液体输配管网水力特征与水力计算.ppt

第3章液体输配管网水力特征与水力计算 基本水力特征 任意两个断面之间的能量方程 位压 水柱压力 大 要注意其对于液体管网运行的影响 空气渗入会严重影响管内的正常流动 要重视 排气 3 1 1闭式液体管网水力特征 沿管段流动方向起点高程减去终点高程 符号数 当管段流动方向与环路方向一致为正 反之为负 3 1 1 1重力循环液体管网的工作原理与水力特征 忽略管道散热的影响 起循环作用的是散热器 冷却中心 和锅炉 加热中心 之间的水柱密度差与高差的乘积 如供水温度为95 回水70 则每米高差可产生的作用压力为156Pa 重力循环的作用压力不大 环路中若积有空气 会形成气塞 阻碍循环 例如在下降的回水管中 有个充满回水管断面 高仅2cm的气泡 就可产生约192Pa的反循环力 因此要特别重视排气 为了排气 系统的供水干管必须有0 5 1 0 向膨胀水箱方向上坡度 散热器支管的坡度一般取1 在重力循环系统中 水的流速较低 空气能逆着水流方向 经过供水干管聚集到系统的最高处 通过膨胀水箱排除 1 并联管路的水力特征 环路a S1 b 热源 a 环路a S2 b 热源 a 双管系统的垂直失调 当上下层环路的管道 散热器尺寸一致时 必然出现上层的流量大于下层的情况 在供热系统中 称为垂直失调 解决办法 在设计时正确计算不同环路的循环动力 采用不同的管道与设备尺寸及调节措施 2 串联管路的水力特征 环路动力 各个散热中心处于同一环路 循环动力相同 需要计算从各个散热中心流出的流体的密度 密度推算 tj是第j组散热器出流流体的温度 根据温度 求取各个密度值 单管系统的垂直失调 在串联环路中 各层散热器循环作用压力是同一个 但进出口水温不相同 越在下层 进水温度越低 由于各层散热器的传热系数K随各层散热器平均计算温度差变化 在选择设备时没有正确考虑这一点 也会带来各个散热器的散热量达不到设计要求 引起垂直失调 3 水在管路中沿途冷却的影响 上述分析 没有考虑水在管路中沿途冷却的因素 水的温度和密度沿循环环路不断变化 不仅影响各层散热器的进 出口水温 同时也影响到循环动力 由于重力作用形成的循环动力不大 在确定实际循环动力大小时 必须加以考虑 精确计算 必须明确密度沿程变化的关系式 在工程中 采用简化处理 首先只考虑水在散热器内冷却 然后根据不同情况 增加一个考虑水在循环管路中冷却的附加作用压力 它的大小与系统供水管路布置状况 楼层高度 所计算的冷却中心与加热中心之间的水平距离等因素有关 其数值可从相关采暖设计手册查取 3 1 1 2机械循环液体管网的工作原理与水力特征 3 1 2闭式液体管网水力计算 液体管网和气体管网在水力计算的主要目的 基本原理和方法上是相同的 只是因为液体的物性参数与气体有显著差别 液体管网的工作参数也与气体管网有一定区别 所以二者水力计算使用的计算公式和技术数据有所不同 3 1 2 1液体管网水力计算的基本公式 1 摩擦阻力 室内管网 常处于紊流过渡区 室外管网 常处于阻力平方区 2 局部阻力 3 1 2 2液体管网水力计算的主要任务和方法 任务 1 已知管网各管段的流量和循环动力 确定各管段的管径 方法 压损平均法 预先求出管段的平均比摩阻 作为选择管径的控制参数 然后根据各管段流量和Rmp 用公式或图表计算管径 选择接近的标准管径 然后根据流量和选定管径计算阻力损失 并核算资用动力和计算阻力的不平衡率是否满足要求 任务 2 已知各管段的流量和管径 确定管网的需要压力 方法 首先计算最不利环路各管段的压力损失 如果不能忽略重力作用 计算重力作用形成的循环动力 按下式确定管网的需用压力 