计算机在给排水工程中的应用2.ppt

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1、计算机在给水工程中的应用 管网平差回顾 n管网平差定义：对于环状管网而言，没有直接求解的方法（原因：求解大型非线性方程组），只能通过迭代计算求解。在一个管网中，水力状况必然同时满足以下两个条件，即节点流量平衡条件和环水头损失平衡条件。通过迭代求解，才能找出同时满足上述两个条件的管段流量，这就是所谓的管网平差。l 管网平差采用计算机：是一项复杂而繁琐的工作，人工手算平差费时费力，容易出错；应用计算机进行管网平差计算，代替了繁杂的手工劳动，提高了计算的精度和速度，已成为管网的规划、设计、改造、调度管理的有力工具。l 管网平差主要计算方法：（李明锐老师已讲过）环方程法：以每环的校正流量作为未知变量。

2、适合手算。管段方程法：以管段流量作为未知变量。节点方程法：以节点水压作为未知变量。（因方程阶数低，收敛性好）。适合编程计算。环方程法原理及算法 管网的环方程n管网是由L个环组成，各环应满足能量方程，即每环内各管段水头损失闭合差应为零：（1.1）式中Sij，qij为计算环中以i、j为节点的管段的摩阻系数和管段流量；1、2、L为环号。n式（1.1）无直接解。一般先按经验初分流量qij（1），但显然难以满足能量方程，存在闭合差ei0。需以初分流量加以校正流量方能使方程成立。即 （1.2）第i环的校正流量近似值为（令n=2）：（1.3）按此校正流量修正管段流量，推算水头损失。如此反复进行，当闭合差小于

3、某给定值后，即认为满足能量方程，计算结束。这就是解环方程法管网平差过程.在计算中，管段摩阻系数S可由巴甫洛夫斯基公式计算：（1.4）式中 L管长（m）；D管径（mm）。计算程序框图开 始输 入 原 始 数 据计 算 管 段 摩 阻计 算 各 环 水 头 损 失 闭 合 差 及 校 正 流 量计 算 管 段 流 量闭 合 差 E P是打 印 输 出 原 始 数 据 及 计 算 结 果结 束否EP环内水头损失闭合差允许值（m）环方程法的优缺点：n优点：不用输入节点信息；与水源节点无关，不用特殊标记。n缺点：需要重复输入管段信息；节点压力（自由水压、绝对水压）都要自己手算；需要手工分配初分流量。平差

4、程序的深入思考 n迭代计算的初始值n节点流量法的闭合差是什么？n干管界限流量判断 n自动寻找最不利点？n局部损失考虑？n带水泵特性曲线（方程不同很难）？n如何自动初分流量？n公称管径？n节点地面标高？平差程序的使用 平差基本过程编辑原始数据-运行平差程序-得出平差结果如:DOS下,或命令提示符状态下,GSPC 回车。输入原始数据文件名（如Lrh.txt），回车。输入结果数据文件名（如Lrh1.txt）。程序自动计算显示平差的迭代次数。平差注意几点 原始数据文件和结果数据文件都是文本文件，可用任何的文本文件编辑器进行编辑。具体可见附程序中的例子。（给水和排水程序都是如此）。这个程序（包括排水）都

5、是dos时代编写的，很陈旧。用别的程序可不可以？不同程序间：输入、输出格式不同、公式不同（但影响对毕业设计微乎其微）、单位不同。给水管网平差计算使用方法1、初分流量、选管径，形成数据文件（1）数据单位：长度米；管径毫米；水量升/秒；流速米/秒。（2）流量的正负号：顺时针为正，逆时针为负。（3）编号：进行环的编号，外环（无邻环）编 号为21。2、编辑录入数据（1）进入DOS状态下在sj/gssj文件夹内敲QE执行文件，进入编辑器，然后输入文件名（不带后缀）进入输入数据状态。（2）输入、修改数据。数据输入顺序：最小闭合差环数 管段数 管长管径流量邻环数逐环写下去（3）输入结束后按存盘，按退出0.0

