›
›

Bài giảng Mạng lưới cấp thoát nước - Chương 3: Mô hình hóa và thiết kế hệ thống cấp nước

pdf 12 trang hapham 2250
Download
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Mạng lưới cấp thoát nước - Chương 3: Mô hình hóa và thiết kế hệ thống cấp nước", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mang_luoi_cap_thoat_nuoc_chuong_3_mo_hinh_hoa_va_t.pdf

Nội dung text: Bài giảng Mạng lưới cấp thoát nước - Chương 3: Mô hình hóa và thiết kế hệ thống cấp nước

  1. TR ƯNG ðI H C BÁCH KHOA TP. HCM MNG L ƯI C P THOÁT N ƯƠ ÙC Khoa KTXD - B môn KTTNN NI DUNG MÔN H C Ch ươ ng 1. Ch t lưng, ht. phân ph i nưc & thi t b. Ch ươ ng 2. Qu n lý cung - cu trong cp nưc. Ch ươ ng 3. Mô hình hoá & thi t k ht. cp nưc. Ch ươ ng 4: Phân tích mng lưi cp nưc. Ch ươ ng 5: Nưc va trong ñưng ng ch y có áp. Ch ươ ng 6. Quy ho ch h th ng thóat nưc. Ch ươ ng 7. Mô hình hoá & thi t k ht. thoát nưc. PGS. TS. NGUY N TH NG Ch ươ ng 8. Thoát nưc vùng tri u. Ch ươ ng 9. Qu n lý vn hành ht. cp và thoát nưc. E-mail: nthong56@gmail.com or nthong56@yahoo.fr Ph n mm SWMM & EPANET Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong 10/14/2010 1 10/14/2010 2 Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 1 : Chaát löôïng, heä thoáng phaân phoái & thieát bò Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc NI DUNG CHÖÔNG 3 MOÂ HÌNH HOAÙ & THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG Th c hành 1: Mô hình d báo nhu cu CAÁP NÖÔÙC nưc dùng vi p/p Hi quy tuy n tính Noäi dung: Th c hành 2: Mô ph ng mng lưi cp - Moâ hình hoaù heä thoáng caáp nöôùc nưc vi EPANET. - Lyù thuyeát laäp moâ hình Th c hành 3: Mô ph ng mng lưi thoát nưc vi SWMM. - Moâ phoûng heä thoáng caáp nöôùc Th c hành 4: Mô ph ng th y lc vi HEC- - Moâ phoûng heä thoáng vôùi phaàn meàm Epanet RAS 10/14/2010 3 10/14/2010 4 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc KIEÁN THÖÙC CAÀN THIEÁT - Lyù thuyeát thuûy löïc cô baûn; - Kieán thöùc thöïc teá veà vaän haønh moät heä thoáng phaân MOÂ HÌNH HOA ÙÙ HE ÄÄ THO ÁÁNG phoái nöôùc. MUÏC ÑÍCH MOÂ PHOÛNG PHAÂN PHO ÁÁI N ÖÔÙÙC - Quy hoaïch toång theå daøi haïn; - Söï phuïc hoài; - Caùc nghieân cöùu veà chöõa chaùy; - Quan saùt chaát löôïng; - Quaûn lyù naêng löôïng; - Thieát keá heä thoáng; 10/14/2010 5 - 10/14/2010Nhu caàu vaän haønh, öùng phoù & xöû lyù söï coá haøng ngaøy.6 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 1
