[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

说明书

本发明涉及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，包括：输入和确定多点取水口结构和尺寸信息；确定水头损失系数；确定交汇口的水头损失系数形式；预估或调整试算流量；试算各支管处的水头损失系数；比较两条流路径计算的水头损失；整体计算。本发明利用两个方向流的水头损失系数迭代计算对各个支管的流量进行调整和水头损失系数反复计算最终能够较为精确计算出水头损失和流量分配比例，无需专门建造模型进行模拟，就能够得到较为精确的水头损失和流量分配比例，大大节约的设计经费和时间，是一种十分优越的解决方案。

技术领域

本发明涉及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，是一种管道水力学计算方法，是一种适用于沿岸工业采用离岸多点取水方式时，快速计算取水口水头损失及各支管进流量的方法。

背景技术

串联多点式取水口是指环境水体通过串联布置的多个吸水支管依次汇入母管进入用水端的取水设施，主要用于取水量大、近岸滩质条件差、岸坡缓、低水位时水边界离岸较远，或是对水质要求较高的情形，是火、核电厂等沿岸工业最常用的床式离岸取水型式之一。明确取水口的水头损失是取水工程设计的基础，多点取水口因管路结构和内部流态较为复杂，取水口整体水头损失系数确定困难，实际应用中无可直接的参考值；同时，因连续汇流管道的水头损失积累，多点取水口各支管的进流是不均匀的。明确各支管的进流量，对于取水口结构强度和进水流速设计，以及管道防淤堵、防气蚀、防生物卷损等方面至关重要。目前，多点取水口的水头损失系数和流量分配的确定尚无明确手册或规范参考，工程实践中一般开展尺缩模型试验进行估计，需要的时间和成本较高，在初步设计阶段很难实现。因此，亟需一种快速计算多点取水口水头损失及流量分配的有效方法。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了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。所述的方法利用连续复合管流中的水流守恒原理、任意两断面间的水头损失在各流路径中相等且总机械能损失最小原理，结合交汇管流的水头损失与流量分配的关系，提出了串联多点取水口水头损失系数及支管流量分配的迭代计算方法，为指导沿岸工业取水的多点取水口设计提供依据。

本发明的目的是这样实现的：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，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为母管贯穿流的水头损失系数，K_b→c为支管汇入水头损失系数，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是交汇口处的圆滑半径。