[發(fā)明專利]一種計(jì)算多點(diǎn)取水口水頭損失系數(shù)及支管流量分配的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010558405.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111611724B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段亞飛;紀(jì)平;趙懿珺;韓瑞;劉昭偉;吳一紅;袁玨;張強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06Q10/06;G06F113/14
• 代理公司: 北京國(guó)林貿(mào)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11001
• 代理人: 袁建水

本發(fā)明涉及一種計(jì)算多點(diǎn)取水口水頭損失系數(shù)及支管流量分配的方法，包括：輸入和確定多點(diǎn)取水口結(jié)構(gòu)和尺寸信息；確定水頭損失系數(shù)；確定交匯口的水頭損失系數(shù)形式；預(yù)估或調(diào)整試算流量；試算各支管處的水頭損失系數(shù)；比較兩條流路徑計(jì)算的水頭損失；整體計(jì)算。本發(fā)明利用兩個(gè)方向流的水頭損失系數(shù)迭代計(jì)算對(duì)各個(gè)支管的流量進(jìn)行調(diào)整和水頭損失系數(shù)反復(fù)計(jì)算最終能夠較為精確計(jì)算出水頭損失和流量分配比例，無(wú)需專門建造模型進(jìn)行模擬，就能夠得到較為精確的水頭損失和流量分配比例，大大節(jié)約的設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，是一種十分優(yōu)越的解決方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種計(jì)算多點(diǎn)取水口水頭損失系數(shù)及支管流量分配的方法，是一種管道水力學(xué)計(jì)算方法，是一種適用于沿岸工業(yè)采用離岸多點(diǎn)取水方式時(shí)，快速計(jì)算取水口水頭損失及各支管進(jìn)流量的方法。

背景技術(shù)

串聯(lián)多點(diǎn)式取水口是指環(huán)境水體通過(guò)串聯(lián)布置的多個(gè)吸水支管依次匯入母管進(jìn)入用水端的取水設(shè)施，主要用于取水量大、近岸灘質(zhì)條件差、岸坡緩、低水位時(shí)水邊界離岸較遠(yuǎn)，或是對(duì)水質(zhì)要求較高的情形，是火、核電廠等沿岸工業(yè)最常用的床式離岸取水型式之一。明確取水口的水頭損失是取水工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，多點(diǎn)取水口因管路結(jié)構(gòu)和內(nèi)部流態(tài)較為復(fù)雜，取水口整體水頭損失系數(shù)確定困難，實(shí)際應(yīng)用中無(wú)可直接的參考值；同時(shí)，因連續(xù)匯流管道的水頭損失積累，多點(diǎn)取水口各支管的進(jìn)流是不均勻的。明確各支管的進(jìn)流量，對(duì)于取水口結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和進(jìn)水流速設(shè)計(jì)，以及管道防淤堵、防氣蝕、防生物卷?yè)p等方面至關(guān)重要。目前，多點(diǎn)取水口的水頭損失系數(shù)和流量分配的確定尚無(wú)明確手冊(cè)或規(guī)范參考，工程實(shí)踐中一般開(kāi)展尺縮模型試驗(yàn)進(jìn)行估計(jì)，需要的時(shí)間和成本較高，在初步設(shè)計(jì)階段很難實(shí)現(xiàn)。因此，亟需一種快速計(jì)算多點(diǎn)取水口水頭損失及流量分配的有效方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種計(jì)算多點(diǎn)取水口水頭損失系數(shù)及支管流量分配的方法。所述的方法利用連續(xù)復(fù)合管流中的水流守恒原理、任意兩斷面間的水頭損失在各流路徑中相等且總機(jī)械能損失最小原理，結(jié)合交匯管流的水頭損失與流量分配的關(guān)系，提出了串聯(lián)多點(diǎn)取水口水頭損失系數(shù)及支管流量分配的迭代計(jì)算方法，為指導(dǎo)沿岸工業(yè)取水的多點(diǎn)取水口設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種計(jì)算多點(diǎn)取水口水頭損失系數(shù)及支管流量分配的方法，所述的方法所計(jì)算的多點(diǎn)取水口設(shè)施包括：埋設(shè)在水底海床中的母管，所述的母管設(shè)置多個(gè)匯口，各個(gè)所述的匯口上分別豎直連接支管，各個(gè)支管頂端設(shè)有浸沒(méi)在水中的吸水頭，所述的方法包括如下步驟：

步驟1，輸入和確定多點(diǎn)取水口結(jié)構(gòu)和尺寸信息：包括：多點(diǎn)取水口的母管橫截面面積A、各支管形狀、支管長(zhǎng)度l_i和支管橫截面面積A_i；支管與母管的交匯口圓滑半徑r，i為自上游向下游排列的支管編號(hào)，i＝1，2……，n；各支管間距L；流動(dòng)雷諾數(shù)Re，管材粗糙高度；

步驟2，確定管道阻力系數(shù)：根據(jù)水力學(xué)計(jì)算手冊(cè)、管材粗糙高度和雷諾數(shù)，明確吸水頭局部阻力系數(shù)K_in和母管及支管的沿程摩阻系數(shù)K_f；

步驟3，確定交匯口處水頭損失系數(shù)形式：根據(jù)支管與母管的形狀、過(guò)流面積比及交匯角和圓滑半徑，根據(jù)Gardel公式確定匯流管水頭損失系數(shù)K_→c的計(jì)算形式，第i個(gè)匯口的損失系數(shù)包括第i支管的支管匯入損失系數(shù)K_i,b→c和自上游母管流過(guò)第i號(hào)匯口的貫穿流損失系數(shù)K_i,t→c；Gardel公式形式如下：

K_t→c為母管貫穿流的水頭損失系數(shù)，K_b→c為支管匯入水頭損失系數(shù)，下標(biāo)b代表支管匯入，下標(biāo)t代表上游母管匯入，下標(biāo)c代表母管下游，θ為支管與母管上游夾角，T型匯口時(shí)θ＝π/2。無(wú)量綱數(shù)R_Q為支流與下游主流的流量比；R_A為支管與母管的面積比。考慮圓滑角交匯情形，r是交匯口處的圓滑半徑。