水管网水源开关、管道断裂、阀门关闭等突发情况下。
暂态分析的主要目的是确定突发变化后管网内各个点的水力特性，以保证水源或排放口的正常运行。
4.水力计算方法在进行管网水力分析的时候，可以采用数学模型计算水力特性。
比如说，可以采用节点分析法进行稳态计算，采用模拟物理法进行暂态计算。
采用数学模型计算水力特性，需要建立管网的模型，确定节点的数量、管段的长度、直径、介质粘度、摩擦系数等参数，以此进行计算分析。
二、管网优化设计1.基本概念管网优化设计是指在满足管网基本功能的前提下，通过改变管径、优化管网布局、提高水源供水压力等措施，使得管网在各种复杂条件下，保证供水管道流量足够、阻力最小，达到节约水资源、降低能耗、提高系统可靠性等目的的设计方法。
2.管径优化管径是指管道截面内的净面积。
管径优化是指通过调整管径大小，使得管网的每个节点流量均衡，达到最低阻力的线路流量平衡，从而达到优化管网的效果。
管径优化的目的是减少管道维修频次、管道能源利用效率更高，并且减少管道材料的使用等方面。
3.管网布局优化管网布局优化是指通过调整管道的布局，改进布局方案，使得管道的架设更加合理，符合实际使用条件，达到节约水资源，降低能耗，提高管道可靠性等目的的优化设计。
2017年7.4管网系统水力工况分析
3、水力失调对管网系统的不利影响
•水力失调，流量分配不满足要求； •水力失调→ 热力失调，不能满足使用要求； •可能导致事故 例如：流量过小；压力分布变化，可能超压等。 如锅炉循环系统中水冷壁管路流量分配不均，使部分管束水流 停滞有可能发生爆管事故。
4
▪4、管网的水力稳定性
•水力稳定性－管网中各个管段或用户，在其它管段或用户 的流量改变时，保持自身流量不变的能力。
6
7
8
图解法或计算法定泵在管网系统中的工作状态点
•根据串、并联管段阻抗计算方法，逐步算出整个管网的总阻 抗Szh 值，利用图解法或计算法，结合泵（风机）特性曲线 P=f(Q)确定工作点：
图解法
计算法
P Ps＋ t SzhQ2
P f Q
＝a＋bQ＋cQ2
P、Q
9
定量地算出管网正常水力工况改变后的流量再分配，计算步骤：
其分支线
SⅠ
SⅡ
SⅢ
SM
SN
V
A
B
C
1
S1
A
2
S2
B
3
S3
CБайду номын сангаас
m
Sm M
n Sn
N
14
计算各个用户的相对流量比
用户1占总流量的比例： Q1
Q1 Q
S1（ n 公式7 - 4 -10） S1
用户2占总流量的比例： Q 2
Q2 Q
S1n.S2（ n 公式7 - 4 -13） S 2 .SⅡn
Qm
Qm Q
SⅢ
SM
SN
V
A
B
C
1
S1
A
2
S2
B
城市燃气输配课件：燃气管网水力工况分析
800 1200 600 1350
1000 1500 750 1650
2000 3000 1500 3150
允许总压降
750 900 1650
2800 4200 2100 4350 2250
（3）低压燃气管道允许总压力降的分配
允许总压力降在低压干管、庭院、室内管之间的分配，应根据 经济技术比较以及长期的运行经验确定。一般来讲，街区低压 干管的压力降取0.5Pn左右，庭院管道取0.15Pn左右，剩下的 就是室内管道的允许压力降。
Qm Q
K1 K max
1
(3) 根据各月的xm值计算压力降
Pp P(xm )1.75
(4) 确定各月调压器的出口压力（该月最大小时用气量时燃 具前的压力为额定压力）
P1 Pn Pp
例 题：
已知一年中各月的月不均匀系数，Pn=1000Pa
月份 K1
月份
K1
1 1.26
7
0.67
2 1.26
第七章 燃气管网的水力工况
第一节 燃气管网计算压力降确定
一、低压管网计算压力降的确定 二、高、中压管网计算压力降的确定 三、庭院管道计算压力降的确定
一、低压管网计算压力降的确定
几点说明： 用户处的压力指燃具前的压力，是指在工作状态下，燃气到 达燃具前所具有的剩余压力。
用户与管网的连接方式：
用户直接与低压管网相连；燃具前的工作压力随着管 网内压力、流量而波动；
1
K1 1.26
⑶各月最大小时流量时的实际压力降
Pp
x1.75 m
P
750x1m.75
月 份
K1
xm
x1.75 m
ΔPp
月 份
K1
第5章-给水管网水力分析
图5.4 单定压节点树状管网水力分析
计 算 结 果
h
f
1
10.67q11.852l1 C D 1.852 4.87
i
10.67 (93.75/1000)1.852 600
1001.852 (400 /1000)4.87
1.37