  2. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Quy hoaïch toång theå daøi haïn: Söï phuïc hoài: Xaùc ñònh caùc döï aùn phaùt trieån chính ñeå ñaûm  Nhaän bieát caùc haïng muïc (ñöôøng oáng, van, beå baûo chaát löôïng phuïc vuï töông lai. chöùa, ) ñaõ xuoáng caáp caàn phaûi thay theá.  Nhaän ra caùc vuøng coù nguy cô ’tieàm aån’ (aùp  Moâ hình thuûy löïc cho pheùp ñaùnh giaù caùc khaû suaát thaáp, chaát löôïng nöôùc, ). naêng coù theå xaûy ra vôùi caùc phöông aùn caûi taïo  Xaùc ñònh quy moâ vaø vò trí ñöôøng oáng chuyeån khaùc nhau  phöông aùn caûi taïo kinh teá nhaát. nöôùc, traïm bôm, coâng trình tröõ nöôùc ñeå ‘ñaûm baûo’ khoâng xaûy ra veà söï thay ñoåi löu löôïng, aùp suaát vöôït quaù cho pheùp. 10/14/2010 7 10/14/2010 8 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Theo doõi chaát löôïng nöôùc: VAÄN HAØNH HAØNG NGAØY  Moâ hình moâ phoûng coù theå moâ phoûng: tuoåi nöôùc, chaát ñaùnh daáu nguoàn, phaân boá noàng ñoä Khi vaän haønh caàn ñaûm baûo: hoaù chaát (ví duï Clo dö). - aùp suaát; Quaûn lyù naêng löôïng: Ngoaøi chi phí baûo döôõng vaø söûa chöõa haï taàng, - löu löôïng; chi phí naêng löôïng bôm & quaûn lyù chieám tyû leä - möïc nöôùc trong caùc ñaøi. lôùn.  Moâ phoûng thuûy löïc cho pheùp ñaùnh giaù hieäu  dao ñoäng trong phaïm vi cho pheùp. quaû tieâu thuï naêng löôïng bôm (hieäu suaát chaïy cuûa bôm). 10/14/2010 9 10/14/2010 10 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc THEÅ HIEÄN MOÂ HÌNH CAÁP NÖÔÙC - Ñaøi nöôùc: - Beå chöùa.  Laø moät nuùt bieân. Trong moâ hình ñöôïc theå hieän baèng moät nuùt ôû  Ñöôøng ño aùp thay ñoåi theo doøng chaûy vaøo, ra bieân. ñaøi.  Dung tích höõu haïn (gioáng thöïc teá). Xem ñoù laø nguoàn nöôùc caáp ‘voâ haïn’ cho heä thoáng.  Caùc thoâng soá khi moâ phoûng ñaøi: ñoä cao ñaùy, ñöôøng kính, trong tröôøng hôïp ñaøi hình truï Trong moâ hình hoaù maïng löôùi duøng ñeå moâ taû: [neáu daïng khaùc  W=f(h), chieàu saâu nöôùc  ao gieáng nöôùc ngaàm. trong ñaøi], caùc möïc nöôùc ban ñaàu (t=0), möïc  beå chöùa nöôùc saïch sau traïm xöû lyù cuûa bôm nöôùc thaáp nhaát & möïc nöôùc cao nhaát. 10/14/2010caáp 1. 11 10/14/2010 12 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 2
  3. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc THOÂNG SOÁ MOÂ PHOÛNG ÑAØI NÖÔÙC COÙ 3 LOAÏI ÑAØI NÖÔÙC CÔ BAÛN MN lôùn nhaát - Ñaøi noåi vôùi maët nöôùc töï do pa MN ban ñaàu h MN thaáp nhaát - Ñaøi coù aùp (ñaøi thuûy löïc neùn khí) Cao trình ñaùy ñaøi - Ñaøi duøng bôm. Q W=f(h) Caùc ñaøi nöôùc cuõng giöõ vai troø nhö ñieåm nguoàn cung caáp nöôùc saïch. 10/14/2010 13 10/14/2010 14 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc ÑAØI NEÙN KHÍ Moái noái: Nuùt maïng löôùi. Laø loaïi ñaøi kín, moät phaàn ñöôïc laøm ñaày bôûi khí  Vò trí giao nhau cuûa hai hay nhieàu ñöôøng oáng. neùn. Noù coù theå ôû vò trí ‘thaáp’ trong heä thoáng  Nôi coù theå laáy löu löôïng so vôùi yeâu caàu ñaøi nöôùc coù maët thoaùng töï do: Ñöôøng oáng q Bình neùn khí p>p a MNmax d1 d d1 2 Vhieäu qiaû d MNmin 2 d3 Bôm  Thoâng soá moái noái: cao trình & löu löôïng TB (vôùi patten töông öùng) vaøo (ra nuùt) neáu coù. 10/14/2010 15 10/14/2010 16 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Ñoaïn (ñöôøng) oáng Thoâng soá: Chieàu daøi (l), ñöôøng kính  Giôùi haïn giöõa 2 moái noái (nuùt). (mm), heä soá nhaùm.  