Диссертация (1141496), страница 7
Текст из файла (страница 7)
По формуле Хазен-Вильямса считаются потери напора при турбулентных потоках в трубопроводах. Формула Дарси-Вейсбаха используется для любых жидкостей и для всех режимов течения,для определения местных потерь напора и потерь по длинге трубопроводов.Анализируя перечисленные формулы, для определения потерь напораможно использовать в общем виде формулу:hL = A qB(2.1)где hL – потеря напора, q – коэффициент расхода (объём/время), A – коэффициент сопротивления, В – показатель расхода.В таблице 2.1 приведены коэффициенты сопротивления и значения показателя расхода, определенные эмпирическим путем. В таблице 2.2 приведен диапазон таких коэффициентов для различных типов новых труб.
При этом необходимо учитывать, что коэффициент шероховатости может значительно изменяться свозрастом трубы.Таблица 2.1Формулы определения потерь давления в трубах(потеря давления в футах, расход воды кубических футах в секунду )ФормулаКоэффициентсопротивления (А)Показатель расхода (В)Хазен-Вильямса4.727С-1.852d-4.817L1.852Дарси-Вейсбаха0.0252f(ԑ,d,q)d-5L2Шези-Маннинга4.66 n2d-5.33L2Примечания: С=коэффициент шероховатости Хазен-Вильямсаԑ = коэффициент шероховатости Дарси-Вейсбахаf = коэффициент трения (зависит от ԑ,d,q)n = коэффициент шероховатости Меннингаd = диаметр трубыL = длина трубыq = коэффициент расхода воды45Таблица 2.2Коэффициенты шероховатости для новой трубыМатериалХазен-ВильямсЧугунБетон или бетоннаяоблицовка130-140ДарсиВейсбах(футы х 10-3)0.85120-1401.0-100.012-0.0171200.50.015 - 0.017140-150140-1500.0050.150.011 - 0.0150.015 - 0.017ОцинкованноежелезоПластмассаСтальКерамическаяглазированная110ШезиМаннинг0.012-0.0150.013 - 0.015Автоматизированная программа WaterGEMS может осуществлять увязкусети в разное время суток с учетом динамического изменения расхода воды длякаждого часа суток.
Это не мешает назначению различных потребителей в разных узлах сети водоснабжения, где каждый из этих потребителей может забиратьводу по своему собственному режиму.Используя программный комплекс, возможно создать несколько сценариевработы системы водоснабжения. При различных параметрах трубопроводов внекоторых участках системы водоснабжения определяется оптимальный вариантреконструкции или проектирования [117]. Таким образом, набор программногообеспечения Bentley WaterGEMS может аккумулировать, анализировать и представлять пользователю большие объемы информации о сетях водоснабжениякрупных городов.Связь с электронными таблицами, базами данных и интерфейсом ODBC,доступен SCADA Connect (диспетчерское управление и сбор данных) для передачи данных в реальном времени, прогнозирование потребления воды на основегеопространственных данных, оценка неучтенного расхода воды и утечек [40].46Так, могут определяться скорости потока воды и потери давления в трубопроводах, свободный и пьезометрический напор в узлах сети, направление и величина расходов в трубопроводах городской сети; могут быть построены графики зависимостей различных величин в узлах сети по часам суток, пьезометрические профили.
Помимо того, с помощью WaterGEMS можно построить двумерные диаграммы распределения давления в трубопроводах непосредственно наплане городской сети водоснабжения, а также графически представить величинынапоров на различных участках городской водопроводной сети. Кроме того, возможна идентификация критических точек давления в системе водоснабжения города, а также просмотр различных отчетов, куда входят карты с цветовой маркировкой, таблицы, графики и схемы (рисунок 2.2).Рисунок 2.3.
Контурная схема давления в примерной сети [116]2.1.4. Програмный комплекс для расчета систем распределения и подачиводы MIKE URBANДатской компанией DHI Water & Environment созданна автоматизированная компьютерная система MIKE URBAN, для расчета потокораспределения исистем подачи воды, на базе програмного продукта EPANET [100, 101].47Этот программный пакет – один из самых универсальных комплексов поизучению систем водоснабжения и водоотведения крупных городов. В нем заложены основы экономического расчета, благодаря чему, зная тарифы на электроэнергию, можно добиться максимально эффективной экономичной работы насосов при необходимых параметрах водопроводной сети.Высокая степень детализации каждого элемента системы распределенияводы в программе MIKE URBAN дает возможность хранить в базе данных комплекса названия магистральных линий трубопровода, их инвентарные номера,номера узловых колодцев, диаметры и длины труб, материал, год строительстваи др.Компьютерная модель данного программного комплекса позволяет проводить динамический анализ режимов работы сети, выявлять участки трубопроводов с низкой скоростью движения воды, включать их в планы промывок, организовывать контроль качества воды, особенно в летний период минимального потребления.
Помимо этого выполняется моделирование потокораспределения приотключении участков трубопровода. Построение гидравлической модели городской системы водоснабжения в программной системе MIKE URBAN позволяетрешить следующие задачи:1. Изменение диаметров труб. Данная задача весьма актуальна для водоканалов, в связи с сокращением потребления воды в городах. В этих условиях дляулучшения надежности распределительной сети города требуется не только изменение диаметра существующих трубопроводов, но и устранение отдельныхводоводов, магистралей и дублирующих участков распределительной сети. Наоснове анализа диаметров труб, объемов и средних скоростей воды, а также сопорой на коэффициент шероховатости для различных материалов новых трубпрограммная система позволяет принять решение об уменьшении диаметровтруб, реконструкции отдельных трасс трубопроводов или полной их замены натрубы из других материалов с другими гидравлическими характеристиками.2.
