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摘要：本文通过对EPANET软件管壁反应速率的研究，推导出管道保温情况与管壁反应速率的关系，为EPANET将水质作为分析对象提供依据。
关键词：EPANET；保温系数；管壁反应速率
0 引言
EPANET作为一套功能齐全的模拟软件，可以对管网中各种水力、水质特性进行延时模拟。本文通过推导找出管壁反应速率与管道保温情况的关系，为EPANET将水质作为分析对象提供依据。
1 EPANET理论基础
EPANET是一个可以执行有压管网水力和水质特性延时模拟的计算程序。管网包括管道、节点、水泵、阀门和蓄水池等组件。EPANET可跟踪延时阶段管道水流、节点压力、水池水位高度及整个管网中化学物质的浓度[1]。
EPANET开发的目的是为了改善对配水系统中物质迁移转化规律的理解，它可以实现许多不同类型的配水系统分析。在水质方面EPANET能够研究不同水源来水的混合、整个系统的水龄、余氯的损失、消毒副产物的增长及污染事件跟踪等内容[1]。
EPANET能够跟踪配水系统反应物质的增长和衰减，这需要知道物质反应的速率，以及该速率与物质浓度之间的关系。有些物质在管道内部和管壁材料上均可以发生反应，需要EPANET模拟人员来分别处理这两个反应区域。两个反应都受到反应速率系数的影响。主流区的反应系数常常随温度的增加而增加，在不同温度下进行多次瓶试，就可提供速率随温度变化的更精确估计值。而管壁反应速率系数由模拟人员设定，根据被模拟物质的分子扩散，以及水流的雷诺数，EPANET会自动完成调整[1]。
2 参数修改
热水在管道中流动时，热量从管壁散失。EPANET把温度作为水质模拟实际上只进行管壁的反应，主流区的反应忽略不计，故管壁反应设置为1级反应，主流反应级数设为0级。EPANET能够跟踪配水系统反应物质的增长和衰减，这需要知道物质反应的速率，以及该物质与物质浓度之间的关系。给定管道由公式
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可知，A、V、C已知时，只要求得Kw，则可求出管壁处的水质反应速率R。管壁反应速率系数Kw计算过程如下：
热水管网中管段热损失为:
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(1)
式中:W为计算管段热损失-----(kJ /h)；
η为保温系数；不保温时，η= 0，简单保温时，η=0.6，
较好保温时η=0.7～0.8；
L为计算管段长度-----(m)；
D为计算管段管径-----(m)；
K为计算管段的传热系数----- 42(kJ·m-2·h-1·℃-1)；
t1为管段进水口温度-----(℃)；
t2为管段出水口温度-----(℃)；
tk为计算管段周围空气温度-----20(℃)；
令管内外温差为T，则；
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将(1)变形得；
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(2)
管段中放出的热量；
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(3)
式中：C为水的比热容-----4.2 (kJ/kg·℃)
m为管道内水的质量-----(kg)
对于同一管段经过的时间t，则；
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(4)
式中：ρ为水的密度-----1000 (kg/m³)；
q为管段内水的流量-----m³/h；
而管道中物质的浓度变化由EPANET所给出的边壁反应速率公式求的；
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(5)
式中：
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为单位容积反应速率-----(kg/m3·d)
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为管道内单位容积的表面积(4/D) -----(m-1)；
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为管壁反应速率系数-----m/d；
C为管段内物质的浓度-----kg/m3；
n为反应级数------取n=1；
则对于长度为L，直径为D的管段，反应剂的损失量：
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(6)
式中：C1、C2分别为进出管段反应剂浓度----- kg/m3；
而对长度为L的管段物质的能量损失量：
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(7)
由能量守恒定律得(6)与(7)相等，则：
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(8)
将(4)式中T与(8) 式中C对应相等，可得K与Kw的对应关系：
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(9)
4 结论
本文推导结果Kw即为EPANET中需要修改的管壁反应速率系数，它与管道的保温系数成一次关系。根据各管段的保温情况不同设置各管段的管壁反应速率系数，当输水干管采取保温措施，取η=0.6，则Kw=0.096，当各立管不采取保温措施，取η=0，则Kw=0.24。从而得到管壁处的水质反应速率R。
参考文献：
[1]EPANETH2(EPANET2中文版)用户手册.
[2]陈耀宗等主编. 建筑给水排水设计手册. 北京：中国建筑工业出版社，1992.