Quy öôùc coù d khoâng ñoåi. Trong caùc moâ hình moâ phoûng ngöôøi ta ñöa vaøo giaù trò ñöôøng kính ñònh danh.  Khi tính toaùn thuûy löïc  Khoâng coù löu löôïng ra (vaøo) doïc tuyeán (trong tröôøng hôïp coù löu löôïng doïc tuyeán  quy ñoåi gaàn ñuùng veà löu löôïng taäp D ngoaøi trung ôû nuùt 2 ñaàu). d thöïc 10/14/2010 17 10/14/2010 18 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng D ñnh danh 3
  4. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Maùy bôm: ÑÖÔØNG CONG ÑAËC TÍNH BÔM Thieát bò boå sung naêng löôïng cho heä thoáng H (m) döôùi daïng naâng coät nöôùc (aùp suaát). Quan hê Q=f(H) xá c ñnh tư nha Caùc thoâng soá veà bôm : SX bơm  Ñöôøng ñaëc tính H ~ Q Htk  Ñöôøng ñaëc tính ηηη ~ Q, H H=33.3-20.84.10 -5Q2  Ñöôøng ñaëc tính N ~ Q, H  EPANET H(m), Q(l/s)  Ñöôøng ñaëc tính [Hck ]cp ~ Q 3 0 Qtk Q (m /s) 10/14/2010 19 10/14/2010 20 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Van :  Thay ñoåi löu löôïng ñi qua thoâng qua vieäc thay ñoåi söùc caûn ñoái vôùi doøng chaûy. - Van caùch li; - Van moät chieàu; (a)vane roâbinet, (b) vane böôùm, - Van giöõ cao ñoä; (c)vane clapet 1 chieàu, - Van xaû khí & phaù chaân khoâng; (d) vane giaûm aùp - Van giaûm aùp; - Van khoáng cheá (löu löôïng). 10/14/2010 21 10/14/2010 22 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Sô ñoà minh hoaï söï laøm vieäc VAN GI M ÁP Sô ñoà minh hoaï söï laøm vieäc VAN GI ÁP (H=Z+p/γγγ) Toång coät nöôùc Toång coät nöôùc H khi khoâng coù H khi khoâng coù Möùc thaáp Beå chöùa van giaûm aùp Beå chöùa van giöõ aùp γγγ ∆∆∆H nhaát treân ñoài p/ treân ñoài ∆∆∆ H khi coù van H p/ γγγ khi k/coù van! Vuøng phuïc vuï treân cao Z H khi coù van Vuøng phuïc vuï treân cao Van giaûm aùp Van giöõ aùp Maët chuaån 10/14/2010 23 10/14/2010 24 PGS. Dr. Nguy n Th ng Vuøng phuïc vuï döôùi thaáp PGS. Dr. Nguy n Th ng Vuøng phuïc vuï döôùi thaáp 4
  5. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc LYÙ THUYEÁT LAÄP MOÂ HÌNH Bôm Ñoaïn oáng  Phaân tích thuûy löïc Nuùt  Phaân tích chaát löôïng nöôùc (ñieåm laáy nöôùc) Beå chöùa Ñaøi nöôùc 10/14/2010 25 10/14/2010 26 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG ÑÖÔØNG DAØI Coøn goïi laø toån thaát coät nöôùc bao goàm: - Darcy-Weisbach: 8fLQ 2 dh = - Toån thaát doïc ñöôøng (ñöôøng daøi) do ma saùt L gD 5π giöõa doøng chaûy vaø thaønh oáng. - Toån thaát cuïc boä do söï roái loaïn doøng chaûy sinh ,1 852 - Hazen-Williams: = 10 7, LQ ra khi doøng chaûy thay ñoåi phöông ñoät ngoät dh L 4,87 ,1 852 hoaëc qua choã noái oáng, thay ñoåi tieát dieän chaûy D C ñoät ngoät. 