Разделение системы водоснабжения на зоны преимущественно основывается на определении разницы отметок на территории, снабжаемой водой; тре-48буемых свободных напоров; максимальных потерь напора в сети. Регулированиедавления в зонах в режиме реального времени выполняется путем единовременной настройки установленных регуляторов давления.Таким образом, программный пакет MIKE URBAN позволяет решать весьма широкий круг задач в области исследования, анализа и управления сетями водоснабжения в крупных городах. Эта автоматизированная компьютерная системапозволяет проводить многоаспектный анализ различных вариантов реконструкции и проектирования систем водоснабжения и принимать адекватные решенияпо модернизации городских систем водоснабжения.Выбор оптимального программного обеспечения для управления и изучения состояния системы водоснабжения города, необходимо осуществлять на основе оценки потребностей и проблем, актуальных для конкретных управляющихи инжиниринговых компаний [118].2.1.5.
Программы NETA и NETB для увязки сети с одним или несколькими водопитателямиПрограмма NETA реализует модификацию метода Лобачева-Кросса с внесением поправок к расходам на участках, входящих в контур с максимальной невязкой. Программа написана на языке BASIC. Текст программы записывалсятакже на магнитной ленте [62].Программа NETA используется для:- внутренней увязки сети с одним водопитателем (башня в начале сети;транзит в башню-контррезервуар; пожаротушение при отключенном контррезервуаре);- при работе двух водопитателей (две насосные станции или насос и башня– контррезервуар в режиме максимального (минимального) водопотребления;пожар при неотключенном контррезервуаре; авария одного или несколькихучастков) должна быть использована программа NETB;49- производит внешнюю увязку сети (с насосами и башней), используя фиктивный контур, включающий в себя участок от насоса до сети, участок от башнидо сети и любую цепь из участков сети, соединяющую вышеуказанные участки.Современные системы автоматизированного проектирования обладаютшироким набором базовых функций и модулей для изучения различных системводоснабжения городов.
Однако все рассмотренные программные продукты неучитывают увеличение шероховатости труб бывших в эксплуатации, что искажает результаты гидравлического расчета действующих водопроводных сетей.502.2. Модель потокораспределения с использованием энергетическогоэквивалентирования2.2.1. Условия однозначности в задачах анализа и синтеза гидравлическихсистемВ гидравлических системах полноразмерной системой (ПГС), принятоназывать гидравлическую систему, состоящую из всех структурообразующихэлементов. С точки зрения размерности рассматриваемых задач ПГС относят кбольшим гидравлическими системами (БГС).Водопроводные сети в гидравлической модели представляются в виде бесконечных структурных графов, вседствии непрерывно изменяющейся конфигурации из-за подключения к магистральным сетям внутриквартальных и внутридомовые и внутрицеховые сетей.Для определения матричных задач, необходимо знать число жителей врайоне, которое фактически можно считать числом линейных структурных элементов в БГС [67].Моделирование больших гидравлических систем должно учитывать влияние большого числа факторов, причем необходимо быстро получать достоверные результаты.
БГС, как мегасистема подлежит структурной декомпозици, тоесть разложению на фрагменты. Исследуемый фрагмент системы (ИФС) - этопространственно ограниченный фрагмент, подвергающийся анализу происходящих в нем процессов. ИФС выделяется путем вырезания по внутренним вершинам графа, что позволяет перевести фрагмент в разряд энергоузлов (ЭУ). Энергои массообмен между ИФС и мегасистемой, происходит через энерг узлы котораясохраняющие форму больших гидравлических систем.В системах водоснабжения важное значение имеет потокораспределениепо сети, которое невозможно без решения двух основных задач: определениедиаметров трубопроводовпри различных режимах водопотребления и приназначенной конфигурации сети и проедение анализа потокораспределения вразных режимах.51На практике решение задач анализа и синтеза возмущенного состояниясистем водоснабжения зависит от многочисленных нестандартных факторов аварий или отказов сети:Область моделирования возмущенного состояния системы достаточно широка, а невозмущенное состояние системы водоснабжения принимать как частный случай [5, 4].В гидравлических расчетах водопроводныхт сетей принято, что отбор водыберется из узлов, через которые происходит связь между ИФС и мегасистемой[8,65,72,73,99].При установившемся потокораспределении в сети, действуют граничныеусловия (ГУ), записвываемые для j-го ЭУ как: = ζ ( ),(2.2)где Нj, - узловой потенциал энергоузла j; qj - расход энергоузла j ; ζj – функциясвязи между потенциалом и расходом [65].Математическое моделирование системы водоснабжения можно классифицировать по граничным условиям:̂j- ГУ первого рода: если принимается один параметр в узле (2.2), Нj = или qj = ̂j, то второй параметр назначается по анализа потокораспределения, поманометрам на сети определяются узловые потенциалы;- ГУ второго рода: определяется функция ζj, параметры Нj,qj считаютсянеизвестными, при одном известном, второй определяется по формуле (2.2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