泵站扬程按水力特性公式计算：
h p1
he1
s
qn
p1 1
42.6 311.1 (93.75/1000)1.852
5.2 单定压节点树状管网水力分析
特点： （1）不存在环方程； （2）管段流量qi不变化，管段水头损失 hi 不变化，节点
方程组系数矩阵元素值为常数，未知节点压力存在直接 解。 即直接求解线性化节点压力方程组。
Cij
sij
1 | qij n1
|
C2 C5 C2 0 C5 0 0
C2 C2 C3 C6 C3 0
式中，Gj(0,0,…,0)为给定节点水头初值下的节点流
量闭合差：
Q
(0) j
G j (0,0,,0)
(qi(0) ) Q j
j为定流节点
iS j
节点方程的牛顿-拉夫森解法（续2）
由上二式，可得
G(0)
H
(0)
Q
近似于似（5.29),
dqi
nsi
1 qi(0)
n1
dhi
ci(0) dhi
G(0)为一系数矩阵，
G
(
0)
Gk(0) H j
,k,
j均为定流节点
( iRk nsi
1 qi(0)
n1 )
ci(0)
5.4 解节点方程水力分析方法
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
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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
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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
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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；
管网水力工况实验报告
管网水力工况实验报告1. 实验目的本实验旨在通过实际操作和数据采集，研究管网水力工况下水流的压力、流速和流量等参数的变化规律，分析管网中的流动特性，为管网的设计和运行提供参考依据。
2. 实验器材和试验条件2.1 实验器材- 液压台架：包括水泵、水槽和管道连接等。
- 测量仪器：包括压力计、流量计等。
2.2 试验条件- 水泵的流量调节：在实验过程中，通过调节水泵的流量来模拟不同的管网流动条件。
- 流速的调节：可以通过改变水泵转速或调节流量控制阀来控制管网中的水流速度。
3. 实验步骤与数据记录3.1 实验步骤1. 连接液压台架，确保管道、水泵和流量计的连接正确无误。
2. 打开水泵，调节流量，使其满足要求，记录相应的流量值。
3. 在管道不同位置安装压力计，分别测量不同位置处的压力。
4. 打开流量计，记录流量计的读数。
5. 测量不同位置处的流速，记录数据。
6. 关闭水泵，结束实验。
3.2 数据记录下表为实验过程中记录的部分数据：流量（L/min）压力（kPa）流速（m/s）-30 105 0.540 110 0.650 115 0.74. 实验结果与分析4.1 压力与流量关系分析根据实验数据可以发现，在流量增加的情况下，管网中的压力也随之增加。
这是由于流速增大导致管道内水流动能力增强，进而产生更大的水压力。
压力与流量之间呈正相关关系。
4.2 流速与流量关系分析通过实验观察可以发现，随着流量的增加，流速也会相应增加。
这是因为增大的流量在管道中通过的断面积相对较大，因此单位时间内通过的水流量也会增加，从而导致流速增大。
4.3 压力与流速关系分析观察实验数据可以发现，管道中的压力与流速之间没有明显的相关性。
这是因为管道中的压力主要受到水泵的输出压力、管道长度和管道直径等因素的影响，与流速关系较小。
5. 结论通过本次实验的操作和数据采集，我们得出以下结论：1. 管网中的压力与流量呈正相关关系，流量增大则压力也会增加。
生产用水管网的水力状态分析及改进措施
１ 平 差概 况
如 果 预 留 空 Ｉ 小 ， 会 给 日常 的 运 行 管 理 、 阀 维 护 、 修 工 作 从 管 路 铺 设 与 安 装 、 司过 就 水 维 土壤 干 湿 探 头 布 点 等 方 面讲 述 太 阳 能 节 水
带来极 大的不方便 。一般井 壁距 离水 阀不小 于 ３ Ｔ 井底 距离 浇灌工程施 工质 量控 制 要点 及 其施 工 技术 ， ０ＣＩ ｌ， 以确 保 工程 施工 质 水 阀不小 于 ４ ｍ。 ０ｃ 量， 提高太 阳能节 水浇灌系 统灵 敏性 、 可靠性和稳 定性 ， 对广州 并