10 n3, 2LQ 2 - Manning: dh = L D5,33 10/14/2010 27 10/14/2010 28 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc dh (m) toån thaát coät nöôùc - Federov: 1 ∆e a L = −2lg( + 2 ) Q (m 3/s) löu löôïng qua oáng f 13 .68R Re D (m) ñöôøng kính oáng f heä soá ma saùt: ∆- e ñoä nhaùm töông ñöông, R baùn kính thuûy löïc. 1 ∆e 2.51 - Colebrook-White: = −2lg( + ) - Re soá Reynold, a 2 phuï thuoäc tính nhaùm thaønh oáng f 7.3 D Re f & chaát lô löûng. - Swamee-Jain: - n heä soá nhaùm (0.01  0.025) 0.25 f = - C heä soá phuï thuoäc loaïi vaø tình traïng oáng (50   ∆e 5.74 2 140) ln( + )  7.3 D Re 9.0  10/14/2010 29 10/14/2010 30 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 5
  6. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Caùc phöông phaùp tính thuûy löïc maïng löôùi: - Maïng löôùi cuït: Phöông phaùp tröïc tieáp (Q, H). TÍNH THU ÛÛY L ÖÏC - Maïng löôùi voøng : MA ÏÏNG L ÖÔÙÙI  Phöông phaùp Hardy Cross (giaûi laëp).  Phöông phaùp caân baèng löu löôïng nuùt (ma traän). PHAÂN PHO ÁÁI N ÖÔÙÙC  Phöông phaùp toång quaùt (Epanet). - Maïng löôùi hoãn hôïp (cuït+voøng):  Phöông phaùp taùch thaønh maïng löôùi cuït + maïng löôùi voøng.  Phöông phaùp toång quaùt. 10/14/2010 31 10/14/2010 32 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc TÍNH THUÛY LÖÏC MAÏNG LÖÔÙI TÍNH THUÛY LÖÏC MAÏNG LÖÔÙI BAÈNG PHÖÔNG • Muïc ñích : Xaùc ñònh phaân phoái löu löôïng trong PHAÙP CAÂN BAÈNG L/L NUÙT dh ñöôøng oáng (hoaëc coät nöôùc ño aùp taïi caùc nuùt) theo Ñöôøng p/ γγγ thôøi gian (moâ phoûng thuûy löïc maïng löôùi). c/nöôùc ño aùp Hj Q(i) z • Phöông phaùp: H=z+p/γγγ j – Maïng löôùi hôû (cuït): Giaûi tröïc tieáp töø cuoái maïng = m = ' Hk dh Q.K K Q (cuoái ñöôøng oáng nhaùnh) veà ‘nguoàn’. Xem lyù o k o thuyeát trong Cô chaát loûng hoaëc Caáp thoaùt nöôùc. Quan heä Q vaø dh, Q (m 3/s) : löu löôïng qua oáng – Maïng löùôi voøng: Phöông phaùp ñuùng daàn Hardy Cross, Phöông phaùp caân baèng löu löôïng nuùt (ma dh (m) toån thaát naêng löôïng traän). K heä soá phuï thuoäc ñaëc tính oáng, Q (quan heä phi tuyeán) 10/14/2010 33 H=z+p/10/14/2010 γ coät nöôùc ño aùp toaøn phaàn, m=1 2 34 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc PHÖÔNG PHAÙP CAÂN BAÈNG LÖU LÖÔïNG NUÙT Xeùt quan heä toån thaát naêng löôïng vaø löu löôïng qua 1 TÍNH THU ÛÛY L ÖÏC ñoaïn oáng cô baûn i: Teân oáng Taïi nuùt k: i = ∆ i = ( i − i ) MA ÏNG L ÖÔÙI Qk ki H ki H k H j MA ÏNG L ÖÔÙI Taïi nuùt j: Q i = −k (H i − H i ) PP. CAÂN BA ÈÈNG j i k j Teân nuùt Vieát döôùi daïng ma traän ta coù: LÖU L ÖÔÏÏNG NU ÙÙT Q i   1 −1H i   k  = k  k  i i −  i Q j   1 1 H j  i i 10/14/2010 35 10/14/2010  (daïng ma traän) = 36 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng Q K i H 6
