第四章供暖系统水力计算PPT课件.ppt

第四章 供暖系统水力计算 1 第一节热水供暖系统管路水力计算基本原理 一 水力计算的目的 选择适当的管径 使系统中各管段的水流量符合设计要求 以保证流进各散热器的水流量符合要求 进而确定出各管路系统的阻力损失 二 水力计算的原理 热水供暖系统中 计算管段的总压力损失 可用下式表示 计算管段的压力损失 Pa 计算管段的沿程损失 Pa 计算管段的局部损失 Pa 每米管长的沿程损失 Pa m 管段长度 m 2 一 沿程损失在管路的水力计算中 把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子 称为一个计算管段 任何一个热水供暖系统都是由许多串联与并联的计算管段组成 每米管长的沿程损失 也称为比摩阻 比压降 其值可用流体力学中的达西 维斯巴赫公式进行计算Pa m 4 1 式中 管段的摩擦阻力系数 管道内径 m 热媒在管道内的流速 m s 热媒的密度 kg m3 1 值的确定 摩擦阻力系数 取决于热媒在管道内的流动状态和管壁的粗糙程度 即 Re K dRe 雷诺数 流动状态的准则数 当Re 2320时 流动为层流流动 当Re 2320时 流动为紊流流动 热媒的运动粘滞系数 s K 管壁的当量绝对粗糙度 管壁的相对粗糙度 其它同前 3 管壁的当量绝对粗糙度K与管子的使用情况 流体对管壁的腐蚀和沉积水垢等 和管子使用时间等因素有关 对于热水供暖统 推荐采用下列数值 室内热水供暖系统管道K 0 2mm室外热水管网管道K 0 5mm摩擦阻力系数 值是用实验方法确定的 根据实验数据整理的曲线 按照流体的不同流动状态 可整理出计算 值的公式 在热水供暖系统中 推荐如下计算公式 4 a 层流流动当Re 2320时 流动为层流流动状态 值仅取决于Re值 在自然循环热水供暖系统的个别水流量很小 管径很小的管段内 可出现层流的流动b 紊流流动当Re 2320时 流动为紊流流动 在该区内 又分为水力光滑管区 过渡区及粗糙管区 阻力平方区 1 水力光滑管区 值可用布拉修斯公式计算 2 过渡区流动状态从水力光滑管区过渡到粗糙管区 阻力平方区 的一个区域 称为过渡区 该区的摩擦阻力系数值 可用洛巴耶夫公式计算 即 5 过渡区的范围 可用下式判断 式中 流动从水力光滑管区转到过渡区的临界速度和相应的雷诺数值 流动从过渡区转到粗糙管区的临界速度和相应的雷诺数值 3 粗糙管区 阻力平方区 该区的摩擦阻力系 值仅取决于管壁的相对粗糙度 用尼古拉兹公式计算对于管径DN 40 的管子 可用更简单的希弗林松公式 6 根据过渡区范围的判别式和推荐使用的当量绝对粗糙度K值 下表列出了水温60 90 时 相应于K 0 2mm和K 0 5mm时的过渡区临界速度v1和v2值 从表中可见 设计室内热水供暖系统时 管中流速一般在v1和v2值之间 因此 热水在室内供暖系统管路内的流动状态 几乎都处在过渡区内 室外热水供热管网 K 0 5mm 设计都采用较高的流速 通常大于0 5m s 因此 水在室外热水管网中的流动状态 大多处于阻力平方区内 7 8 2 水力计算表 管道内的流速 流量和管径的关系表达式为 式中G 管段中的水流量 kg h 其它符号同前 将式 4 2 的流速v代入式 4 1 整理成更方便的计算公式 在给定热媒状态参数及其流动状态的条件下 和 值均为已知 则式 4 1 就表示为R d G 的函数式 只要已知R G d中任意两个数 就可确定第三个数值 根据这种关系利用公式 4 3 而编制出室内热水供暖管道水力计算表 9 二 局部损失计算公式 三 阻力损失的计算方法1 2 当量局部阻力法 动压头法 基本原理是将管段的沿程损失转变为等量的局部损失计算 10 这种方法在单管顺流式系统水力计算时用 3 当量长度法基本原理是将管段的局部损失折合为沿程损失来计算 当量长度法一般多用在室外热力网路的水力计算上 11 三 水力计算的三种情况 R d G 1 已知系统各管段的流量和系统的作用压头 确定各管段的管径 P R Gd 2 已知系统各管段的流量和各管段的管径 确定系统所需的作用压头 G d P 3 已知系统各管段的管径和允许阻力损失 确定各管段的流量 d PG 不等温降法的水力计算 就是按这种方法进行的 12 四 水力计算的一般要求 1 各种水力计算都是先计算最不利环路 允许的平均比摩阻最小的环路称为最不利环路 一般情况下是从热源到最远立管所在的环路为最不利环路 然后再进行其它分支环路的水力计算 最后计算的结果 最不利环路与并联环路之间的计算压力损失相对差额不应大于 15 2 总压力损失附加值 整个热水供暖系统总的计算压力损失 宜增加10 的附加值 以此确定系统必需的循环作用压力 3 室内热水供暖系统水的允许限定流速 在实际设计过程中 为了平衡各并联环路的压力损失 往往需要提高近循环环路分支管段的比摩阻和流速 但流速过大会使管道产生噪声 所以近环环路的立 支管内的水流速也不应大于下列数值 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 13 第二节机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算方法和例题 机械循环系统的作用半径大 其室内热水供暖系统的总压力损失一般控制在10 