３ 工 程实 例
但采 用太阳能 自动喷灌系统后 ， 就水和人 工两项 开支每 年可节约 ［ ］ 欧 阳烈 ・ ５ 保证绿化 工程施 工质量 的几 点措 施 ［ ］广 东 园林 ， Ｊ－
黑色 物质 带出 ， 严重影 响前方 厂的用水 水质 。因而 改造 给水 管 网 偏大 的问题 ， 因而将两套 管网在卫六路 以西合并 。
势在 必行 。我厂与 同济大 学合作 ， 整个 管 网进行 了平 差工 作 ， 对
并提 出了改造措施。
本工作 中的水力 计算 部分 采用 ＷＳ Ｚ管 网平 差 软件 ， 立符 建 合生产用水 管网系统 的计 算机 模 型。经过 全面 细致 的资料 收集
关键词 ： 网平差 ， 管 管网改造 ， 力计算 ， 水 流速
中图 分 类 号 ： ＴＵ９ １ ３ ９ ．３
文 献标识码 ： Ａ
上海 石化的给水管道大多是在 二十世纪 七八 十年代敷设 的 ， 主要对 两套生产水管 网系统（ 业水 、 工 低硅水 ） 分别选 择典 型 都是按 照当年的设计 流量 而定 的管径 大小 。 当初 水厂 的工 业水 用水 时段 的工况建立计算机模 型 ， 型尽可 能符合 实际供水情 使模 设计 规模 为 ５ ／ ， ５ｔｄ 低硅 水为 １ ／ ， 目前 的实 际供 水情 况却 况 ， ６ ｔｄ 而 进行现状 校核 ， 以次模 型为基础进行 下一步 的方案 计算 ， 并 当 为： 工业水大约在 １ ／ ， ４ｔｄ 低硅水 只有 ７ｔｄ 如此悬殊 的差值也就 时 的方案设计 主要有 两条思 路 ： ） ， ／ １ 分别 在两 套供 水管 网 中， 选择
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） ，
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■ 作用：直观地表达管路中液体压力的分布状况
■ 确定管道中任何一点的压力值:(Hpi－Zi); ■ 表示出各管段的压力损失值； ■当液体管路中各处的速度差别不大,动压差与管段
近似 简化
1~2的水头损失ΔH1－2相比可忽略,则
P1
g
Z1
• 进入叶轮高压区的汽泡,被四周水压压迫而破裂； • 流体冲向破裂的汽泡中心,产生强烈的局部水锤现象； • 瞬间的局部压力达到1MPa以上,汽泡破裂时产生炸裂
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吸入管中压力的变化分析
第二节 管网系统压力分布
返回
2.液体吸入式管网的压力分布特性 第二节 管网系统压力分布
■ 吸入管中压力的计算
液体自由表面与1－1断面的能量方程：
Pa
P1
H ss
12
2g
hs
(1)
液体自由表面与叶片入口稍前处0－0断面的能量方程：
Pa
P0
H ss
C
2 0
2g
hs
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二.管网的压力分布图
第二节 管网系统压力分布
通风管路的压力分布图
返回
2.气体管网压力分布图
第二节 管网系统压力分布
通风系统的压力分布图的绘制方法和步骤
■ 以大气压力为基准线0－0 ■ 计算各节点的全压值、动压值和静压值 ■ 将各点的全压在纵轴上以同比例标在图上，0－0线
以下为负值,连接各个全压点可得到全压分布曲线. ■ 将各点的全压减去该点的动压,同时可绘出静压分布
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；
第二节 管网系统压力分布
管网系统使用的要求： 流量、压力
动画
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第二节 管网系统压力分布
一.管流能量方程及压头表达式
■ 以0－0为基准线,列管段1－1断面和2－2断面的能量方程：
或
P1 P1
g
Z1 Z1
g 12
12
2
P2
2g g
P2 Z2
Z2 g
2 2
2g
2 2
2
H
12
P12 mH
1.气体吸入式管网特性
由靠近入口点处和入口断面1的能量方程分析得出： 当管道内的流速不变时，风管的阻力是由降低管内的 静压来克服的. 空气吸气管内的流动规律：
风机吸入段的Pq和Pj均为负值,风机入口处负压最大 吸入管段中静压绝对值为:Pq绝对值与Pd 值之和
风机的风压ΔP(全压)等于风机进出口的全压差 风机风压＝风管阻力＋出口动压损失
曲线.