  7. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc HEÄ THOÁNG P/T CHO SÔ ÑOÀ MAïNG LÖÔÙI 6 TOAØN MAÏNG LÖÔÙI 9 4 4 • Ñeå thieát laäp heä phöông trình bieåu dieãn 2 1 C6 cho toaøn maïng löôùi, ta seõ döïa vaøo 1 3 nguyeân taéc caân baèng löu löôïng laàn löôït 5 7 6 taïi caùc nuùt. 2 C1 C5 • Ñeå ñôn giaûn, ta xeùt ví duï cho moät maïng 3 8 5 löôùi ñôn giaûn sau: 10/14/2010 37 10/14/2010 38 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Ta goïi Cj laø löu löôïng vaøo (hoaëc ra) heä thoáng maïng • Ví duï taïi nuùt j=5 cho maïng löôùi neâu treân ta löôùi taïi nuùt j vôùi quy öôùc: coù phöông trình caân baèng löu löôïng nhö sau: • Cj > 0 : löu löôïng ñi vaøo nuùt 5 + 7 + 8 = (1) Tên ñon ng • Cj < 0 : löu löôïng ra khoûi nuùt Q5 Q5 Q5 C5 Söï caân baèng löu löôïng taïi moät nuùt baát kyø j cho pheùp ta vieát: • Xeùt phaàn töû ñöôøng oáng i=5 ta coù: Tên nút Trong các ñon ng Q i = C hi t v nút ∑ j j Q 5   1 −1 H  i 5 = 5   k5     • vôùi chæ soá i bieåu thò taát caû caùc ñöôøng oáng hoäi tuï veà Q 5 −1 1  H  nuùt j.  2  2 10/14/2010 39 10/14/2010 40 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Xeùt phaàn töû ñöôøng oáng i=7 ta coù: Thay vaøo phöông trình caân baèng nuùt vaø thu goïn ta coù: Q 7   1 −1 H   4  = k 4 −k H −k H −k H +(k +k +k )H =C (1) 7 7 −    5 2 8 3 7 4 5 8 7 5 5 Q5   1 1  H 5  Ví duï taïi nuùt j=1 : Xeùt phaàn töû ñöôøng oáng i=8 ta coù: Vôùi nuùt naøy ta coù 2 phaàn töû i=1 vaø i=2 lieân keát vaøo nuùt. Xeùt phaàn töû i=1 ta coù: Q 8   1 −1 H  3 = 3 1 −   k8     Q   1 1 H  Q 8 −1 1  H   1  = k 1  5  5 1 1 −    Q2   1 1  H 2  10/14/2010 41 10/14/2010 42 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 7
  8. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Xeùt phaàn töû i=2 ta coù: Ta coù theå toång quaùt hoaù ra quy luaät chung vaø vieát Q 2   1 −1 H  döôùi daïng ma traän toång theå nhö sau: 1 = 1   k 2     (k +k ) −k −k 0 0 0 H C 2 −1 1 H 1 2 1 2 1 1 Q3     3   ()+ + + − − −      k1 k3 k4 k5 k3 k4 k5 0 H2 C2 Thay vaøo phöông trình caân baèng nuùt ta coù:  ()k +k +k +k −k −k 0  .  .  2 3 6 8 6 8 =  ()+ + + − −      k4 k6 k7 k9 k7 k9 .  .   ()+ +     DX k5 k7 k8 0 . . (k + k )H − k H − k H = C (2)      1 2 1 1 2 2 3 1  k9 H6 C6 10/14/2010 43 10/14/2010 Chuù yù: Ma traän [K] ñoái xöùng 44 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc CHÚ Ý SÔ ÑOÀ MAïNG LÖÔÙI 6 Trong ph ươ ng pháp gi i lp 9 2 4 4 Hardy Cross  n s là lưu 1 C6 lưng Q trong các ñon ng. 1 i 3 5 7  Trong ph ươ ng pháp ma tr n 6 C 2 C  n s là ct nưc ño áp H 1 5 3 8 5 ti các nút ca mng lưi. 10/14/2010 45 10/14/2010 46 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc ÑIEÀU KIEÄN BIEÂN • Phöông phaùp 1: (Duøng trong p/p PTHH) • Tröôùc khi tieán haønh giaûi heä phöông trình tuyeán Giöõ nguyeân heä phöông trình cuûa maïng löôùi, tính treân, caùc ñieàu kieän bieân aùp duïng trong chæ tieán haønh bieán ñoåi haøng thöù i trong heä maïng löôùi phaûi ñöôïc ñöa vaøo heä phöông trình. phöông trình. Thoâng thöôøng ta coù 2 loaïi ñieàu kieän bieân cô ≠≠≠ Cho taát caû caùc heä soá kij =0 neáu i j, kij =1 neáu baûn sau ñaây: i=j vaø thay Ci=H i: giaù trò coät nöôùc bieát taïi  Hi : bieát ti nút i nuùt i.  