MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC - CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC potx

Th ự c hành 4: Mơ ph ỏ ng th ủ y l ự c v ớ i HEC-RAS MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 1: Chất lượng, hệ thống phân phối & thiết bị CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC Mục đích: • Tìm h

Trang 1

10/14/2010 1

-PGS TS NGUY Ễ N TH Ố NG

E-mail: nthong56@gmail.com or nthong56@yahoo.fr

Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong

Ch ươ ng 1 Ch ấ t l ượ ng, ht phân ph ố i n ướ c & thi ế t b ị

Ch ươ ng 2 Qu ả n lý cung - c ầ u trong c ấ p n ướ c.

Ch ươ ng 3 Mơ hình hố & thi ế t k ế ht c ấ p n ướ c.

Ch ươ ng 4: Phân tích m ạ ng l ướ i c ấ p n ướ c.

Ch ươ ng 5: N ướ c va trong đườ ng ố ng ch ả y cĩ áp.

Ch ươ ng 6 Quy ho ạ ch h ệ th ố ng thĩat n ướ c.

Ch ươ ng 7 Mơ hình hố & thi ế t k ế ht thốt n ướ c.

Ch ươ ng 8 Thốt n ướ c vùng tri ề u.

Ch ươ ng 9 Qu ả n lý v ậ n hành ht c ấ p và thốt n ướ c.

Ph ầ n m ề m SWMM & EPANET

NỘI DUNG

Thự c hành 1: Mơ hình d ự báo nhu c ầ u

n ướ c dùng v ớ i p/p H ồ i quy tuy ế n tính

Th ự c hành 2: Mơ ph ỏ ng m ạ ng l ướ i c ấ p

n ướ c v ớ i EPANET.

Th ự c hành 3: Mơ ph ỏ ng m ạ ng l ướ i thốt

n ướ c v ớ i SWMM.

Th ự c hành 4: Mơ ph ỏ ng th ủ y l ự c v ớ i

HEC-RAS

MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC

Chương 1: Chất lượng, hệ thống phân phối & thiết bị

CHƯƠNG 4

PHÂN TÍCH MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC Mục đích:

• Tìm hiểu bản chất vật lý sự làm việc đồng thời một hệ thống gồm nhiều loại công trình (đường ống, bơm, đài nước, bể chứa,…).

• Xác định ‘vùng cấp nước’ của các nguồn khác nhau trong hệ thống.

Chương 4: Phân tích mạng lưới cấp nước

PGS Dr Nguyễn Thống

HỆ THỐNG BƠM, ĐÀI NƯỚC VÀ ĐƯƠøNG ỐNG

Trong mạng lưới cấp nước sự hoạt động đồng thời

của bơm, đài nước và hệ thống đường ống phải

thỏa mãn các quy luật hoạt động của các hạng

mục

Đối với bơm, quan hệ giữa lưu lượng bơm hoạt động

và cột nước bơm tạo ra phải thỏa mãn đường cong

đặc tính của từng loại bơm

Đối với đài nước, lưu lượng ra hay vào đài tùy thuộc

vào cột nước của đài và áp lực nước tại nút mạng

lưới nơi nối vào đài vào cùng thời điểm

ĐƯỜNG CONG ĐẶC TÍNH BƠM

H (m)

Q (m 3 /s)

H tk

Q tk

Quan hê Q=f(H)

xá c đị nh t ư$ nha $

SX b ơ m

0 H=33.3-20.84.10 -5 Q 2

EPANET H(m), Q(l/s)

Trang 2

10/14/2010 7

Trong đó Q tk và H tk chỉ lưu lượng và cột nước

thiết kế của bơm.

Khi hoạt động với các thông số thiết kế này

bơm sẽ có hiệu suất cao nhất.

Vì một lý do nào đó, bơm phải hoạt động trong

điều kiện khác giá trị thiết kế hiệu suất sẽ

giảm và sự giảm hiệu suất sẽ càng tăng khi

sự khác biệt càng lớn.

HIỆU SUẤT BƠM

H tk

Q (m 3 /s)

Q tk

ηηηη1 > ηηηη2 Chương 4: Phân tích mạng lưới cấp nước

0

dh0

Q0

dh (m)

Q (m 3 /s) O

Xet đoạn ống bất kỳ Quan hệ giữa tổn thất năng

lượng dh (m) và lưu lượng đi qua Q(m 3 /s), một cách

tổng quát có dạng sau:

m KQ

dh =

PHÂN TÍCH

ĐỒNG THỜI CÁC HẠNG MỤC TRONG

TR ƯỜ NG H Ợ P 1 ( B Ơ M+ Ố NG+ ðỊ A HÌNH)

X ác đị nh Q 0

Bơm sử dụng đã được xác định (biết đường cong

đặc tính bơm).

