Ch8環狀管網

水力計算與水力工況分析8.2恒定流管網特性方程組及求解方法8.3

環狀管網的水力計算8.1管網圖及矩陣表示8.4

環狀管網水力工況分析與調節8.1管網圖及矩陣表示一、基本概念1、沿線流量（途泄流量）沿管道流出供給用戶的分散流量。比流量：單位管長的沿線流量。2、轉輸流量（集中流量）輸送到下游管段的流量。3、節點流量在節點處流入或流出的流量。沿線流量在計算時需要轉移到管段兩端節點上。沿線流量轉移到管段起點的流量比例為α，終點的流量比例為1-α。燃氣管網α=0.55，給水管網α=0.5。集中流量折算時，可將集中流量處設置節點，也可按距離起點和終點的距離的反比折算。節點流量包括：節點原來流量沿線流量折算流量集中流量折算流量節點流量符號流入為+，流出為—管網中所有節點流量代數和為0。例8-1低壓燃氣管網，燃氣的相對密度為0.55。居民用戶日用氣量為4m3/戶，高峰途泄流量為0.4m3/h戶。計算各節點流量。解：1）給節點、管段編號，假定流向。2）計算節點流量。沿線流量折算集中流量折算求節點流量的代數和注意：流量的正負號。圖8-1-1低壓燃氣管網沿線流量為0.4m3/h?戶

二、管網圖將管網簡化為節點和管線的網絡圖。節點具有幾何位置屬性、流量和壓力屬性、拓撲屬性。管線具有管長、管徑、粗糙度等構造屬性、流量和阻力屬性、拓撲屬性。管線中間無流量進出。三、圖論基本概念1、圖節點：管段的交匯點。分支：節點間的管線。圖：節點和分支組成的集合。有向圖：管線具有方向的圖。2、關聯分支與其兩個端點是關聯的。節點與其連接的分支是關聯的。3、鏈與回路鏈：節點-分支-節點-分支…組成的交替序列。基本鏈：鏈中除起點和終點外，所包含的節點各不相同。回路：閉合的鏈。基本回路：閉合的基本鏈。4、通路鏈中各分支方向一致，前一分支的末點是后繼分支的始點。基本通路：節點各不相同的通路。5、有向賦權圖將分支和節點的水力屬性或構造屬性作為權值，賦予分支和節點的管網圖。6、樹定義：不包含任何回路的連通圖。性質：1）任意兩節點間由唯一的基本鏈連接；2）在不相鄰的兩節點間加上一條邊即形成回路；3）若節點數為J，分支數為L，L=J-1。7、生成樹和最小樹生成樹：連通圖的一個子圖，包含全部節點和連接各節點的分支，但不包含任何回路。圖8-1-4以分支阻抗為權的有向賦權圖

圖8-1-5生成樹

余樹：圖中除生成樹以外的分支。最小樹：各分支賦權值之和最小的樹，Tmin。最大樹：各分支賦權值之和最大的樹，Tmax。四、管網的矩陣表示1、關聯矩陣表示分支與節點關聯關系的矩陣。基本關聯矩陣J*N階關聯矩陣的秩為J-1。任意(J-1)*N階矩陣為基本關聯矩陣。2、基本回路矩陣有向連通圖中各分支與基本回路間的關系矩陣。基本回路矩陣的秩為M=N-J+1圖8-1-6基本回路與基本回路矩陣

獨立回路矩陣基本回路矩陣中，M個獨立回路對應的子矩陣。獨立回路選取方法8.2恒定流管網特性方程組及求解方法一、節點流量平衡方程組根據節點質量守恒，可得節點流量方程（連續性方程）矩陣表示節點流量平衡方程組二、回路壓力平衡方程組由能量守恒，管網恒定流動時，在任意回路中沿回路方向，各個分支管路壓降的代數和為0。可得獨立回路壓力平衡方程：矩陣形式：三、分支阻力定律四、泵或風機性能曲線代數方程插入法拉格朗日二次插值公式。五、求解恒定流管網特性方程組當N-J+1>0時，獨立回路壓力平衡方程組為非線性方程組，有N-J+1個方程。節點流量平衡方程組為線性方程組，有J-1個方程。共有N個方程，待求未知數為N個管段（分支）的流量。8.3環狀管網的水力計算水力計算的任務：確定各個管段的管徑，計算流動阻力，確定所需的動力。已知條件：用戶的設計流量；管網的布置。水力計算步驟：區域供熱供水管網，設計供水溫度110℃，回水溫度70℃。該集中供熱管網共有15個熱用戶，全部采用水/水換熱器與室內采暖管網間接連接。所有用戶預留的資用壓頭是8mH2O。每個熱力站的熱水循環流量，示于圖中。1、繪制管網圖，計算節點流量統計各個管段的長度、局部阻力形式及個數等基礎參數。2、環狀干線水力計算（1）繪制環狀干線圖不能直接根據節點流量和節點流量平衡規律推出管段設計流量的管段是環狀干線。把連接在環狀干線上的枝狀管線去掉，其流量轉化成連接點處的流量。對節點和管線分別編號。根據實際情況，初擬流向。（2）環狀干線流量初始分配指導管徑的選擇。管段流量的初始分配方案涉及管網的經濟性和可靠性。流量的初始分配滿足節點流量平衡。分配順序找到起始節點。按管段長度的反比將節點流量分配至與之相連的管段上。逆著流向，由遠及近在下一節點處分配流量。（3）初定管徑根據各管段流量初始分配的結果，按照要求的設計參數，如經濟流速、比摩阻等，初定各管段的管徑。對于室外供熱管網：（4）統計局部阻力系數（5）管網平差計算實質：求解環狀干線各管段滿足節點流量平衡和回路壓力平衡方程組的各管段的流量。計算機求解。（6）校核水力參數，調整管徑（7）計算節點參考壓力找出最不利節點及支路。3、枝狀管線水力計算（1）計算設計流量（2）選擇最不利用戶，進行水力計算（3）計算其余枝狀管線，進行壓損平衡4、計算管網需用壓力最不利用戶與源點之間的回路需要的壓力。水泵揚程：8.4環狀管網的水力工況分析與調節一、水力工況分析方法已知管網布