然后计算其他环路的资用压力 用压损平均法对各个环路与最不利环路共用的各个管段进行压损平衡 任务 3 已知各管段的流量 确定各管段的管径和管网的需用压力 方法 首先用假定流速法计算最不利环路 根据管网的技术经济要求 选用经济流速或经济比摩阻 用公式或图表确定管径 计算各个管段的阻力损失 进而确定管网的需用压力 然后计算其他环路的资用压力 用压损平均法对各个环路与最不利环路共用的各个管段进行压损平衡 室内采暖管网最大允许的水流速 民用建筑1 2m s生产厂房的辅助建筑物2m s生产厂房3m s 室外供热管网最大允许的水流速 3 5m s室内供热 空调水管网的经济比摩阻 60 120Pa m 室外供热管网的经济比摩阻 主干线 30 70pa m支线 300Pa m 任务 4 已知管网各管段的管径和该管段的允许压降 确定通过该管段的水流量 方法 利用公式和图表计算 不等温降法 在用水流量携带热量 冷量 的工程中 实际上要求满足的是末端设备的散热量 或吸热量 此方法根据管段的实际允许压降确定流量 可以得到满足环路压力平衡的流量 实际运行流量 然后可根据流量 选择合适的换热设备 来满足需要的散热量 任务 1 已知管网各管段的流量和循环动力 确定各管段的管径 任务 3 已知各管段的流量 确定各管段的管径和管网的需用压力 枝状室外供热管网任务 2 已知各管段的流量和管径 确定管网的需要压力 空调冷冻水任务 4 已知管网各管段的管径和该管段的允许压降 确定通过该管段的水流量 3 1 2 3重力循环双管系统管网水力计算 例3 2 计算准备 绘制管网图 管段编号 计算各个管段的设计流量 1 选最不利环路 通过立管 的最底层散热器 1 1500W 的环路 这个环路从散热器 1顺序地经过管段 进入锅炉 再经管段 进入散热器 1 2 计算最不利环路循环动力 3 确定最不利环路各管段的管径 1 计算平均比摩阻 控制值 2 根据各个管段的流量 用热水采暖水力计算表 选择接近Rpj的标准管径 并根据流量和管径 查出实际比摩阻 如管段 流量272kg h Rpj 3 84Pa m 查表选DN32的管径 根据流量272kg h和DN32的管径 查得流速0 08m s 比摩阻3 39Pa m 填入表中 并计算该管段的摩擦阻力 3 相同方法确定出最不利环路的所有管段的管径 4 统计该管段的局部阻力系数 计算局部阻力 5 求各管段的压力损失 沿程阻力损失 局部阻力损失 6 计算最不利环路的总阻力 7 核算压力富余值 至此 最不利环路计算完成 8 其他环路计算 确定通过立管 第二层散热器环路中各管段管径 不与最不利环路共用的管段是15 16 共用的管段是2 13 管段15 16的资用动力 用同样的方法 根据管段15和16的流量G及平均比摩阻 确定管径d Rm并计算摩擦阻力 局部阻力 管段15和16的总阻力为524Pa 核算资用动力与计算阻力的不平衡率 用同样的方法 依次计算I立管第3层 II III IV V各立管各层的管路 说明 有的环路中 可能有的管段已选用了最小管径 仍不能实现允许的不平衡率 可通过调节装置在运行时进行调节 离热源较远的立管 各层支管及共用管段选用较大的管径 便于离热源较近立管各个环路实现平衡 3 1 2 4机械循环液体管网的水力计算方法 1 室内热水采暖管网与上级管网采用直接连接的管网循环动力由上级管网提供 室内管网的资用压力往往比较大 特别是距离循环动力比较近的建筑物 此时 按资用压力计算得出的最不利环路的平均比摩阻较大 按此选用管径 造成管内流速高 噪音大 且其他环路难于平衡 故一般按控制比摩阻60 120Pa m进行计算 剩余压力靠入口减压装置消耗 