给排水专业计算公式汇编.docx
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第一篇:
给水工程
第1章:
给水总论
一、用水量计算
序号
计算公司
说明
1
城镇或居住区最高日生活用水
Q1=ΣqiNi(m3/d)
qi—不同卫生设备住居区最高日生活用水定额(m3/d·人)
Ni—设计年限计划用水人数
2
工业企业生产用水和工作人员生活用水量
Q2=Σ(Qi+Qi+Qi)(m3/d)
Qi—各工业企业生产用水量(m3/d),由工艺确定
Qi—各工业企业职工生活用水量(m3/d),一般采用25~35l/(人·班),是变化系数为~
Qi—各工业企业职工淋浴用水量(m3/d),一般采用40~60l/(人·班),淋浴延续时间为1h
3
公共建筑用水量
Q3=ΣqjNj(m3/d)
Qj—公共建筑最高日用水定额
Ni—各公共建筑的用水单位数(人、床····)
4
浇洒道路绿化用水量
Q4=ΣqlNl(m3/d)
Ql—用水定额,浇洒道路和场地为~3.0l/(m2·d),每日浇洒2次,绿化用水量~3.0l/(m2·d),每日浇洒2次
Ni—每日浇洒道路和绿化的面积与次数
5
未预见水量和管网漏水量Q5=(~)X(Q1+Q3+Q4)+аQ2(m3/d)
未预见水量和管网漏水量可按最高日用水量的15%~25%计算,工业企业未预见水量系数а,根据工业发展情况定,远距离输水渗漏量较大,应通过调查研究计算确定
6
消防用水量
Q5=ΣqsNs(l/s)
qi—一次灭火用水量,(l/s)
Ni—同一时间内的火灾次数
7
最高日设计流量
Qd=(~)X(Q1+Q3+Q4)+(1+а)Q2(m3/d)
8
最高日最高时设计流量
Qh=Kh·Qd/(l/s)
Kh—时变化系数
Qd--最高日设计流量(m3/d)
最高日最高时和平均时流量按一天运行24小时算出,否则按实际运行时间换算
9
最高日平均时设计流量
Q‘h=Kh·Qd/(l/s)
注:
工业企业生产用水量在不能由工艺要求确定时,也可以按下式估算:
Qi=Qb(1-n)
Qi--工业企业生产用水量m3/d
q---城市工业万元产值用水量,m3/万元
B—城市工业总产值;
n—工业用水重复利用率。
二、流量关系及调节构筑物容积——重点掌握
1.给水系统的设计流量图1
水处理构筑物及以前的设施:
高日平均时用水量
地表水源
地下水源
T——一泵站每天工作时间,不一定为24h
管网设计流量:
满足高日高时用水量
二泵站:
满足管网高日高时用水量
不分级供水——高日高时流量
分级供水——最高一级供水量
清水输水管:
满足管网高日高时用水量
无水塔时与管网设计流量同
有水塔时按二泵站最高一级供水量设计
2.调节构筑物容积计算
清水池有效容积W=W1+W2+W3+W4(m3)
W1——清水池调节容积
W2——消防贮水量,2h灭火用水量
W3——水厂用水量,水厂自用水量
W4——安全贮水量,一般为0.5m深
清水池的作用之一是(调节一、二泵站供水的流量差)。
——清水池的调节作用
水厂QdQh管网
清水池
最高日平均时流量高日高时流量
调节容积W1=阴影面积A或者B(m3)
A
B
B
一泵站供水线
二泵站供水线
0t1t224时间(h)
供水量
(m3/h)
无供水曲线时估取W1=(10~20)%Qd
水塔的有效容积W=W1+W2
W1——水塔调节容积
水塔调节二泵站供水量与用户用水量的差额
依二泵站供水曲线和用户用水曲线计算
或按Qd的百分数估取——教材P13
W2——消防贮水量,10min室内消防水量
