黄石理工学院给水工程课程设计-secret.doc

黄石理工学院

学院： 环境工程
班级： 06给排水工程技术
学号：
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指导教师：

日期：10.1～10.5

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一、课程设计的目的 错误！未定义书签。
二、课程设计的任务 错误！未定义书签。
三、原始资料 错误！未定义书签。
四、设计要求 3
五、设计内容与步骤 3
5.1 流量分配 4
5.2 确定管径和流速 4
5.3 水力坡度 7
5.4 摩阻系数 7
5.5 水头损失 7
5.6 第一次校正的管段流量 7
5.7 第一次校正的水力坡度 8
5.8 第二次校正的环Ⅰ校正流量 8
5.9 第二次校正的管段流量 8
5.10 大环闭合差的计算 9
5.11 水塔高度的计算 9
六、附表..............................................................................10
七、课程设计总结 10
八、参考工具书及参考资料 11

«给水工程»课程设计
前言：
水在人们生活和生产活动中占有重要地位，在现代化工业企业中，为了生产上的需要以及改善劳动条件、水更是必不可少的，缺水将回直接影响工业产值和国民经济的发展。因此，给水工程成为城市和工矿企业的一个重要基础设施，必须保证以足够的水量,合格的水质,充裕的水压供应生活用水、生产用水和其他用水，且要能满足近期的需求，还要兼顾到今后的发展 。
一 、课程设计的目的
在整个给水工程中,输水管和管网所占费用约为总投资的70%～80%,因此必须进行多种方案的计算和比较,以得到经济合理地满足近期和远期用水的最佳方案,更好的达到用户的要求。其次,学生通过课题设计,能够加深和巩固所学的知识,进一步提高分析问题和解决问题的能力,为以后进行毕业设计得到基本功训练。
二、 课程设计的任务
1、计算管网中各管段的流量。
2、确定各管段的管径和水头损失。
3、进行管网水力计算和技术经济计算。
4、确定水塔的高度或水泵的扬程。
三、 原始资料
某市最高用水时流量为281.8L/s,管网布置情况见下图,各节点流量列表如下：
节 点
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
总计
节点流量
(L/s)
21.4
30.7
19.6
18.0
27.3
31.5
33.6
21.8
19.1
25.9
17.2
15.7
281.8
控制点在节点4,该点地面标高为49.5m,水塔处地面标高为54.62m,所需服务水头为24m。该市的经济因素为f=0.85。
该管网布置图如下：
1 500 Ⅰ 500
27.3
2 830
500 Ⅱ 500
31.5
3 780 4
500 Ⅲ 500 33.6
5 900 6
450 Ⅳ 450
19.1 900
830 7
450 Ⅴ 450
25.9 830
780 8
450 Ⅵ 450
172 780
21.4 30.7 19.6 18.0

水塔

21.8

15.7

9 10 11 12
图1
(水塔到管网的距离为400m)
四、 设计要求
1、手工计算,每环闭合差要求小于0.5m,大环闭合差小1.0m。
2、电脑计算,所有各环闭合差要求达到0.01～0.05m.
3、参考文献的编号符合规范要求。
4、按时完成设计任务。
五、 设计内容与步骤：
5.1 流量分配
根据该市的供水和用水情况(流量和流向)，按照最短路线供水原则,并考虑供水可靠性,初步分配各管段流量qij(0) 。拟定各管段的流向如图1所示。这里流向节点的取负号,离开节点的流量取正号,分配时每一节点满足qi＋∑qij=0的条件。几条平行的干线,如果1-2-3-4,5-6-7-8和9-10-11-12,大致分配相近的流量,以免某条干管受损时,其他的管段负担过重。与干管垂直的连接管,因平时流量较小,所以分配较少的流量,由此得出每一管段的计算流量。
以图1的节点5为例,从水塔来的流量281.8L/s经两条输水管(每条流量为了140.9L/s)到该节点后,管段5-1中分配71.7L/s,管段5-6中分配119.9L/s,管段5-9中分配62.9L/s,节点5处节点流量为27.3L/s,符合qi+Σqij=－281.8＋71.7＋119.9＋62.9＋27.3=0的条件,其余管段的初步分配流量见图1。
5.2 确定管径和流速V
由qij(0)计算各管段的摩阻系数Sij=（αijlij）,水头损失hij(0)=Sij(qij(0))2,确定管径D和流速V。
根据题意要求,因为经济流速计算复杂,有时简便地应用界限流量(表1)确定经济管径D。
界限流量 表1
管径/㎜
界限流量/(L/s)
管径/㎜
界限流量/(L/s)
管径/㎜
界限流量/(L/s)
100
<9
350
68～96
700
355～490
管径/㎜
界限流量/(L/s)
管径/㎜
界限流量/(L/s)
管径/㎜
界限流量/(L/s)
150
9～15
400
96～130
800
490～685
200
15～28.5
450
130～168
900
685～822
250
28.5～45
500
168～237
1000
822～1120
300
45～68
600
237～355

