TP Epanet [PDF]

Zitiervorschau

République tunisienne Ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche scientifique Université Sousse Institut supérieur des sciences appliquées et de technologie de Sousse Département de Génie Civil

FASCICULE DES TRAVAUX PRATIQUES 4304-Hydraulique hurbaine et Hydrologie (EPANET 2)

Enseignante responsable: CHAMALI Saousan Niveau d’étude : Deuxième année génie civil BAT et PC

Année Universitaire 2020-2021

Enseignante : CHAMALI Saousan

4354-Hydraulique hurbaine et Hydrologie

TP 2 : Simulation Hydraulique et Qualité pour les Réseaux d’Eau sous Pression 1) Description de réseau AEP Dans cette séance du TP nous analyserons le réseau de distribution d’eau représenté dans la figure 1, ci-dessous. Il est composé d'un réservoir d’un diamètre de 20 m, d’altitude 535 m, un niveau d'eau de 2 m, et un niveau maximal de 5 m. L’eau est distribuée dans un réseau de tuyaux à huit nœuds. Le réservoir est connecté au réseau par un seul tuyau. Les étiquettes d'identification pour les divers éléments sont indiquées dans la figure 1. Les caractéristiques des nœuds du réseau sont indiquées dans le tableau 1, ceux des tuyaux dans le tableau 2.

Figure 1 : Exemple de Réseau d’adduction d'eau potable (AEP)

2

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4354-Hydraulique hurbaine et Hydrologie

Tableau 1 : Propriétés des nœuds de l’exemple Noeud

Altitude (m)

Demande de base (l/s)

1

523

4

2

521.5

4.68

3

516.5

5.07

4

503.8

3.13

5

499

8.75

6

495

5.69

7

494.5

4.68

8

493.5

4

Tableau 2 : Propriétés des Tuyaux du Réseau Longueur

Rugosité

Tuyau p1

78.71

150

Tuyau p2

78.27

150

Tuyau p3

125.5

150

Tuyau p4

235.5

150

Tuyau p5

198

150

Tuyau p6

78.42

150

Tuyau p7

79.31

150

Tuyau p8

378.1

150

Tuyau p9

378

150

Tuyau p10

386.7

150

Tuyau p11

55.28

150

Les caractéristiques des tubes PEHD d’eau potable PN10 sont données dans le tableau 3.

3

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Tableau 3 : TUBE PEHD EAU POTABLE PN10 Référence

Désignation

Diamètre

Épaisseur

Qualité

Pression

Ext en mm

En mm

Produit

Service

PE 80

10 bars

110030161

Tube PEHD

16

110030201

Tube PEHD

20

2.0

PE 80

10 bars

110030251

Tube PEHD

25

2.0

PE 80

10 bars

110030321

Tube PEHD

32

2.4

PE 80

10 bars

110030401

Tube PEHD

40

3.0

PE 80

10 bars

110030501

Tube PEHD

50

3.7

PE 80

10 bars

110030631

Tube PEHD

63

4.7

PE 80

10 bars

110030751

Tube PEHD

75

5.6

PE 80

10 bars

110070901

Tube PEHD

90

5.4

PE 100

10 bars

110071101

Tube PEHD

110

6.6

PE 100

10 bars

110071251

Tube PEHD

125

7.4

PE 100

10 bars

110071601

Tube PEHD

160

9.5

PE 100

10 bars

110072001

Tube PEHD

200

11.9

PE 100

10 bars

110072501

Tube PEHD

250

14.8

PE 100

10 bars

110073151

Tube PEHD

315

18.7

PE 100

10 bars

110074001

Tube PEHD

400

23.7

PE 100

10 bars

110075001

Tube PEHD

500

29.7

PE 100

10 bars

110036301

Tube PEHD

630

37.4

PE 100

10 bars

2) Détermination des diamètres L’écoulement du réservoir vers le réseau de distribution se fait gravitairement. La détermination des diamètres des conduites se fait de telle sorte que la vitesse d’écoulement dans les conduites soit comprise entre 0.5 et 1.5. 4𝑄𝑖 𝑑𝑖 = √ 𝜋𝑣𝑖

Eq .1

𝑄𝑖 : Le débit véhiculé (m3/s)de la première répartition. 𝑣 𝑖 : La vitesse d’écoulement correspondante au débit Si. On prend pour calculer 𝑑𝑖 une vitesse vi= 1 m/s. 4

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On prend des diamètres normalisé.

