管网系统水力工况分析

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。

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。

第六章 管网系统水力工况分析§6-1 管网系统水力特征一、管网特性方程图6-1-1为一管路系统示意图，1至2断面的能量方程可表示为：w h g v P H H g v P H +++=+++222222221111αγαγ其中：2H 、1H ——1、2断面的标高，m ； w h ——1至2断面的阻力，O mH 2。

1．管网特性方程当1、2为静止液面时， 01=v ，02=v得：stH P H P H =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+γγ1122 ，称st H 为静压水头。

当021==v v 时，管网特性方程可表示为：w st w h H h P H P H H +=+⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=γγ1122 2．广义特性方程当压力1P 、2P 不随流量而改变时，则有：const H st =管网特性方程即为广义管网特性方程：2SQ H h H H st w st +=+=3．狭义特性方程当管网为闭式回路时，各点的压力随流量的改变而改变，0=st H管网特性方程即为狭义管网特性方程：2SQ h H w ==二、管网特性曲线广义特性方程：w st h H H += 狭义特性方程：2SQ h H w ==1．图示：如图6-1-2所示。

2．分析：①管网特性曲线是一条二次抛物线；②S 越大，管网损失越大，相同流量Q 下，曲线越陡，所需水泵扬程越高；③S 是有因次量，其因次随压力、流量、流体密度、流通面积等所采用的因次不同而不同。

三、影响管网特性曲线的主要因素由2SQ H H st += 和stH P H P H =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+γγ1122 1．st H 的影响：st H 越大，曲线越靠上，所需水泵的扬程就越大。

2．S 的影响：S 越大，管网系统的阻力损失越大，获得相同流量所需的扬程就越大。

),,K ,d ,l (f S j ∑=ρξ1）对于液体：428i i i i i iw d g d l S πξλ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∑ 52m /s2Q S h iw wi =其中： w h ——O mH 2，Q ——s /m 32）对于气体：428i i i i i ia d ld l S πξλ⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∑ 7m /kg 2L S P ia =∆其中：∆P ——Pa ，L ——s /m 3§6.2 管网系统压力分布一、管流能量方程及压头表达式1．能量方程：212222211122-+++=++P v gZ P v gZ P ∆ρρρρ （a P ）212222211122-+++=++h gv P Z g v P Z ∆γγ （O mH 2）2．压头表达式：位置水头：Z 压强水头：γP流速水头：gv22总水头：gv PZ H 22++=γ ( 2121-+=l h H H ) 测压管水头：γPZ g v H H P +=-=22 （静压水头）二、管网的压力分布图1．气体管网压力分布图（1）能量方程：212221221122-++=--++P v P )H H )((g v P j a j ∆ρρρρ当ρρ=a或12H H =或闭式管网21ρρ=时，位压为零，上式可简化为：2122221122-++=+P v P v P j j ∆ρρ22v P P P P j d j q ρ+=+=则：2121-+=P P P q q ∆（2）举例：对于气体管网系统主要分析全压分布曲线和静压分布曲线，如图6-2-4所示。