3、水泵扬程的确定
A、一级水泵扬程的确定
Hp=H0+∑h——扬程计算通式
H0——从吸水池最低水位到出水池最高水位的高差
(取水构筑物吸水井最低水位——混合池最高水位)
∑h——从吸水管起点到出水管终点的总水头损失
∴Hp=H0+∑h=H0+∑hs+∑hd
B、二级泵站扬程计算
•无水塔管网的二泵站扬程
起点:
清水池或吸水井最低水位
终点:
管网控制点最小服务水头液面
•设网前水塔管网的二泵站扬程
起点:
清水池或吸水井最低水位
终点:
水塔最高水位
•设对置水塔管网的二泵站扬程
设计时:
同无水塔管网
最大转输校核时:
终点:
水塔最高水位
掌握扬程计算基本公式:
Hp=H0+∑h
4、水塔高度的计算
依据能量方程,根据管网控制点最小服务水头
Ht=Hc+hn-(Zt-Zc)
Ht——水塔高度,水柜底高于地面的高度,m
Hc—控制点C要求的最小服务水头,m
hn—按最高时用水量计算的从水塔到控制点的管网水头损失,m
Zt—设置水塔处的地面标高,m
Zc--控制点C处的地面标高,m
与水塔在管网中的位置无关
Zt越高,Ht越小:
建在高处,水塔造价低
第2章输水和配水工程
用户的用水量包括集中用水量和分散用水量
1、(对分散用水量)比流量qs:
假设所有的分散用水量均匀分布在全部干管长度上,此时,单位管长向外配出的流量称比流量。
Q——设计流量,Qh
∑q——集中流量总和
∑l——管网总计算长度
l——管段计算长度:
管段配水情况
管段计算长度l
双侧配水
为管段实际长度
单侧配水
为管段实际长度的一半
不配水
为0
2、沿线流量ql:
在假设全部干管均匀配水前提
下,沿管线向外配出的流量。
ql=qsl
(与计算长度有关,与水流方向无关)
3、节点流量:
集中用水量一般直接作为节点流量
分散用水量经过比流量、沿线流量计算后折算为节点流量,即节点流量等于与该点相连所有管段沿线流量总和的一半。
qi=∑ql
——沿线流量折算成节点流量的折算系数
4、管段计算流量qij——确定管径的基础
5、管段流量qij与沿线流量ql的区别:
计算目的不同,算法不同:
ql:
在假定前提下,管段向外沿线配出,其值的大小沿线减小,无水流方向问题,只有数值大小,用以定节点流量及管段流量;
qij:
是依据节点流量得出的管段内大小不变的流量,含义上qij=本段沿线流量的折算流量q+本段向下游转输的qt,依据水流连续性计算,有方向性,用来确定管径、计算水头损失
前提条件:
必须满足节点流量平衡条件,即满足节点连续性方程
i点的连续性方程:
qi+∑qij=0
(流入i点和流出i点的流量代数和为0)
qi——i点的节点流量
qij——从节点i到节点j的管段流量,“流入为负,流出为正”
6、管径计算
由“断面积×流速=流量”,得
树状管网水力计算步骤
树状管网水力计算步骤
Qh
qs
ql
qi
qij
ve
Dij
qij
hij
HP
Ht
H节点
起点
环状管网水力计算的步骤——结合例题
Qh
qs
ql
qi
qij
Dij
hij
Δqi
qij(0)+Δqi本-Δqi邻
Δhi<E
平差结束
Ht,HP
Hi
Y
N
管网校核
消防时
最高时流量+消防流量:
Qh+Qx
水压要求:
10m
事故时
事故供水量:
最高时流量×70%:
Qh×70%
水压要求同最高用水时
最大转输时
最大转输时流量:
Qt
水压要求:
能够供水至水塔最高水位
在各校核流量、水压要求下,较核设计时所选水泵是否能提供相应的流量及扬程
三、输水管渠水力计算
位置水头H=Z-Z0是固定的,正常供水时和事故时可利用的水头差相等;