3) Calcul des pertes de charge La perte de charge ou charge hydraulique perdue à cause du frottement de l'eau avec les parois du tuyau peut être calculée en utilisant une de ces trois formules: 

Formule de Hazen-Williams



Formule de Darcy-Weisbach



Formule de Chezy-Manning

La formule de Hazen-Williams est la formule de perte de charge la plus utilisée aux États-Unis. Elle ne peut pas être utilisée pour des liquides autres que l'eau et a été initialement développée uniquement pour les écoulements turbulents. La formule de Darcy-Weisbach est théoriquement la plus correcte et est la plus largement utilisée en Europe. Elle s'applique à tous les régimes d'écoulement et à tous les liquides. La formule de Chezy-Manning est généralement utilisée pour les écoulements dans les canaux découverts et pour les grands diamètres. La formule de Darcy-Weisbach est sélectionnée par défaut. Chaque formule utilise l'équation suivante pour calculer la perte de charge entre les nœuds de début et de fin du tuyau: ℎ𝐿 = 𝐴𝑞 𝐵

Eq.2

ℎ𝐿 : La perte de charge (en unités de longueur), q : Le débit (Volume/Temps), A : Le coefficient de résistance, et B : L’exposant du débit. Le tableau 4 donne une vue d'ensemble des expressions des coefficients de résistance et des valeurs de l'exposant d'écoulement pour chacune des formules. Chaque formule utilise un coefficient de rugosité différent qui doit être déterminé empiriquement. Le tableau 4 donne les intervalles généraux de ces coefficients pour différents types de matériaux de tuyaux neufs. Il est important de noter que le coefficient de rugosité d'un tuyau peut changer considérablement avec son âge. Pour la formule de Darcy-Weisbach, EPANET utilise différentes méthodes pour calculer le facteur de friction f selon le régime d'écoulement: 

La formule de Hagen-Poiseuille est utilisée pour un écoulement laminaire 5

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(Re < 2000). 

L'approximation de Swamee et Jain dans l'équation de Colebrook-White est utilisée pour un écoulement entièrement turbulent (Re > 4000).



L'interpolation cubique du diagramme de Moody est utilisée pour un écoulement transitoire (2000 < Re < 4000).

Tableau 3 : Formules de perte de charge totale, pour toute la longueur de la canalisation en charge (la perte de charge est exprimée en mètres de colonne d'eau (m.c.e) et le débit en m3/s) Formule

Coefficient de Résistance

Exposant du débit

(A)

(B)

Hazen-Williams

10,674 𝐶 −1.852 𝑑 −4.871 𝐿

1.852

Darcy-Weisbach

0.0827 f (,d,q) 𝑑−5 L

2

Chezy-Manning

10,294𝑛2 𝑑 −5.33 L

2

Explication des symboles: C = coefficient de rugosité de Hazen-Williams  = coefficient de rugosité de Darcy-Weisbach (m) f = facteur de friction (dépend de , d, et q) n = coefficient de rugosité de Manning d = diamètre du tuyau (m) L = longueur du tuyau (m) q = débit (m3/s) Note : En unités américaines, la formule de Hazen Williams est : 4,727C –1,852 d-4,871 L. Le coefficient de résistance change pour que des valeurs du coefficient C restent universelles. En unités américaines, la formule de Darcy-Weisbach est : 0,0252 f (,d,q) d−5 , dans laquelle les valeurs de  s’expriment en pieds. En unités américaines, la formule de Chezy-Manning est : 4,66 n2 d-5,33L. Le coefficient de résistance est modifié de nouveau pour que des valeurs du coefficient n restent universelles.

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Tableau 4 : Coefficients de Rugosité pour les tuyaux neufs Hazen- ε de Weisbach (mm) 0,25

Fonte revêtue

Coeff. Williams (universel) 130 – 140

Béton ou Revêt.de Béton

120 – 140

0,3 – 3,0

0,012 – 0,017

Fer Galvanisé

120

0,15

0,015 – 0,017

Plastic

140 – 150

0,0015

0,011 – 0,015

Acier

140 – 150

0,03

0,015 – 0,017

Céramique

110

0,3

0,013 – 0,015

Matériau

7

Darcy- n de Manning (universel) 0,012 – 0,015