6、 1 4 4 7 6 0 1 5 0 -1 2.0 2 1 4 0 0 1 5 0 -4.0 2 7 0 0 2 5 0 3 1.6 3 4 0 0 1 5 0 4.0 2 1 4 8 5 0 2 5 0 -3 9.6 2 1 4 0 0 3 0 0 -5 9.6 2 1 8 5 0 3 0 0 7 6.4 4 4 0 0 1 5 0 4.0 1 4 7 0 0 2 5 0 -3 1.6 1 3 5 0 1 5 0 4.0 4 7 0 0 1 5 0 1 2.8 2 1 3 5 0 1 5 0 -4.0 2 1 4 8 5 0 3 0 0 -7 6.4 2 3 5 0 3 0 0 5 8.2

7、2 1 8 5 0 2 5 0 3 9.6 2 1 3 5 0 1 5 0 -4.0 3 n在DOS状态下，在sj/gssj/文件夹内敲入c 空格 文件名运行平差。若不运行或出现死循环，则录入数据出现错误。1）忘记输入文件名或带后缀；（2）环数或管段数与实际不符；（3）编号错误；（4）少空格（数据不足）。n在DOS状态下在sj/gssj文件夹内敲QE执行文件进入编辑器，敲入文件名*察看结果n迭代次数=5=n 环号=1n 闭合差=-.005n-n 管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sqn (米)(毫米)(米/秒)(升/秒)(米)n-n 1 760 150 .55 -9.80

8、4.38 -3.33 .3395n 2 400 150 .12 -2.11 .29 -.12 .0547n 3 700 250 .74 36.29 3.81 2.67 .0735n 4 400 150 .35 6.20 1.92 .77 .1239n sqtotal=.119 dq=-.02=n=n 环号=2n 闭合差=.000n-n 管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sqn (米)(毫米)(米/秒)(升/秒)(米)n-n 1 850 250 .80 -39.29 4.41 -3.75 .0955n 2 400 300 .84 -59.29 3.80 -1.52 .0256

9、n 3 850 300 1.08 76.30 6.06 5.15 .0675n 4 400 150 .12 2.11 .29 .12 .0547n sqtotal=.119 dq=.00n=n=n 环号=3n 闭合差=.000n-n 管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sqn (米)(毫米)(米/秒)(升/秒)(米)n-n 1 700 250 .74 -36.29 3.81 -2.67 .0735n 2 350 150 .06 1.10 .09 .03 .0297n 3 700 150 .58 10.31 4.81 3.36 .3262n 4 350 150 .37 -6.4

10、9 2.08 -.73 .1123n sqtotal=.119 dq=.00n=n=n 环号=4n 闭合差=-.005n-n 管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sqn (米)(毫米)(米/秒)(升/秒)(米)n-n 1 850 300 1.08 -76.30 6.06 -5.15 .0675n 2 350 300 .83 58.62 3.72 1.30 .0222n 3 850 250 .82 40.02 4.56 3.88 .0969n 4 350 150 .06 -1.10 .09 -.03 .0297n sqtotal=.119 dq=-.02n=平差设计的成绩评价

11、n不是一个简单的自动执行的过程。环多少、管段多少不代表工作量大和设计的方案的水平高。n评价指标：迭代过程、水流方向（与初定的关系）、干管和连接管的流量是否与原定的相同、负荷、能量消耗情况（涉及经济分析）/单位管长的服务面积等。n程序计算完成不代表平差工作完成，平差过程正确。定线不是简单的画方块：尽可能用最短的路线、最省的能量、把最多的水量输送到最远的地方去。n不同方案间比较（统一、分质、分区、分压）n不同工况间比较（最大时，消防、事故、转输时校核）n结果是否符合界限流量，如不符合即需要管径调整，重新平差n目的：在满足规范中规定的约束条件下，如何选择设计参数（管径、坡度等），使管网工程造价最低。