Ci : bieát ti nút i  ho c cho kii =A (A giá tr rt « ln ») và thay Ci bi A.H i (H i là giá tr ñiu ki n biên ñã bi t ca Trong tröôøng hôïp thöù 1, vôùi Hi bieát tröôùc, giaù trò naøy seõ ñöôïc xöû lyù vaøo heä phöông trình baèng 1 H ti nút i). 10/14/2010 47 10/14/2010 48 PGS.trong Dr. Nguy 2 phöôngn Th ng phaùp sau: PGS. Dr. Nguy n Th ng 8
  9. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc • Phöông phaùp 2: Baøi taäp: Vieát ma traän bieåu thò sô ñoà maïng Thay giaù trò H ñaõ bieát vaøo phöông trình löôùi thuûy löïc sau (n s là Hi): i 1 vaø bieán ñoåi thích hôïp ñeå nhaän heä 1 2 phöông trình môùi coù soá phöông trình ít C1 C2 2 hôn (khoâng coù phöông trình cho Hi ñaõ bieát). 3 5  Giaû söû coù n giaù trò Hi bieát, soá phöong C4 trình coøn laïi seõ laø (N-n) vôùi N laø soá nuùt C 4 3 3 cuûa maïng löôùi. 4 10/14/2010 49 10/14/2010 50 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Ví duï 1: Cho heä thoáng maïng löôùi nhö hình veõ. Giaû thieát 3 laø doøng chaûy taàng. Cho bieát H1=10 m; C 2=-2 m /s; a. Vieát ma traän bieåu dieãn heä thoáng. φφφ φφφ ννν -6 2 L1=L 2=1000 m; 1=0.1 m; 2=0.2 m; =10 m /s vaø doøng chaûy taàng coù: b. Xaùc ñònh coät nöôùc H vaø löu löôïng πρ gφ4 2 k = qua caùc ñoaïn oáng. 128 µL 1 CHÚ Ý: Quy lu t th y lc dòng C 2 C 1 1 2 ch y tng trong ng tròn: 2 πρ gφ4 Q = k.dh = dh µµµ =ννν*ρρρ : heä soá nhôùt ñoäng löïc 128 µL 10/14/2010 ρρρ 51 10/14/2010 52 PGS. Dr. Nguy n Th ng : khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc. PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Giaûi: Ma traän toång theå cho heä thoáng seõ laø: 2 Treân cô sôû soá lieäu ta tính ñöôïc: k 1=0.024 m /s vaø ( + ) (− − ) 2  k1 k2 k1 k2  H1  C1  k2=0.385 m /s = ()()− − +      Ma traän cô baûn cho phaàn töû i=1:  k1 k2 k1 k2  H2  C2  1 − Q   .0 024 .0 024  H1   1  =      ( .0 024 + .0 385 ) (− .0 024 − .0 385 )H  C  Q1 − .0 024 .0 024  H  1 = 1  2  2      ()()− − + H C Ma traän cô baûn cho phaàn töû i=2:  .0 024 .0 385 .0 024 .0 385  2  2  Q 2   .0 385 − .0 385  H   1  = 1 2 −    10/14/2010 Q2   .0 385 .0 385  H 2 53 10/14/2010 54 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 9
  10. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 3 • Ví duï 2: Cho maïng löôùi nhö hình veõ. Caùc soá lieäu nhö • Töø ñieàu kieän H1 =10 m vaø C2 =-2 m /s ta coù: ⇒ sau: -0.409H 1+0.409H 2= - 2 ⇒⇒ H2=5.11 m 2 • Töø ñoù: Phaàn töû L(m) d(m) k(m /s) 3 1 1000 0.4 6.164 Q1 =k 1(H 1-H2) =0.024(10-5.11) =0.1173 m /s 3 2 1000 0.2 0.385 Q2 =k 2(H 1-H2) =0.385(10-5.11) =1.8826 m /s 3 2000 0.283 0.772 4 2000 0.283 0.772 5 2000 0.573 12.977 10/14/2010 55 10/14/2010 56 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Sô ñoà maïng löôùi Giaûi: Ma traän toång theå