20kPa 对水平式或较大型系统 可达20 50kPa进行水力计算时 机械循环室内热水供暖系统一般先设定入口处的资用循环压力 按最不利循环环路的平均比摩阻Rpj 来选用该环路的各管段管径 当入口处的资用压力较高 管道流速和系统的实际总压力损失可相应提高 但在实际工程设计中 最不利循环环路的各管段水流速过高 即管径过小 各并联环路的压力损失势必难以平衡 所以常用控制Rpj值的方法 取Rpj 60 120Pa m选取管径 剩余的资用循环压力 用入口处的调压装置节流 14 机械循环热水采暖系统作用压头 机械循环系统中 重力循环作用压力与水泵提供的循环作用压头相比是很小的在计算最不利环路时可以忽略 但它是造成采暖系统竖向失调的重要原因 所以在各立管散热器并联管路阻力平衡计算时不能忽略 对机械循环单管系统 如建筑物各部分层数相同时 每根立管所产生的重力循环作用压力近似相等 可忽略不计 如建筑物各部分层数不同时 高度和各层热负荷分配比不同的立管之间所产生的重力循环作用压力不相等 在计算各立管之间并联环路的压降不平衡率时 应将其重力循环作用压力的差额计算在内 重力循环作用压力可按设计工况下的最大值的2 3计算 约相当于采暖室外平均温度下对应的供回水温度下的作用压力值 15 例题 如图所示之垂直式单管顺流机械循环热水供暖系统 确定管路的管径及总压力损失 供水温度95 回水温度70 散热器内的数字 表示散热器的热负荷 W 楼层高度为3m 系统与外网连接 引入口处的供回水压差为30kPa 图中只画出系统的一个分支路 16 计算步骤 1 在轴测图上 进行管段编号 立管编号 并注明各管段的热负荷和管长 2 确定最不利环路 该环路为管段1 12 3 计算最不利环路1 计算Rpj由于引入口处外网的供回水压差较大 考虑系统中各环路的压力损失易于平衡 用推荐的平均比摩阻来确定最不利环路各管段的管径 2 根据公式计算流量 并填入水力计算表中 Rpj 60 120Pa m 17 3 根据G Rpj 查水力计算表 选择接近Rpj的管径 查出d R v列入表中 例如管段1 Q 74800W 则根据G 2573kg h Rpj 45 3Pa m 查表 d 40mm 用插入法计算出R 116 41Pa m v 0 552m s 18 4 计算沿程阻力5 计算局部阻力根据系统中实际局部管件的情况 列出各管段局部管件名称 由表4 2查得各管段的局部阻力系数值 列入表中 注意三通 四通局部阻力系数应列在流量较小的管段上 根据流速v由表4 3查得动压头 Pd v2 2值 根据上式计算局部阻力 列入计算表中 19 6 求各管的阻力 P7 求最不利环路的总压力损失 总阻力 入口处的剩余循环作用压力用调节阀门节流消耗掉 4 确定其它立管的管径 立管 1 求立管 的资用压力它与立管 为并联环路 即与管段6 7为并联环路 根据并联环路节点压力平衡原理 P Py Pj 6 7 P P Py Pj 6 7Pa2 求Rpj3 选择管径 计算阻力损失 不平衡率根据G和Rpj 选立管 的立支管的管径 取DN15 15 计算出立管 的总压力损失为2941Pa 与立管 进行平衡 不平衡率为 8 2 在 15 以内 符合要求 20 5 立管 立管 与5 8管段并联 同理其资用压力 P Py Pj 5 8 3524Pa 立管管径选用DN15 15 计算结果立管 的总压力损失为2941Pa 不平衡率为6 5 6 立管 立管 与4 9管段并联 计算同理 不平衡率超出允许值 因已选用最小管径 不可能再用调整管径的办法来消耗多余压力 故而采用立管上的阀门节流消耗掉 达到阻力平衡的目的 7 立管 立管 与3 10管段并联 计算同理 21 解决水平失调的办法 1 阀门调节剩余压力 最好是调节阀 或孔板 散热器温控阀或与调节阀配合使用 2 供回水干管采用同程式布置 3 仍采用异程式系统 采用 不等温降 方法进行水力计算 4 仍采用异程式系统 采用首先计算最近立管环路的方法 该方法是首先计算通过最近立管环路上各管段的管径 然后以最近立管的总压力损失为基准 在允许的不平衡率范围内 增加15 确定最近立管后面的供回水干管和其它立管的管径 22 23 24 25 26 27 28 29 30 第三节机械循环同程式热水供暖系统管路的水力计算方法和例题 将上题改为同程式系统 管路系统图见下图 供回水温度为95 70 系统与外网连接 在引入口处外网的供回水压差为30kPa 楼层高为3m 计算步骤 1 计算通过最远立管 的环路 从而确定出供水干管各管段 立管 和回水总干管的管径及其压力损失 2 用同样方法通过最近立管 的环路 从而确定出立管 和回水干管的管径及其压力损失 31 3 求并联环路立管 和立管 的压力损失不平衡率 使其限制在 5 内 计算系统的总压力损失 Py Pj 1 2 8 9 10 14 10 10226Pa4 绘制出管路压力平衡分析图 5 由压力平衡分析图求出各立管的供回水节点间的资用压力值 求出Rpj 根据流量和比摩阻选择管径 计算压力损失 并求出不平衡率 限制在 10 内 32 说明 1 同程式系统的水平失调 当个别立管供回水节点间的资用压力过小或过大时 说明设计不合理 应调整1 2步骤的水力计算 适当改变个别供回水干管的管段直径 使之易于选择各立管的管径 并满足并联环路不平衡率的要求 为