Đọan đường ống (ij) với đặc trưng hình học của

ống đã cho trước (chiều dài, đường kính, hệ số

nhám, quy luật tổn thất năng lượng)

Cuối đường ống dẫn đưa nước đến một cao trình h j

đã biết ( đị a hình)

Xác định lưu lượng Q 0 qua ống

• Sơ đồ có thể mô tả như sau:

ðặ c tí nh b ơ m

X

Mặt chuẩn

h i

V x ?

h

=f(Q)

Q

dh =g(Q)

h

dh

Q x 0 (h đị a hình)

H

Quy lu ậ t thủ y l ự c

Trang 3

10/14/2010 13

Giá trị lưu lượng qua ống (cũng là lưu lượng

bơm) xác định như sau:

năng lượng trong đường ống dh

h của bơm từ đường cong đặc tính bơm

h x = h – (dh+V x /2g)

So sánh giá trị hxvà hj(h đị a hình):

sẽ giảm đến khi nào hx=hj

sẽ tăng đến khi nào hx=hj (Quá trình thay đổi Qx giá trị dh thay đổi theo)

Kết luận :

lưu lượng bơm không phải là giá trị áp

đặt “chủ quan” vào hệ thống.

kết quả từ sự cân bằng làm việc phối

hợp giữa đặc tính đường ống, bơm và

điều kiện “biên”.

TR ƯỜ NG H Ợ P 2 ( B Ơ M+ Ố NG+Q0)

Xác định hi

• Giả thiết bơm sử dụng đã được xác định

(biết đường cong đặc tính bơm) và một đọan đường ống (ij) với đặc trưng hình học của ống đã cho trước (chiều dài, đường kính, hệ số nhám, quy luật tổn thất năng lượng)

Đường ống tải lưu lượng thiết kế Q 0 cho trước

Giá trị cột nước đo áp sẽ được xác định

với giá trị duy nhất như sau:

Đường ống tải qua lưu lượng Q0

tổn thất năng lượng xác định được dh

(theo đường quy luật thủy lực).

Q0 từ đường đặc tính bơm h bơm.

Cột nước đo áp tại cuối đường ống là:

h j = h – (dh+V 0 /2g) với V 0 =Q 0 /S trong đó S là tiết diện đường ống.

Trên cơ sở lý luận này cho phép khảo sát sự thay đổi cột nước đo áp tại cuối đường ống khi lưu lượng lấy qua ống thay đổi

tăng do đó h j giảm (tốc độ giảm không phải là tuyến tính).

Trang 4

10/14/2010 19

• Khảo sát một hệ thống đơn giản gồm bơm X,

đài nước Nối liền bơm và đài nước là một

đường ống với các thông số đã biết Giả

thiết tại một thời điểm khảo sát mực nước

trong đài đã xác định H đ & V x đ ã bi ế t

• Xác định trạng thái nước ra (vào) đài và lưu

lượng bơm Q b

S Ơ ðỒ H Ệ TH Ố NG

Mặt chuẩn

Q b =?

H d

Q x ?

x

Q đ =?

Gi ả thi ế t Q bơmH bơm

Tính t ổ n th ấ t dh X-A

So sánh (H bơm - dh X-A ) & H đ

Tr ườ ng h ợ p 1 : (H bơm - dh X-A ) > H đ

N ướ c vào đ ài.

Cĩ V x (Q x ) tính n ă ng l ượ ng t ạ i B:

E B = z+p/ρρρρg+V x /2g = H x +V x /2g

Tính E t ạ i A p : E A p

E A p = E B +dh AB

So s ánh E A p và E đ , cĩ 2 kh ả n ă ng x ả y ra:

Tr ườ ng h ợ p 1 : E A p > E đn ướ c vào v ớ i l ư u

l ượ ng Q đ xác đị nh nh ư sau:

Gi ả thi ế t giá tr ị Q bơm v ớ i Q bơm > Q x

Tra quan h ệ xác đị nh H bơm

Tính dh X-A

Tính E A T = H bơm - dh X-A

N ế u E A T > E A Pt ă ng Q bơm cho đế n khi

E A T = E A P & Q đài = Q bơm – Q x

N ế u E A T < E A Pgi ả m Q bơm cho đế n khi

E A T = E A P & Q đài = Q bơm - Q x

Tr ườ ng h ợ p 2 : E A p < E đn ướ c ra v ớ i l ư u

l ượ ng Q đ xác đị nh nh ư sau:

Gi ả thi ế t giá tr ị Q bơm v ớ i Q bơm < Q x

Tra quan h ệ xác đị nh H bơm

Tính dh X-A

Tính E A T = H bơm - dh X-A

N ế u E A T > E A Pt ă ng Q bơm cho đế n khi

E A T = E A P & Q đài = Q bơm - Q x

Trang 5

10/14/2010 25

Với Q x đã xác định (V x biết), xác định dh AB

H A p =(H x +V 0 /2g) +dh AB

Nếu H A > H đ nước đi vào đài với lưu luợng Q đ

như sau:

