一、定義
流量(Q):流體在一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一橫斷面的容積或重量稱(chēng)為流量。用容積表示流量單位是L/s或m3/ h ;用重量表示流量單位是kg/s或t/h。
流速(V):流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí),在一定時(shí)間內(nèi)所流過(guò)的距離為流速,流速一般指流體的平均流速,單位為 m/s。
流量與管道斷面及流速成正比,三者之間關(guān)系:
Q=SV
其中 Q — 流量(m3/ h );
S — 截面面積(m2);
V — 流體平均速度(m / s)。
或?qū)拆分后,變成:
Q =(π D2)/ 4 * v *3600 (m3/ h )
式中 Q — 流量(m3/ h);
D — 管道內(nèi)徑(m);
V — 流體平均速度(m / s)。
給排水設(shè)計(jì)一般用L/s,也有用m3/s,即秒流量。而輸配水運(yùn)行、管網(wǎng)調(diào)度、漏損控制、表務(wù)管理等則常用m3/ h,即瞬時(shí)流量。
二、通俗理解流量與流速
根據(jù)上式,當(dāng)流速一定時(shí),其流量與管徑的平方成正比,在施工中遇到管徑替代時(shí),應(yīng)進(jìn)行計(jì)算后方可代用。例如二根DN50的管并不能取代一根DN100管,從公式得知DN100的管道流量是DN50管道流量的4倍,因此必須用4根DN50的管才能代用1根DN100的管,如此類(lèi)推。
同等道理,同一管徑(截面積相同)的管道,流量越大,其流速越快;或者可以說(shuō),要想讓同一管徑的管道的流量增大,那就想辦法加大它的流速。
如果要保持流速不變,要想增大流量,則要增大管徑,這就是常見(jiàn)的管道擴(kuò)建或擴(kuò)容,目的就是要降低過(guò)高的流速,或增大管道流量。當(dāng)然既增大管徑,又提升流速,那流量就提升得更快!
流速的提升需要能量,例如水泵加壓可以提升流速,但需要電能。事實(shí)上流速不能無(wú)限提升,因?yàn)檫_(dá)到一定的臨界值后能耗會(huì)快速上升,還有過(guò)高的流速影響管道的壽命、管道安全等問(wèn)題,否則就不用做很大口徑的管道,只要管道前面拼命加壓就可以了。所以就會(huì)有經(jīng)濟(jì)流速、常用流速(例如0.5~3米/秒的范圍)的概念。
另一個(gè)與流速有點(diǎn)關(guān)系的就是管道的粗糙度或粗糙系數(shù),粗糙度一般就是指絕對(duì)粗糙度,而粗糙系數(shù)是指相對(duì)粗糙度。通俗來(lái)講就是管道內(nèi)壁粗糙度大的,其阻力就會(huì)大,管道內(nèi)比較光滑的,其阻力相對(duì)會(huì)小,通過(guò)的流量要比管道粗糙的要大。所以有塑料內(nèi)襯的金屬管道,其內(nèi)徑比沒(méi)有內(nèi)襯時(shí)縮小了,但內(nèi)襯后又比原來(lái)光滑了很多,其過(guò)流能力并不一定會(huì)下降,而是要測(cè)試過(guò)才會(huì)知道。
三、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)
1、經(jīng)濟(jì)流速
在確定給水管道的管徑流速時(shí)-流速既不浪費(fèi)管材.增加投資又不致使水頭損失過(guò)大,這一流速就叫經(jīng)濟(jì)流速。經(jīng)濟(jì)流速是指在設(shè)計(jì)供水管道的管徑時(shí)使供水的總成本(包括鋪筑管路的建筑費(fèi)、水泵站的建筑費(fèi)、水塔建筑費(fèi)及水泵抽水的經(jīng)營(yíng)費(fèi)之總和)最低的流速。
管道的流速是任意設(shè)定的嗎?不是。從流體力學(xué)可知當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)流速越大則阻力越大。當(dāng)流速越小時(shí),雖然流動(dòng)阻力小了,對(duì)于同樣的流量所需要的管徑卻大了,造成設(shè)備成本的升高。于是人們考慮到這兩條因素取了一個(gè)合理的流速稱(chēng)為經(jīng)濟(jì)流速,人們根據(jù)流量選擇管徑就是依靠經(jīng)濟(jì)流速計(jì)算得出的。
介質(zhì)為水時(shí)的常用經(jīng)濟(jì)流速:
(1)離心泵吸水管(管徑小于250mm) :1至2m/S
(2)離心泵吸水管(管徑大于250mm):1.5至2.5m/S
(3)水廠或泵站出水(管徑小于250mm):1.5至2m/S
(4)水廠或泵站出水(管徑250~1600mm):2至2.5m/S
(5)水廠或泵站出水(管徑大于1600mm):2至3m/S
(6)輸(給)水管道(管徑100~500mm):0.6至1.4m/S
(7)輸(給)水管道(管徑600~1000mm):1.5至2m/S
(8)輸(給)水管道(管徑1200~2000mm):2至2.5m/S
(9)配水支管:0.6至1.2m/S
(10)低壓管道和排水管: 0.1至1m/S
對(duì)流速選多少的問(wèn)題主要就是兩個(gè)因素:
一為安全,二為經(jīng)濟(jì)。例如把管道口徑加大后,阻力損失下來(lái)了,但管道的投資增加了,管道是有壽命的,在壽命期內(nèi),如果節(jié)約的電費(fèi)不足以補(bǔ)償管道投資多花的錢(qián),那在安全的前提下倒不如用小口徑管道,反之則該用大口徑管道。