平行设置的几根输水管若管径相同,则各条输水管的摩阻相等;
输水管分段若是等分的,则各段的摩阻相等;
事故供水量应为设计水量的70%以上。
平行2根输水管,通过连通管等分成3段可满足事故时供水量Qa≥70%Q设计
正常供水时:
事故时:
又H1=H2,则n=≈4段
第3章取水工程
1、进水孔格栅面积的设计(P55)
F0=Q/K1K2v0
F0—进水孔或格栅面积,m2
Q--进水孔的设计流量,m3/s
v0--进水孔的设计流速,m/s
K1—栅条引起的面积减少系数:
K1=b/b+s,b为栅条净距,s为栅条厚度(或直径)
K2--格栅阻塞系数。
采用,水流通过格栅的水头损失,一般采用~0.1m
2、平板式格网的面积可按下式计算:
(P56)
F1=Q/K1K2εv1
F1—平板式格网的面积,m2
Q—通过网格的流量,m3/s
V1--通过网格的流速,m/s一般采用~0.4m/s
K1—栅条引起的面积减少系数:
K1=b/(b+d)2,b为网眼尺寸,一般为5*5~10*10mm,d为网眼直径,一般为1~2mm
K2--格栅阻塞系数。
一般采用,
ε—水流收缩系数,一般采用~
水流通过格栅的水头损失,一般采用~0.2m
3、旋转格网的有效过水面积可按下式计算:
(P57)
F2=Q/K1K2K3εv1
F2—旋转格网的有效过水面积,m2
Q—通过网格的流量,m3/s
V2--通过网格的流速,m/s一般采用~1.0m/s
K1—栅条引起的面积减少系数:
K1=b/(b+d)2,b为网眼尺寸,一般为5*5~10*10mm,d为网眼直径,一般为1~2mm
K2--格栅阻塞系数。
一般采用,
K3—由框架引起的面积减少系数。
一般采用
ε—水流收缩系数,一般采用~
旋转格网在水下的深度:
H=F2/2B-R
H—格网在水下部分的深度,mm
B--格网宽度:
m
F2--旋转格网的有效过水面积,m2
R—网格下部弯曲半径,目前使用的标准滤网的R值为0.7m
当为直流进水时,可用B代替式中的(2B)来计算H,水流通过旋转格网的水头损失,一般采用~0.30m
第4章给水处理
1、速度梯度G
G=√P/μ
G——速度梯度,s-1;
p——对单位水体的搅拌功率,W/m3;
μ——水的动力粘度,Pas。
2、速度梯度计算
机械搅拌:
G——速度梯度,s-1;
p——对单位水体的搅拌功率,W/m3;
N—电机功率,kw
μ——水的动力粘度,Pas。
η1--搅拌设备机械效率:
约为
η2—传动系统的效率:
约为~
η总—总效率:
约为~
水力搅拌:
G——速度梯度,s-1;
ρ—水的密度(约为1000kg/m3,详见P98表1-4-5);
h—流过水池的水头损失,m;
μ——水的动力粘度,Pas。
T—水的停留时间:
s
g—重力加速度,9.81m/s2
3、G、GT值范围
混合池:
G=500~1000s-1
T=10~30s,(<2min)
絮凝反应池:
G=20~70s-1
GT=104~105(10~30min)
例题:
P98
4、混凝剂的投加
(1)投加量——通过实验确定
(2)投加系统
湿法投加:
固体-溶解池-溶液池-计量设备-投加
固体储存量15~30天(规范7.3.12)
*溶解池容积W1=~W2
溶液池容积W2=aQ/417cn
W1,W2—m3;
a—混凝剂最大投加量,mg/L;
Q—处理水量,m3/h;
c—配制的溶液浓度,一般取5%~20%(按固体重量计),带入公式时为5~20;
n—每日调制次数,一般不超过3次。
(规范7.3.4、)
五、混合设备