• Giả thiết giá trị Q b (với Q b > Q x ) h bơm &

tính tổn thất năng lượng trong đoạn ống từ X

đến A là dh XA

giá trị giả thiết Q b và ngược lại Chọn giá trị

Q b khi: H A = H A (*)

Nếu H A < H đ nước đi ra khỏi đài Q đ xác định như sau:

• Giả thiết giá trị Q b (với Q b < Q x ) h bơm &

tổn thất năng lượng trong đoạn ống từ X đến A là dh XA

Nếu HA> HA(*) tăng giá trị giả thiết Qb

và ngược lại Chọn giá trị Qbkhi:

HA= HA(*)

Lưu lượng nước đi ra khỏi đài là :

Qđ=Qx- Qb.

Nhận xét:

Lưu lượng của bơm không phụ thuộc

vào áp đặt “chủ quan” mà lưu lượng bơm sẽ thay đổi theo từng tình huống cụ thể của hệ thống.

Đây là điểm cần phải lưu ý khi mô phỏng hệ thống mạng lưới cấp nước theo thời gian sử dụng từ các phần mềm.

BÀI TẬP Trình bày phương pháp xác định phân phối lưu lượng

trong các ống của các mạng lưới sau Giả thiết quy

luật thủy lực, thông số về đường ống và sơ đồ

mạng lưới đã biết.

3

4

3

Z 0

Z 1

Z 2

Z 3 (<Z 0 )

Z 4 (<Z 0 )

Q 3 =?

Q 4 =?

Sơ đồ hệ thống

Bơm X biết đường đặc tính, cao độ các nút và đặc trưng hình học ống biết

Bơm X

Z 0

Z 1

Z đ

Z 2

4

3

Q 4

Bể chứa

Đài nước

Tính Q 4 & Q trong

cá c đoạ n ố ng ?

M ặ t chu ẩ n

Trang 6

10/14/2010 31

LAN TRUYỀN CHẤT TRONG

MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG ỐNG

Giới thiệu vấn đề:

- Xử lý hóa học nước cấp.

- Đánh giá khu vực phục vụ khác

nhau của hệ thống nhiều nhiều

nguồn cấp.

Bài toán đặt ra nhằm giải quyết vấn đề khuếch tán (số hạng « diffusion ») của chất khử trùng (ví dụ clo) được đưa vào mạng lưới Ngoài hệ phương trình thủy lực giới thiệu trên, ta còn có phương trình đối lưu (số hạng « advection ») của chất đưa vào như sau:

( )ij ij

ij ij

c x

c A

q t

c

θ +

∂

−

=

∂

*

trong đó :

• c ij : nồng độ chất khử trùng trong đoạn đường ống

(ij); được xem như là một hàm số theo khoảng cách

và thời gian; kg/m 3

• x ij : chiều dài dọc theo ống (ij).

• q ij : lưu lượng trong đường ống (ij).

• A S : tiết diện.

• tỷ lệ chất khử trùng trong đường ống (ij),

kg/m 3 /ngày.

( )x t c

c ij = ij ij,

( )c ij

θ

Dùng kết qủa bài toán thủy lực (q ij ) đã biết, thế vào phương trình trên (dạng sai phân) để xác định C ij (t)

Phương trình sai phân áp dụng cho toàn bô các đường ống và bổ sung các phương trình biểu thị điều kiện bào toàn chất tại các điểm nút mạng lưới cho phép nhận được số lượng phương trình cần thiết để giải tìm các ẩn số.

Ví dụ áp dụng với phần mềm EPANET.

BÀI TẬP

Cho mạng lưới sau Giả thiết các đường ống

(1,2,12,13) có d=250mm, còn lại có d=200mm

và L=150m Cao độ các nút mạng lưới là 0m

Cao độ đáy đài nước 20m Các điểm lấy

nước với lưu lượng trung bình q tb =25 l/s Các

điểm lấy nước 2,3,4,5 có pattern N 1 là k=1,15

từ 6h, 20h và k=0 giờ còn lại Các điểm lấy

nước 6,7,8,9 có pattern N 1 là k=1,2 từ 8h, 22h

và k=0 giờ còn lại Nước được cấp từ 2 nút

như sơ đồvới 2 bơm A(Q=20l/s, H=30m) và

B(Q=100l/s, H=25m).

S Ơ ðỒ M Ạ NG L ƯỚ I

1 2

5

7 6

8 9

11

12

A

B Đài nước

Tìm ranh giới nước cấp (gần đúng) vào lúc 10h và 20h.

Trang 7

10/14/2010 37

HEÁT CHÖÔNG 4

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	367,58 KB