单元4 热水采暖系统的水力计算

供热工程,GONG RE GONG CHENG,单元4 热水采暖系统的水力计算,,单元4 热水采暖系统的水力计算,知识目标：1、熟悉水力计算的基本原理 ；2、 掌握采暖系统水力计算的任务和方法 ；3、了解不等温降法热水采暖系统水力计算的方法；4、 掌握机械循环热水采暖系统的水力计算的方法和步骤。能力目标：1、能进行一般室内采暖工程的施工图设计计算；2、能熟练使用常用的水力计算图表；3、能运用水力计算的基本原理分析解决工程实际中存在的问题。,,目 录,课题1 管路水力计算的基本原理,课题2 热水采暖系统水力计算的任务和方法,课题3 机械循环单管热水采暖系统的水力计算,1,2,3,,课题1 管路水力计算的基本原理,（1）沿程压力损失 根据达西公式，沿程压力损失可用下式计算,1.1 基本公式,Pa (4-1),单位长度的沿程压力损失，也就是比摩阻R的计算公式为,Pa /m (4-2),,课题1 管路水力计算的基本原理,式中 沿程压力损失，Pa 管段的摩擦阻力系数； d管子的内径，m； 流体的密度，kg/m3； 管中流体的速度，ms； 管段的长度，m。实际工程计算中，往往已知流量，则公式(5-2)中的流速v可以用质量流量G表示,(4-3),,课题1 管路水力计算的基本原理,式中 G为管段中水的质量流量，kgh。 将式(4-3)代入式(4-2)中，经整理后可得,(4-4),附录4-1就是按公式(4.4)编制的热水采暖系统管道水力计算表。,查表确定比摩阻R后，该管段的沿程压力损失就可确定出来。,（2）局部压力损失 局部压力损失可按下式计算,(4-5),,课题1 管路水力计算的基本原理,式中 管段的局部阻力系数之和，见附录4-2； 表示 =1时的局部压力损失，又叫动压头， ,Pa，见附录4-3。,（3）总损失任何一个热水采暖系统都是由很多串联、并联的管段组成，通常将流量和管径均不改变的一段管路称为一个计算管段。,各个管段的总压力损失 应等于沿程压力损失 与局部压力损失 之和，即,（4-6）,,课题1 管路水力计算的基本原理,当量阻力法是在实际工程中的一种简化计算方法。基本原理是将管段的沿程损失折合为局部损失来计算，即,1.2 当量阻力法,（4-7）,式中 当量局部阻力系数。,计算管段的总压力损失 可写成,(4-8),,课题1 管路水力计算的基本原理,令,（4-9）,式中 管段的折算阻力系数,(4-10),将公式（4-3）代入公式（4-10）中，则有,(4-11),设,（4-12),,课题1 管路水力计算的基本原理,管段的总压力损失,(4-13),附录4-4 给出了各种不同管径的A值和/d值。附录4-5 给出按公式（4-13）编制的水力计算表。垂直单管顺流式系统立管与干管、支管，支管与散热器的连接方式，在图中已规定出了标准连接图式，为了简化立管的水力计算，可以将由许多管段组成的立管看作一个计算管段。附录4-6 给出了单管顺流式热水采暖系统立管组合部件的。附录4-7 给出了单管顺流式热水采暖系统立管的 值。,,课题1 管路水力计算的基本原理,当量长度法是将局部损失折算成沿程损失来计算的一种简化计算方法，也就是假设某一段管段的局部压力损失恰好等于长度为 的某管段的沿程损失，即,1.3 当量长度法,（4-14）,式中 为管段中局部阻力的当量长度，m。,管段的总压力损失 可写成,(4-15),,课题1 管路水力计算的基本原理,式中 为管段的折算长度，m。 当量长度法一般多用于室外供热管路的水力计算上。,,课题2 热水采暖系统水力计算的任务和方法,(1)已知各管段的流量和循环作用压力，确定各管段管径。 (2)已知各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用压力。 (3)已知各管段管径和该管段的允许压降，确定该管段的流量。2.2.1 最不利环路计算(1)最不利环路的选择确定,2.1 热水采暖系统水力计算的任务,2.2 等温降法水力计算方法,,课题2 热水采暖系统水力计算的任务和方法,采暖系统是由各循环环路所组成的，所谓最不利环路，就是允许平均比摩阻最小的一个环路。可通过分析比较确定，对于机械循环异程式系统，最不利环路一般就是环路总长度最长的一个环路。(2)根据已知温降，计算各管段流量,（4-16）,式中 Q各计算管段的热负荷，W；,系统的设计供水温度，,系统的设计回水温度，。