混合要求、G、T值范围
混合方式
机械混合:
水泵叶轮混合(取水泵距反应池100m以内)、机械混合池
水力混合:
管式静态混合器、压力水管混合(投药点及流速要求P102)等
絮凝要求;G、GT值范围;反应池出口做法
絮凝池分类:
机械搅拌、水力搅拌
1、机械搅拌絮凝池:
水平轴式、垂直轴式
分3~4档,串连流过
各自的适用范围及设计参数及例题P103
例题P103
六、影响混凝效果的因素
1、水温
原因:
水温影响混凝剂的水解
提高低温水混凝效果的方法P107
2、浊度与悬浮物
原因:
浊度大小决定了混凝剂的投量和矾花的核心
高浊水、低浊水所需混凝剂量都较大
提高高浊水、低浊水混凝效果的方法P107~108
3、水的PH值
原因:
每种混凝剂都有其最佳的PH值范围
铝盐、铁盐水解时产生H+离子,消耗水的碱
度,碱度不足时投加石灰,石灰投量公式:
AL2(SO4)3:
【CaO】=3【a】-【x】+【δ】
FeCL3:
【CaO】=【a】-【x】+【δ】
式中【CaO】-纯石灰CaO投量,mmol/L;
【a】-混凝剂投量,mmol/L;【x】-原水碱度,mmol/L,按CaO计;
【δ】-剩余碱度,一般取~L,按CaO计。
例题:
原水总碱度为L(以CaO计),投加精制硫酸铝(含Al2O3约16%)26mg/L。
若剩余碱度取L,试计算水厂石灰(市售品纯度为50%)投量需多少mg/L
(已知原子量Al=27,O=16,Ca=40)
解:
投药量折合Al2O3为26×16%=mg/L
Al2O3分子量为102,故投药量相当于102=L
则【CaO】=3【a】-【x】+【δ】
=3×-+=mmol/L
=×56mg/L=mg/L
水厂需投加市售石灰=mg/L
沉淀
1、离散颗粒的沉淀速度(自由沉淀)
三个区的沉淀速度公式P109
例题P110
2、理想沉淀池中u0与表面负荷q0的关系
L=vt0
H=u0t0
u0=Q/A=q0
理想沉淀池的基本特性:
特定颗粒沉速在数值上等于沉淀池的表面负荷(但两者在物理意义上完全不同)
u≥u0的颗粒被全部去除,其去除率为1-x0
u<u0的颗粒能够部分去除
三、沉淀池的基本结构与基本设计参数
1、基本结构:
进水区、沉淀区、出水区、污泥区
2、沉淀池基本设计参数
(1)基本设计参数
u0(q0)、H、T、v,q0是最基本参数
(2)参数取值
若u0由试验得到,则u0设=ηu0试
η=~
查设计手册得到的u0值可直接应用,已考虑安全系数P117
3、平流式沉淀池
结构、优缺点
《室外给水设计规范》规定的参数及要求P118
衡量沉淀池水流状态的参数:
Fr(弗劳德数)和Re(雷诺数),希望Fr大、Re小(方法,设隔墙,减小水力半径)Fr:
一般在1*10-4~1*10-5,Re:
一般在4000~15000,
Fr=v2/RGg:
v—水流速度
R—水力半径
g—重力加速度
设计方法
选u0(q0),再从H、T、v中选2个(按规范要求)
例题:
V=18mm/s,B=3H,Fr=×10-5。
在池的1/3,2/3处各加一道隔墙,忽略隔墙厚度,求新的Fr。
解:
(1)Fr=v2/Rg
(2)
(3)Fr2/Fr1=(3H/5)/(H/3)=9/5=
Fr2=×10-5×=×10-5
3、斜板(管)沉淀池
(1)斜板(管)沉淀池的原理与特点
原理
根据Ei=ui/u0=ui/(Q/A)=uiA/Q
A越大,Ei越大;若Ei不变,A也不变,池中加隔板,原池A=BL,新池A=BXn,
则X=L/n。
(n为层数),在去除率不变的情况下,池深越浅,池长就越短,池容越小————浅池理论