cho maïng löôùi nhö sau: H =20m ( + ) − − 1  .6 164 .0 385 .6164 .0 385 0 20  C1       1 ().6164 + .0 772 + .0 772 − .0772 − .0 772 H 10   2  =   2 1 3  ().0385 + .0772 +12 .977 −12 .977 H  10  C2=10m /s 3    ()+   3  DX .0772 12 .977 10  C4  C3=10m /s 3 3 2 Giaûi heä phöông trình treân ta coù: 5 4 3 H2=19.443m;H 3=11.495m;C 1=6.7m /s;C 4=- 4 3 H4=10m 26.7m /s Xaùc ñònh löu löôïng (Q) vaø 10/14/2010 coät nöôùc (H) taïi caùc vò trí chöa bieát.57 10/14/2010 58 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Ví duï 2: Cho maïng löôùi nhö hình veõ. Caùc soá lieäu nhö Sô ñoà maïng löôùi sau: H4=20m 2 3 3 4 Phaàn töû L(m) d(m) k(m /s) 1 500 0.4 8.0 2 2 500 0.2 2.0 1 3 3 C2=-5m /s 3 400 0.2 2.0 C1=10m /s 4 400 0.4 8.0 H1=40m 1 4 2 Xaùc ñònh löu löôïng vaø coät nöôùc taïi caùc vò trí chöa bieát. 10/14/2010 59 10/14/2010 60 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 10
  11. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc BAØI TAÄP Thieát laäp heä phöông trình döôùi daïng ma traän caùc aån soá coät nöôùc H cho caùc maïng löôùi sau: 1 2 25 3 3 PHÖÔNG PHAÙP TOÅNG QUAÙT 2 2 C1 7 6 (Phaàn meàm EPANET) 1 4 1 4 6 3 1 3 5 4 5 6 6 4 5 7 1 2 4 5 7 6 1 3 5 7 10/14/2010 4 6 61 10/14/2010 62 PGS. Dr. Nguy n Th ng 2 3 PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Toån thaát coät nöôùc cho ñoaïn oáng (ij) baát kyø: Trong tröôøng hôïp bôm ta coù: n 2 dh = H − H = rQ + mQ   Q n  ij i j ij ij h = −ω2 h − r ij   ρρρ ij 0  ω  Hi=zi + p i/ g : coät nöôùc toaøn phaàn taïi nuùt i     dh ij toån thaát coät nöôùc trong ñoaïn oáng (ij) ωωω h0 coät nöôùc bôm, toác ñoä töông ñoái, r & n laø Qij löu löôïng trong oáng (ij) caùc heä soá cuûa ñöôøng ñaëc tính bôm . r: heä soá khaùng thuûy löïc H(m) ρρρ P= gQ tk Htk (watt) n: soá muõ (Hazen Williams n=1.852) H m: heä soá chæ maát naêng cuïc boä trong ñoaïn (ij). tk Q(m 3/s) 10/14/2010 63 10/14/2010 64 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng Qtk MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Phöông trình lieân tuïc taïi taát caû caùc nuùt i: AÙp duïng caùc phöông trình cho toaøn heä thoáng seõ Q − D = 0 nhaän ñöôïc heä phöông trình vieát döôùi daïng ma ∑ ij i traän: j j chæ taát caû caùc nuùt coøn laïi cuûa caùc oáng hoäi tuï veà nuùt AH =F i (i=1,N). A  ma traän heä soá (caùc heä soá cuûa [A] phuï Di löu löôïng yeâu caàu taïi nuùt i (quy öôùc >0 ñi Q vaøo nuùt). thuoäc daïng hình hoïc cuûa oáng & H (baøi toaùn phi tuyeán). Trong Epanet söï duïng phöông phaùp gradient ñeå giaûi heä thoáng (giaûi laëp). 10/14/2010 65 10/14/2010 66 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 11
  12. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc GIÔ ÙÙI THIE ÄÄU V Í DU ÏÏ HEÁT CHÖÔNG 3 TRONG VIDU_EPA 10/14/2010 67 10/14/2010 68 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 12