返回
三、吸入式管网的压力分布特性分析 第二节 管网系统压力分布
1.气体吸入式管网特性
■ 靠近入口点处和入口断面1的能量方程为：Pq0 Pq1 PZ1
因 Pq0 0, 故 Pq1 PZ1
管段1－2的动压：Pd 1 2
122
2
又：Pq1 Pd12 Pj1
Pj1
Pq1
Pd 12
ρυ122 2
第二节 管网系统压力分布
2. 气体管网压力分布图
气体管路，忽略位置压差，能量方程为：
P1
12
2
P2
2 2
2
P12
同一断面静压与动压之和为全压：
Pq = Pj + Pd 有 Pj = Pq－Pd 或 Pd = Pq－Pj
■ 原理：qj ↑ qd ↓， qj ↓ qd ↑
能量的转换原理
绘制压力分布图
(2)
气穴系数
0－0断面中心点O与叶片背面靠近吸入口的断面k点相对
运动的能量方程：
P0 W02 Pk Wk2
2g 2g
或
P0
Pk
W02 2g
W
2 k
W02
－1
(3)
令 Wk2 W02 1 并将（3）式代入（2）式，整理得到：
泵壳内最 低压头
Pa － Pk
Hss
12
2g
hs
P2
g
Z2
H 1 2
mH 2O
■ 由水压曲线坡度,确定管段单位管长平均压降的大小;
■ 液体管网系统是一个水力连通器，通过管路上任意
一点的压力，确定其他各点的压力.
返回
管流的水头损失和水压图
水压曲 线
返回
第二节 管网系统压力分布
热水管网水压图——水压曲线
返回
结论
膨胀水箱安装高度超过用户系统的充 水高度，而膨胀水箱的膨胀管又连接 在靠近循环水泵进口侧时，就可以保 证整个系统无论在运行还是停止时， 各点压力都超过大气压力。 系统中不会出现负压，避免了液体汽 化或吸入空气
膨胀水箱作用：
容纳系统水膨胀体积 稳压
分析
热水供暖系统水压曲线的位置，取决 于定压装置对系统施加压力的大小和 定压点的位置。
采用膨胀水箱定压的系统各点压力， 取决于膨胀水箱安装高度和膨胀管系 统的连接位置。
运行时，整个系统各 点的压力都降低了；
供暖系统的干管过长 ，阻力损失较大，则 有可能在干管上出现 负压；
返回
第二节 管网系统压力分布
三、吸入式管网的压力分布特性分析 2.液体吸入式管网的压力分布特性 ■ 吸入管中压力的变化分析
泵运行时，入口处形成负压，液体吸入并流入叶 轮的进口.
被吸液体与大气接触的液面为大气压力，该液面 与叶轮进口的绝对压力之差，转换成位置水头和 流速水头，并克服各项压力损失.
2O
■ 断面总水头：H
Z
P
2
g 2g
■断面压力水头：P
2
HZ
ρg
2g
■ 1、2两断面之间的阻力：
P12
(Z1
Z2 )g
( P1
P2 )
(12
2 2
)
2
■
水头损失：
H 12
(Z1
Z2 )
( P1 P2 )
g
(12
2 2
)
2g
返回
二、管网的压力分布图
第二节 管网系统压力分布
1.液体管网压力分布图——水压图
ΔPZ1
对于点2: Pq2 Pq1 (Rm12l12 PZ 2 )
Pj2 Pq2 Pd12 Pj1 Pd12 (Rm12l12 PZ 2 ) Pd12 Pj1 (Rm12l12 PZ 2 )
Pj1 Pj2 Rm1 l2 12 PZ 2
返回
三、吸入式管网的压力分布特性分析 第二节 管网系统压力分布
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