12、n 污水在非满流的管道中靠重力流动（与给水管网压力流不同，但这也不是绝对的，甚至还有虹吸流动），即使按均匀流公式进行任一个管段计算，都必需对设计流速、管径、设计充满度和管道坡度等进行多次选择与计算。人工反复查大量计算图表（课程设计中的过程）。n 每一个管段的设计计算都采用同一公式和基本相同的计算方法。n 全局优化观点：排水管网是一个相对对立又比较完整的工程系统，管网中的各条管道是相互联系、相互影响和相互制约的。以减少总造价为全局目标。可进行方案比选。排水管网设计计算的约束条件在管网设计计算中计算有关的规定主要有：（1）充满度（H/D）不大于相应管径的最大设计充满度（H/Dmax），即管径为20

13、0300mm、350450mm，500900mm、1000mm及1000mm以上时，其最大充满度分别为0.55、0.65、0.70和0.75。（2）在街道下应采用的最小管径为300mm，其最小设计坡度为0.003；在街坊和厂区内的最小管径为200mm，相应的最小设计坡度为0.004。（3）非金属管道的最大设计流速（Vmax）为5m/s，金属管道的最大设计流速（Vmax）为10m/s。（4）在设计充满度下最小设计流速（Vmin）为0.6m/s，当起点污水管道中的流速不能满足以上规定时，应当满足第二条关于最小设计坡度的要求。（5）随着设计流量的逐段增加，其流速也应相应增加；如果设计流量不变，流速也

14、不应减小。只有当坡度大的管段接到坡度小的管段并且下游管段的流速已大于或等于1.2m/s（混凝土或钢筋混凝土管道）的情况下，流速才允许减小至1.2m/s。（6）不同管径在设计充满度下的最小设计流速应满足：管径为500mm、6001000mm、11001400mm和大于或等于1500mm的污水管道的设计最小流速分别为0.7m/s、0.8m/s、0.9m/s和1.0m/s。（7）无保温措施的生活污水管道或水温与生活污水接近的工业废水管道，管底可埋设在冰冻线以上0.15m。（8）在车行街道下管顶最小覆土厚度一般不宜小于0.7m。（9）管道在坡度变陡处，其管径可根据水力计算确定由大改小，但不得超过2级，

15、并不得小于最小管径。（10）各种不同管径的管道在检查井内的衔接，宜采用水面或管顶平接，下游管段起端的水面和管底高程标高部分都不得高于上游管段终端的水面和管底标高。排水管网计算原理及算法 n程序在管网定线的基础上，适合于各种地形条件的分流制污水排水管网系统的设计计算；并能在计算过程中，满足设计规范等约束条件的同时对所采用的设计参数，如(设计流速以下简称流速）、管径、(设计充满度以下简称充满度）等进行优化选择，以便尽可能降低其工程造价。其基本算法与人工计算基本相同，即按污水流动方向，先计算支管后计算干管和主干管，通过从上游至下游依次对设计管段进行计算，继而完成一条管道以及整个管网的计算。2/13/

16、21IRnv n 选择尽可能小的设计流速 n 选择尽可能大的设计充满度n 检查井内管段衔接时尽可能减小下游管段埋深（来决定水面平接、管顶平接、管底平接）。n 全局最优化思想人机对话的方式实现。如：跌水的情况。2/13/21IRnvQ计算程序总体设计与算法框图程序框图和源程序中的主要变量和符号说明：nVN用户确定的起始管段设计流速（m/s）；nZN管道粗糙系数，取0.014；nHBD、VMAX分别为冰冻线深度（m）和 最大设计流速，取VMAX=5.0m/s;nN设计管段与检查井的编号，数组的下标；nK、M被计算的某一条管道起点和终点检查井编号，数组的下标；nL（N）、D（N）、DD（N）、F（N）、MM（N）、WB（N）、H（N）分别表示第N号设计管段（以下称第N管段）的管长（m）、管径（mm）、管径（m）、街坊面积（104m2）、人口密度（人/104m2）、污水量标准（L/人d）和第N号检查井的地面标高（m），其中N为数组的下标（以下同）；nQ0（N）、QB（N）、QW（N）、Q（N）、KZ（N）、QK（N）分别表示第N号设计管段生活污水的比流量（L/S 104m2）、本段流量（L/S