(2)斜板沉淀池产水量计算
异向流斜板沉淀池式1-4-23
式中η斜=~
同向流斜板沉淀池式1-4-24
侧向流斜板沉淀池式1-4-22
从公式看出:
斜板沉淀池的产水量远大于同体积的平流式沉淀池
斜板沉淀池的液面负荷q斜=Q/A,A为斜板区池面面积,与平流式沉淀池中的表面负荷概念基本一致。
表面负荷U0=q0=Q/A斜。
异向流斜板沉淀池的q斜=~
斜管沉淀池利用q斜计算,见《给水工程》P306
斜管中水流速度:
v=Q/(A'sinθ)
(3)异向流斜板(管)沉淀池
适用范围:
浊度小于1000NTU
设计参数:
P124(或设计规范)
例题:
异向流斜管沉淀池,设计能力20000m3/d,平面净尺寸10×10m,结构系数,斜管长1m,安装角60度。
求斜管内轴向流速。
(斜管中的停留时间)
解:
《给水工程》教材P306
(1)v=Q/(A'sinθ)
式中Q--沉淀池流量
A‘--斜管净出口面积
θ--斜管轴向与水平面夹角
(2)A‘=(10-×10/=
(3)
过滤
沉淀(澄清)池出水浊度10NTU以下,滤
后可达1NTU以下,可去除2~5μm以上的颗粒。
一、过滤原理
1、过滤技术分类
(1)表层过滤--机械筛滤
(2)深层过滤--机理为接触絮凝
滤池工作机理:
接触絮凝和机械筛滤,前者为主
2、强制滤速--用于校核滤池设计是否合理
全部滤池中的1个或2个停产检修或反
冲洗时,其他滤池的滤速。
不要太大。
平均强制滤速:
三、滤料
1、滤料材质与规格
(2)滤料规格
表示滤料规格的参数
dmax和dmin
有效粒径d10反映细滤料尺寸
不均匀系数K80越大,对过滤和反冲越不利
K80=d80/d10>1
我国采用dmax、dmin和K80(新规范采用d10和K80)
四、滤池的基本构造
1、滤料层
2、配水系统和承托层
(1)大阻力配水系统
构成:
“丰”字型穿孔管+卵石垫层+冲洗水泵或高位水箱
参数:
开孔比为~%
v孔,h孔,d孔,h总=6~8m等,P140
优缺点:
配水均匀;所需反冲洗水头大
(2)小阻力配水系统
构成:
底部进水空间+穿孔板(滤头或滤砖)
参数:
开孔比为~%
h总=1m左右
优缺点:
不需设反冲洗设备;配水均匀性比大阻力系统差
(3)中阻力配水系统
开孔比为~%
消毒
一、消毒概论
1、消毒目的
消毒标准:
细菌学指标
2、消毒方法
氯、二氧化氯、臭氧、紫外线
优点及问题
3、消毒剂的投加点
滤后加氯(清水池前投加)
出厂补充加氯(二泵站处)
预加氯(取水口或水厂入口,防止藻类繁殖),目前不提倡,改用KMnO4、O3、H2O2等。
中途补氯(用于大型管网)
二、氯消毒
1、氯消毒原理
液氯转化为气态投加
若水中无氨,则生成HOCL和OCL-,+1价的CL具有氧化、杀菌作用。
氯消毒原理P157,HOCL起主要作用
HOCL和OCL-的比例与水的PH值及水温有关,
低温、低PH值消毒效果好
若水中有氨氮,则生成氯胺,消毒原理仍为HOCL杀菌。
各种氯胺的比例与PH值及氯、氨比有关
有效氯包含:
自由性(游离性)氯(HOCL和OCL-)
化合性氯(各种氯胺)
余氯--剩余的有效氯
2、加氯量
加氯量=需氯量+余氯量
规范规定P158
3、氯消毒工艺
(1)折点氯化法
水中氨氮含量少时采用。
经验:
原水氨氮含量小于L时折点加氯;
(2)氯胺消毒法
持续杀菌能力强;减少消毒副产物
先氯后氨----有大型管网时
清水池前折点加氯,出厂时加氨;
CL2:
NH3=3~6:
1(重量比)
化合性的氯胺消毒法---原水氨氮含量高时