以上道理和修高速公路還是修低等級(jí)公路是一樣的,修高速公路可以使車(chē)速加快,節(jié)約油錢(qián),即運(yùn)行費(fèi)用,但高速公路的一次性投資較高,說(shuō)白了就是運(yùn)行費(fèi)用和投資費(fèi)用之比,修低等級(jí)公路的費(fèi)用就少很多,但是車(chē)速慢啊,油耗高哦。
2、水表的流量指標(biāo)
始動(dòng)流量(QS):可以讓水表開(kāi)始計(jì)量的最小流量(不受精度影響)。
最小流量(Q1):要求水表的示值符合最大允許誤差的最低流量。
分界流量(Q2):出現(xiàn)在常用流量Q3和最小流量Q1之間、將流量范圍劃分成各有特定最大允許誤差的“高區(qū)”和“低區(qū)”兩個(gè)區(qū)的流量。
常用流量(Q3):額定工作條件下的最大流量。在此流量下,水表應(yīng)正常工作并符合最大允許誤差要求,(常用流量以前也叫公稱(chēng)流量)。
過(guò)載流量(Q4):要求水表在短時(shí)間內(nèi)能符合最大允許誤差要求,隨后在額定工作條件下仍能保持計(jì)量特性的最大流量。
掌握水表的流量指標(biāo),主要用于水表的選型以及對(duì)在用水表進(jìn)行計(jì)量合理性分析。水表的選型一般是圍繞用戶(hù)的用水需求,用水習(xí)慣等結(jié)合以上幾個(gè)流量指標(biāo)來(lái)考慮。理想目標(biāo)是讓用戶(hù)用水的區(qū)間大部分位于Q2到Q3之間,俗稱(chēng)計(jì)量高區(qū),可以接受小部分運(yùn)行于Q1到Q2之間,俗稱(chēng)計(jì)量低區(qū),要避免運(yùn)行在Q1甚至QS以下,因?yàn)镼1以下誤差很大,而且是負(fù)誤差,QS以下基本不計(jì)量;如果存在經(jīng)常大于Q4的情況,則要考慮更換更大口徑的水表,否則存在過(guò)載而損壞水表的風(fēng)險(xiǎn)。
3、夜間最小流量(NMF)
夜間最小流量(NMF)是評(píng)估獨(dú)立計(jì)量區(qū)域(DMA)實(shí)際漏損情況的重要指標(biāo)。取值時(shí)間通常是深夜2~4點(diǎn)。根據(jù)國(guó)內(nèi)多個(gè)城市實(shí)驗(yàn)取得的數(shù)據(jù),居民用戶(hù)正常的夜間最小流量經(jīng)驗(yàn)值為每戶(hù)每小時(shí)2L~3L之間,具體值與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平、生活習(xí)慣有一定關(guān)系。而DMA內(nèi)的用水大戶(hù)、非居民用水要單獨(dú)測(cè)算出來(lái),這幾部分相加就可以計(jì)算出該獨(dú)立計(jì)量區(qū)域合法的夜間最小流量。
如果某獨(dú)立計(jì)量區(qū)域的夜間最小流量反映出來(lái)是超過(guò)經(jīng)驗(yàn)值的,超出的部分一般可認(rèn)為是該區(qū)域漏失水量(即物理漏損),因?yàn)橐归g用水量基數(shù)少,計(jì)量漏損的占比也極少,非法用水也沒(méi)有必要搞到深夜才來(lái)用,如果非法用水又是24小時(shí)連續(xù)用水的,則是例外,如果有這種嫌疑,應(yīng)該通過(guò)定點(diǎn)排查來(lái)查處。
四、流量、流速在供水行業(yè)的常見(jiàn)應(yīng)用
1、用于各類(lèi)給水工程設(shè)計(jì)(特指新建、擴(kuò)建的管道工程)。
2、用于分析供水系統(tǒng)的主要管網(wǎng)是否運(yùn)行在既安全又經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)。
3、用于分析供水管網(wǎng)中制約輸配水能力,影響供水壓力的“瓶頸'位置。
4、SCADA系統(tǒng)的重要監(jiān)測(cè)指標(biāo),用于水廠及管網(wǎng)供水調(diào)度。
5、SCADA系統(tǒng)的重要監(jiān)測(cè)指標(biāo),通過(guò)監(jiān)測(cè)其突變,及時(shí)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)突發(fā)的嚴(yán)重漏水事件。
6、分區(qū)計(jì)量區(qū)域(指較大的區(qū)域)重要監(jiān)測(cè)指標(biāo),監(jiān)測(cè)區(qū)域水量變化,輔助管網(wǎng)調(diào)度、壓力調(diào)控以及發(fā)現(xiàn)大區(qū)域的漏水事件。
7、通過(guò)夜間最小流量的核算,快速判斷獨(dú)立計(jì)量區(qū)域(DMA)的漏損情況。
8、用于水表配表設(shè)計(jì)以及對(duì)在用水表運(yùn)行情況進(jìn)行分析,以便做出正確的配表決策以及水表更換決策。
9、常用于某個(gè)區(qū)域,甚至一個(gè)用水戶(hù)瞬時(shí)供水不足問(wèn)題的分析,通過(guò)計(jì)算相關(guān)的時(shí)變化系數(shù),日變化系數(shù),找出問(wèn)題所在,制定市政供水或二次供水系統(tǒng)的改造方案。
10、檢漏的計(jì)量,非法用水或破壞供水管道設(shè)施等對(duì)水量的核算,其他各種未通計(jì)量器具,但要核算水量的情況,都會(huì)用到流量這個(gè)指標(biāo)。
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