,,课题2 热水采暖系统水力计算的任务和方法,(3)根据系统的循环作用压力，确定最不利环路的平均比摩阻,(4-17),式中 最不利环路的平均比摩阻，Pa/m；,p最不利环路的循环作用压力，Pa；, 沿程压力损失占总压力损失的估计百分数，查附录4-7确定值；, 环路的总长度，m。,,课题2 热水采暖系统水力计算的任务和方法,(4) 根据Rpj和各管段流量，查附录4-1选出最接近的管径，确定该管径下管段的实际比摩阻R和实际流速。(5) 确定各管段的压力损失，进而确定系统总的压力损失。2.2.2 其它环路计算其它环路的计算是在最不利环路计算的基础上进行的。应遵循并联环路压力损失平衡的规律，来进行各环路的计算。应用等温降法进行水力计算时应注意：(1)如果系统未知循环作用压力，可在总压力损失之上附加10%确定。(2)各并联循环环路应尽量做到阻力平衡，以保证各环路分配的流量符合设计要求。但各并联环路的阻力做到绝对平衡是不可能的，允许有一个差额，但不能过大，否则会造成严重失调。(3)散热器的进流系数,,课题2 热水采暖系统水力计算的任务和方法,在单管顺流式热水采暖系统中，如图4-1，两组散热器并联在立管上，立管流量经三通分配至各组散热。流进散热器的流量Gs与立管流量 的比值，称为该组散热器的进流系数，即,图4-1 顺流式系统散热器节点,,课题2 热水采暖系统水力计算的任务和方法,在垂直顺流式热水采暖系统中，当散热器单侧连接时，进流系数=1.0；当散热器双侧连接时，如果两侧散热器支管管径、长度、局部阻力系数都相等，则进流系数=0.5；如果散热器支管管径、长度、局部阻力系数不相等，进流系数可查图4-2确定。,,课题2 热水采暖系统水力计算的任务和方法,图4-2 单管顺流式散热器进流系数,,课题2 热水采暖系统水力计算的任务和方法,跨越式热水采暖系统中，由于一部分直接经跨越管流入下层散热器，散热器的进流系数取决于散热器支管、立管，跨越管管径的组合情况和立管中的流量、流速情况，进流系数可查图4-3确定。,,课题2 热水采暖系统水力计算的任务和方法,图4-3 跨越式系统中散热器的进流系数,,课题2 热水采暖系统水力计算的任务和方法,所谓不等温降的水力计算，就是在单管系统中各立管的温降各不相等的前提下进行水力计算。它以并联环路节点压力平衡的基本原理进行水力计算。这种计算方法对各立管间的流量分配，完全遵守并联环路节点压力平衡的水力学规律，能使设计工况与实际工况基本一致。进行室内热水采暖系统不等温降的水力计算时，一般从循环环路的最远立管开始。（1）首先任意给定最远立管的温降。一般按设计温降增加2-5。由此求出最远立管的计算流量Gj。根据该立管的流量，选用R(或)值，确定最远立管管径和环路末端供、回水干管的管径及相应的压力损失值。（2）确定环路最末端的第二根立管的管径。该立管与上述计算管段为并联管路。根据已知节点的压力损失P，选定该立管管径，从而确定通过环路最末端的第二根立管的计算流量及其计算温度降。,2.3 不等温降的水力计算方法,,课题2 热水采暖系统水力计算的任务和方法,（3）按照上述方法，由远至近，依次确定出该环路上供、回水干管各管段的管径及其相应附压力损失以及各立管的管径、计算流量和计算温度降。（4）系统中有多个分支循环环路时，按上述方法计算各个分支循环环路。计算得出的各循环环路在节点压力平衡状况下的流量总和，一般都不会等于设计要求的总流量，最后需要根据并联环路流量分配和压降变化的规律，对初步计算出的各循环环路的流量、温降和压降进行调整。最后确定各立管散热器所需的面积。,,课题3 机械循环单管热水采暖系统的水力计算,【例题4-1】 确定图4-5机械循环垂直单管顺流式热水采暖系统管路的管径。热媒参数：供水温度 =95 =70。系统与外网连接。在引入口处外网的供回水压差为30kPa。图4-3表示出系统两个支路中的一支路。散热器内的数字表示散热器的热负荷。楼层高为3m。,3.1 机械循环单管顺流式热水采暖系统管路水力计算例题,,课题3 机械循环单管热水采暖系统的水力计算,图4-4例题4-1的管路计算图,,课题3 机械循环单管热水采暖系统的水力计算,机械循环单管顺流式热水采暖系统管路水力计算表（例题4-1） 表4-1,py=R,3.2机械循环同程式热水采暖系统管路的水力计算例题,【例题4-3】 确定图4-2机械循环垂直单管顺流同程式热水采暖系统管路的管径。热媒参数：供水温度 =95， =70。系统与外网连接。采用允许流速法计算。散热器内的数字表示散热器的热负荷。,,课题3 机械循环单管热水采暖系统的水力计算,图4-2 同程式系统管路系统图,,课题3 机