清水池前投加氯,利用清水池接触(大于2h);
含氨量不高时,可氯、氨同时投加
4、加氯设备
加氯要求规范7.7.1~(新规范强制条款很多)
储氯量15~30天
地下水除铁除锰
一、含铁含锰地下水
存在形态:
Fe+2、Mn+2,常共存,
一般浓度Fe+2>Mn+2
二、地下水除铁除锰原理
1、除铁原理
(1)原理
Fe+2+[O]→Fe+3,Fe(OH)3→过滤
(2)方法
空气氧化P165式1-4-42
要求:
PH>6,最好>7;含硅水PH<7
特点:
属自催化氧化
药剂氧化(CL2),需CL2计算P166
2Fe2+Cl2
2×2×
1x
2、除锰原理
(1)原理
Mn+2+[O]→Mn+4,MnO2→过滤
(2)方法
空气氧化P166式1-4-47,需O2计算
药剂氧化(CL2)P166式1-4-48,需CL2计算
(3)特点
反应慢,需自催化,滤料为锰砂
要求PH>
铁锰共存时,先除铁后除锰。
Fe+2、Mn+2浓度低时,采用一个滤池,上层除铁下层除锰;浓度高时,采用2个滤池
二、地下水除铁除锰工艺与设备
1、处理方法
(1)原水曝气→接触氧化过滤
(2)原水曝气→氧化→过滤
(3)药剂氧化→过滤
2、处理工艺流程
各种工艺流程的适用条件
3、曝气设备
4、过滤设备
滤料与过滤工艺参数P170
1)离子交换树脂对水中离子的选择性
强酸性阳树脂与水中离子交换的选择顺序(低浓度):
Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+=NH4+>Na+>H+
强碱性阴树脂与水中离子交换的选择顺序(低浓度):
SO42->NO3->Cl->HCO3->OH->HSiO3-
2)离子交换平衡与可逆性
RH+Na+RNa+H+
软化时,RH→RNa
再生时,由于H+浓度很大,RNa→RH
RH,RNa通过的流量(RH以Na+泄漏为运行终点,任何时候都不会出现酸水)计算:
Q(1-H%)A原-QH%S=QA残
注:
式中浓度均为当量粒子摩尔浓度
适用范围:
P181
3)除盐工艺流程
基本工艺流程P182~183
RH放在ROH前面的原因
3、离子交换软化除盐设备
1)固定床
顺流式、逆流式
计算:
Fhq=QTHt
式中F-离子交换器截面积,m2;
h-树脂层高度,m;
q-树脂工作交换容量,mmol/L;
Q-软化水量,m3/h;
T-软化工作时间,(软化开始至硬度泄漏)h;
Ht-原水硬度,当量粒子mmol/L。
2)连续床
3)混合床
二、冷却塔热力计算的设计任务与基本方法
1、基础资料:
1)、冷却水量Q(m3/h)
2)、冷却水进水温度t1(℃)
3)、冷却出进水温度t2(℃)
4)、气象参数:
干球温度θ1(℃):
当地空气温度θ
湿球温度τ1(℃)或相对湿度(ψ):
代表了在当地的气温条件下,水通过湿式冷却所能冷却到的最低极限温度。
也即冷却塔出水的理论极限温度。
大气压力P(Pa)
风向、风速
冬季最低气温。
5)、淋水填料试验和运行资料,包括淋水填料热力特性和空气阻力特性
三、循环冷却水系统
1、循环冷却水的水质污染
沉积物--结垢(无机盐沉淀)
--粘垢(微生物)
--污垢(悬浮物、腐蚀剥落物等)
2、要求水质稳定,控制指标:
腐蚀率、污垢热阻
1)、腐蚀率计算:
CL=*(P0-P)/ρFF
式中:
CL--腐蚀率,mm/a
P0—腐蚀前金属重,g
P—腐蚀后金属重,g
ρ—金属密度
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