与上级管网采用间接连接的室内管网水力计算的目的是确定管网的需用压力和各管段管径 仍按控制比摩阻进行计算 任务 3 关于重力循环动力水在管道内冷却的附加作用压力可不考虑 对双管系统 要考虑水在散热器冷却的重力循环动力 单管系统 若各立管楼层数相同 可不考虑 若不同 要考虑 2 空调冷冻水管网 一般是建筑物自成系统 现在也有区域供冷 如北京的中关村 水力计算目的是确定管网的需用压力 按照推荐流速或控制比摩阻选择最不利环路的管径 再对其他环路进行压损平衡 任务 2 供回水温差小 不考虑重力作用形成的循环动力 提醒 注意阻力计算公式的选用及修正 注意粗糙度等基础参数的取值 灵活应用各种计算参考资料 图表 阅读有关规范的相关条文 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 3 枝状室外供热管网的水力计算 城市热力网设计规范 CJJ34 2002水力计算任务 根据已知流量 确定各个管段的管径 计算管网的需用压力 任务 3 计算的基本方法 先按控制比摩阻计算最不利环路 再对其他环路进行压损平衡 不考虑重力作用形成的动力 基本公式 流动常处于阻力平方区 流量的单位是t h K 0 5mm 例3 3 某工厂厂区热水供热系统 其网路平面布置图 各管段的长度 阀门及方形补偿器的布置 见图3 1 7 网路的计算供水温度t1 130 计算回水温度t2 70 用户E F D的设计热负荷Qn 分别为 3 518GJ h 2 513GJ h和5 025GJ h 热用户内部的阻力为 P 5 104Pa 试进行该热水网路的水力计算 1 准备工作 管网图绘制 标注管段编号 长度 管件 计算出设计流量 填入编制的计算表格 例 管段B E的设计流量计算如下 水力计算表表3 1 5 2 最不利环路计算 说明 室外热水管网的回水管路沿供水管路相同的路径布置 管径 管内流量与对应的供水管段相同 一般是闭式管网 不从管网取出热水 最不利环路的管线也称为 主干线 本例选A B C D为主干线 控制比摩阻30 70Pa m 管段AB 流量44t h 查表 取d 150mm R 44 8Pa m闸阀1个 方形补偿器3个 当量长度 相同方法计算管段BC CD 3 计算其他支路 对其他环路进行压损平衡 管段BE 同理计算管段CF 3 2开式液体管网水力特征与水力计算 水泵扬程需要克服进出口的高差 3 2 1建筑给水管网水力计算 3 2 1 1确定设计流量与管径流量的确定要考虑末端用水器具的同时用水系数 即同时给水百分数 分两种情况采用不同的计算公式 1 用水时间集中 用水设备使用集中 同时给水百分数高的建筑 如工业企业生活间 公共浴室 洗衣房 食堂餐厅 实验室 影剧院 体育场等 2 用水时间长 用水设备使用不集中 同时给水百分数随用水器具数量增加而减少的建筑 如住宅 宾馆 医院 学校 办公楼等 用水器具种类多 且各种用水器具的额定流量又不尽相同 为简化计算 将安装在污水盆上 管径为15mm的配水龙头的额定流量0 2L s作为一个当量 其它用水器具的额定流量对它的比值 即为该用水器具的当量值 用下式计算管段的给水设计秒流量qg 管径的确定 按控制流速范围来确定 设计时给水管道流速应控制在正常范围内 生活或生产给水管道 不宜大于2 0m s 当有防噪声要求 且管径小于或等于25mm时 生活给水管道内的水流速度 可采用0 8 1 0m s 消火栓系统 消防给水管道 不宜大于2 5m s 自动喷水灭火系统给水管道 不宜大于5 0m s 但其配水支管在个别情况下 可控制在10m s以内 按流量和流速确定管径规格后 需按确定的管径核