该市的经济因素为f=0.85,则单独管段的折算流量为：
q0=3 f·qij=0.95qij
以管段5-1为例,折算流量为0.95×71.7=68.1L/s,从界限流量表得管径为DN350,但考虑到市场供应的规格,选用DN300。至于干管之间的连接管管径,考虑到干管事故时,连接管中可能通过较大的流量以及消防流量的需要,将连接管2-6,6-10,3-7,7-11,4-8,8-12的管径适当放大为了DN150。
确定流速v和比阻α
①流速v按公式 v= 4Q/(πD²) 计算：
以管段5-1为例,v=(4×71.7)/(3.14·0.352) =0.75m/s<1.2m/s。
②比阻α按舍维列夫公式并查表得出
当v>1.2m/s时,按表2确定比阻α。
当v≤1.2m/s时,按表3对比阻α进行修正。
舍维列夫式的比阻α值(q以m3/s计) 表2
水管公称直径/㎜
计算内径/㎜
α值
水管公称直径/㎜
计算内径/㎜
α值
水管公称直径/㎜
计算内径/㎜
α值
水管公称直径/㎜
计算内径/㎜
α值
100
99
365.3
450
450
0.1195
150
149
41.85
500
500
0.06839
200
199
9.029
600
600
0.02602
250
249
2.752
700
700
0.01150
300
300
1.025
800
800
0.005665
350
350
0.4529
900
900
0.003034
400
400
0.2232
1000
1000
0.001736

修正系数k值 表3
v(m/s)
k
v(m/s)
k
v(m/s)
k
0.2
1.41
0.50
1.15
0.80
1.06
0.25
1.33
0.55
1.13
0.85
1.05
0.30
1.28
0.60
1.115
0.90
1.04
0.35
1.24
0.65
1.115
1.00
1.03
0.40
1.20
0.70
1.085
1.10
1.015
0.45
1.175
0.75
1.07
≥1.2
1.00

管段5-1中v=0.75<1.2m/s,所以查表3得k=1.07,又管径D=350㎜,
所以由表2得比阻α=0.4529。
所以管段5-1的
5.3 水力坡度为：i=αkq2=0.4529×1.07×(71.7×10-3)2=2.49×10-3
5.4 摩阻系数为：S=αkl=0.4529×10-6×1.07×500=0.242×10- 3m·s2/L2
5.5 水头损失为：h=Sq2=0.242×10-3×71.72=1.25m
其余管线计算结果见附表
5.6 第一次较正的管段流量
假定各环内流顺时针方向管段中的水头损失为正,逆时针方向管段中的水头损失为负,计算该环内各管的水头损失代数和∑hij(0),如
∑hij≠0,其差值即为第一次闭合Δhi(0)。
如Δhi(0)>0,说明顺时针方向各管段初步分配的流量多了些,逆时针方向管段初步分配的流量少了些,反之,如Δhi(0)<0,则顺时针方向各管段初步分配的流量少了些,而逆时针方向管段初步分配的流量多了些。
计算每环内个各管段的 |Sijqij(0)| 及 ∑|Sijqij(0)|,按式 Δqi= -Δhi/(2∑|Sijqij|)求出校正流量。如果闭合差为正,校正流量为负,反之则校正流量为正。
以环Ⅰ为例：
∑h=2.53＋1.25-0.94-2.98=-0.14
∑Sq=0,050＋0.017＋0.157＋0.025=0.249m·s2/L2

