[发明专利]一种计算多点取水口水头损失系数及支管流量分配的方法

权利要求书

1.一种计算多点取水口水头损失系数及支管流量分配的方法，所述的方法所计算的多点取水口设施包括：埋设在水底海床中的母管，所述的母管设置多个汇口，各个所述的汇口上分别竖直连接支管，各个支管顶端设有浸没在水中的吸水头，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

步骤1，输入和确定多点取水口结构和尺寸信息：包括：多点取水口的母管横截面面积A、各支管形状、支管长度l_i和支管横截面面积A_i；支管与母管的交汇口圆滑半径r，i为自上游向下游排列的支管编号，i＝1，2……，n；各支管间距L；流动雷诺数Re，管材粗糙高度；

步骤2，确定管道阻力系数：根据水力学计算手册、管材粗糙高度和雷诺数，明确吸水头局部阻力系数K_in和母管及支管的沿程摩阻系数K_f；

步骤3，确定交汇口处水头损失系数形式：根据支管与母管的形状、过流面积比及交汇角和圆滑半径，根据Gardel公式确定汇流管水头损失系数K_→c的计算形式，第i个汇口的损失系数包括第i支管的支管汇入损失系数K_i,b→c和自上游母管流过第i号汇口的贯穿流损失系数K_i,t→c；Gardel公式形式如下：

K_t→c为母管贯穿流的损失系数，K_b→c为支管汇入损失系数，下标b代表支管汇入，下标t代表上游母管汇入，下标c代表母管下游，θ为支管与母管上游夹角，T型汇口时θ＝π/2；无量纲数R_Q为支流与下游主流的流量比；R_A为支管与母管的面积比；考虑圆滑角交汇情形，r是支管与母管的交汇口圆滑半径；

步骤4，预估或调整试算流量：自i＝2开始，根据经验或已有资料预估支管i的试算无量纲流量Q₁’和该支管i的上游累积流量或者根据试算结果调整支管i的试算流量Q_i’和该支管i的上游累积流量i为2—n之间的一个值；

步骤5，计算支管i下游交汇口处的水头损失根据试算的支管流量Q_i’和上游累积流量分别从两条流路计算交汇口的水头损失

第一条流路径为上游贯穿流路径p_Σi-1：

其中：为母管中第i个T型汇口下游的点处从第1号支管p₁到第i-1号支管p_i-1的总汇流，从母管上游贯穿流至下游点的试算水头损失；K_i-1’为位置i-1的试算水头损失；K_i-1～i,f为母管从位置i-1到位置i段内的沿程摩阻损失；

第二条流路径为支管汇入流路径p_i：

其中：为母管中第i个T型汇口下游的点处从第i号支管汇入水流路径p_i的试算的水头损失；

步骤6，比较两条流路径计算的水头损失：每进行支管流量Q_i’的一次调整以及编号i的支管的水头损失试算，即对两条流路p_Σi-1和p_i所计算的水头损失进行一次比较，判断是否相等，可根据预期的流量精度要求设定判断相等的阈值error：

如果“是”则进入下一支管，如果“否”则回到步骤4，对试算流量进行调整，这样循环迭代计算从i＝2计算直到i＝n,即最下游交汇口计算完成；

步骤7，整体计算：当计算到最下游母管位置时，即i＝n，得到此处复合管损失系数K_n；则取水系统整体水头损失系数K和整体水头损失ΔH分别为：

K＝K_n/(∑Q_i)²

式中：为最下游母管的平均流速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述的母管沿程直径不同时，对上述步骤中的水头损失K进行修正：

其中：A_d为下游母管面积；A_u为上游母管面积；K_origin为未修正的水头损失，K_correct为修正后的水头损失。