ΔqⅠ=0.14/(2×0.249)=0.28L/s
计算时应注意两环之间的公共管段,如2-6,5-6,6-10,6-7,3-7,7-8,7-11,等的流量校正.以管段5-6为例,初步分配流量为119.9L/s,但同时受到环Ⅰ和环Ⅳ校正流量的影响,环Ⅰ的第一次较正流量为0.28L/s,校正流量的方向与管段5-6的流向相反,环Ⅳ较正流量为0.37L/s,方向与管段5-6的流向相同,因此第一次调整后的管段流量为：
-119.9＋0.28-0.37=-119.99L/s
其余管线计算结果见附表
5.7 第一次校正的水力坡度
以管段5-6为例,校正后的管段流量为119.99L/s,流速v=0.96m/s,k=1.034,α=0.2232,所以水力坡度为：
i=αkq2=0.2232×1.034×(119.99×10-3)2=2.82×10-3
其余管线计算结果见附表
5.8 第二次校正的Ⅰ环校正流量
以环Ⅰ为例,第一次校正完流量后,环Ⅰ中
∑h=2.54+1.260.86-2.99=0.05m
∑Sq=0.050+0.018+0.151+0.025=0.244m·s2/L2
ΔqⅠ´=0.05/(2×0.244)=0.10L/s
其余管线计算结果见附表
5.9 第二次校正的管段流量
以管段5-6为例,第一次较正后的流量为119.99L/s,但同时受到
环Ⅰ和环Ⅳ校正流量的影响,环Ⅰ的第二次较正流量为0.10L/s,校正流量的方向与管段5-6的流向相反,环Ⅳ较正流量为-0.45L/s,方向与管段5-6的流向相反,因此第二次调整后的管段流量为：
-119.99+0.10+0.45=119.44L/s
其余管线计算结果见附表
5.10 大环闭合差的计算
经过第一次校正后,各环的闭合差均已小于0.5m,大环城公路5-1-2-3-4-8-12-11-10-9-5的闭合差为：
∑h=h5-1+h1-2+h2-3+h3-4-h4-8+h8-12-h12-11-h11-10-h10-9-h5-9
=1.26＋2.54＋5.12＋3.95－1.43＋0.88－3.37－4.55－1.94－1.76
=0.70m<1m
经过第二次校正后,各环的闭合差均仍小于0.5m,大环城公路5-1-2-3-4-8-12-11-10-9-5的闭合差为：
∑h=h5-1+h1-2+h2-3+h3-4-h4-8+h8-12-h12-11-h11-10-h10-9-h5-9
=1.26＋2.56＋5.05＋3.88－1.45＋0.84－3.49－4.47－1.97－1.90
=0.31m<1m
小于允许值,可满足要求,计算至此完毕。
5.11 水塔高度的计算
由控制点处地面标高,加上扫需服务水头及水塔到控制点的两条干线水头损失的平均值,减去水塔处地面标高,来确定水塔的高度。
从水塔到管网的输水管计两条,每条计算流量为281.9÷2=140.9L/s,选定管径DN450。

v= 4Q/(πD²)=4×140.9/(3.14×0.452)=0.87<1.2m/s
查修正系数k值表和舍维列夫式的比阻α值表得：
k=1.045，α=0.1195
又管长为400m，所以水头损失为h=kαlq2= 0.99m。
水塔高度由距水塔较远且地形较高的控制点1确定,该点的地面标高为49.50m,水塔处地面标高54.62m,所需服务水压为24m,从水塔到控制点的水头损失取5-1-2-3-4和5-9-10-11-12-8-4两条干线的平均值,因此水塔的高度为：
Ht=49.5＋24＋½(1.26＋2.56＋5.05＋3.88＋1.90＋1.97＋4.47 ＋3.49－0.84＋1.45)＋0.99－54.62=32.47m
六、 附表
各管段的管径、管长、流量分配及校正、水力坡度、水头损失、摩阻系数和各环的校正流量从表中可见.
七、课程设计总结
给水工程是一类复杂的系统工程,通过为期五天的课程设计,巩固与运用了课堂所学的基本理论与基础知识,掌握了给水工程设计所需的资料及其应用方法,熟悉了设计步骤与相关的设计内容,学会了设计计算的方法,培养我学会了正确运用设计规范、设计手册、样本与参考资料、参考书籍的能力,并且使我学会分析和解决工程实际问题的能力。
通过本次课程设计,使我学会给水工程中的基本设计方法,受到专业工程师应具备的基本技能的初步训练,同时这次课程设计也培养
了我做事情认真谨慎的态度,使我意识到态度的重要性,正因为意识到这些所以缩短了时间,提高了计算效率,使我在规定的时间完成了任务。通过这次课程设计的锻炼为今后的进一步学习和系统训练打下坚实的基础.
八、参考工具书及参考资料
1 林选才、刘慈慰 主编,王素卿等副主编.«给水排水设计手册».北京：中国建筑工业出版社,2004
2 汪栩 主编,何达成 副主编.给水排水管网工程.北京：化学工业出版社,2006
3 张志刚 主编,杨开,刘俊 主编.给水排水工程专业课程设计.北京：化学工业出版社,2004
4 蒋白懿,李亚峰等编著.给水排水管道设计计算与安装.北京：化学工业出版社,2005
5 严煦世,范瑾初 主编,许保玖 主审.给水工程(第3版).北京：中国建筑工业出版社,2007
6 严煦世,赵洪宾.给水管网理论与计算.北京：中国建筑工业出版社,1986
7 许保玖,安鼎年.给水处理理论与设计.北京：中国建筑工业出版社,1992
8 许京琪等主编.给水排水新技术.北京：中国建筑工业出版社,1988
9 给水排水设计手册,第3,4册.北京：中国建筑工业出版社,1986

10 王乃忠,滕兰珍.水处理理论基础.成都：西安交通大学出版社,1988
11 范瑾初.混凝技术.北京：中国环境科学出版社,1992

2008.10.5
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