计算阻力损失ppt课件.ppt

第四章室内热水供暖系统的水力计算 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 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 二 热水供暖系统管路水力计算的基本公式 沿程损失 当流体沿管道流动时 由于流体分子间及其与管壁间的摩擦 损失的能量 局部损失 当流体流过管道的一些附件 如阀门 弯头 三通 散热器等 时 由于流动方向或速度的改变 产生局部旋涡和撞击 也要损失能量 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 一 目的确定各管段的管径 满足热负荷所要求的热媒流量管段 流量 管径都不变的一段管子节点 进出口流量之和为0的分支点 二 热水供暖系统管路水力计算的基本公式 P Py Pj Rl pj P 计算管段的压力损失 Py 计算管段的沿程损失 Pj 计算管段的局部损失R 每米管长的沿程损失l 管段长度 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 每米管长的沿程损失 比摩阻 可用流体力学的达西 维斯巴赫公式进行计算 比摩阻 二 热水供暖系统管路水力计算的基本公式 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 注 热水供暖系统中很少遇到层流状态 仅在自然循环热水供暖系统的个别水流量极小 管径很小的管段内 才会遇到层流的流动状态 Re 2320时 可按下式计算 层流流动 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 当Re 2320时 流动呈紊流状态 在整个紊流区中 还可以分为三个区域 1 水力光滑管区摩擦阻力系数值可用布拉修斯公式计算 即 紊流流动 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 二 热水供暖系统管路水力计算的基本公式 2 过渡区流动状态从水力光滑管区过渡到粗糙区 阻力平方区 的一个区域称为过渡区 过渡区的摩擦阻力系数值 可用洛巴耶夫公式来计算 即 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 二 热水供暖系统管路水力计算的基本公式 3 粗糙区在此区域内 摩擦阻力系数值仅取决于管壁的粗糙度K 粗糙管区的摩擦阻力系数值 可用尼古拉兹公式计算 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 对于管径等于或大于40mm的管子 用希弗林松推荐的 更为简单的计算公式也可得出很接近的数值 二 热水供暖系统管路水力计算的基本公式 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 二 热水供暖系统管路水力计算的基本公式 管壁的当量绝对粗糙度K值与管子的使用情况和管子的使用时间等因素有关 室内热水供暖系统管路K 0 2mm室外热水网路K 0 5mm热水在室内供暖系统管路内的流动状态 大多处于过渡区 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 室内热水供暖系统的水流量G 通常以kg h表示 热媒流速与流量的关系式 二 热水供暖系统管路水力计算的基本公式 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 二 热水供暖系统管路水力计算的基本公式 附录4 1就是按公式 4 14 编制的热水采暖系统管道水力计算表 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 管段的局部损失 可按下式计算 二 热水供暖系统管路水力计算的基本公式 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 三 当量局部阻力法和当量长度法 当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程损失转变为局部损失来计算 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 式中 管段的折算阻力系数 将公式 4 13 代入上式 则有 设 则 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 当量长度法 当量长度法的基本原理是将管段的局部损失折合为管段的沿程损失来计算 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 当量长度法 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 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 四 室内热水供暖系统管路的阻力数 一 串联管路 在串联管路中 管路的总阻力数为各串联管段管路阻力数之和 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 二 并联管路 在并联管路上 各分支管段的流量分配与其通导数成正比 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 五 水力计算的主要任务 p f G d 1 已知各管段的流量和系统的循环作用压力 确定各管段的管径2 已知流量和管径 确定系统所必须的循环作用压力3 已知管径和作用压力 确定各管段的流量 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 六 一些说明 1 最不利环路 允许比摩阻最小的环路2 流速的限制 民用建筑小于1 2m s 生产厂房小于3m s3 局部损失的计算位置 应列在流量较小的管段上 4 热水供暖系统最不利环路与各并联环路之间的计算压力损失相对差额 不应大于15 第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理 例题4 1 确定重力循环双管热水供暖系统管路的管径 见图4 7 热媒参数 供水温度 95 回水温度 70 锅炉中心距底层散热器中心距离为3m 层高为3m 每组散热器的供水支管上有一截止阀 第二节重力 自然 循环双管供暖系统管路计算方法和计算例题 1 选择最不利环路重力循环异程式双管系统的最不利循环环路是通过最远立管底层散热器的循环环路 计算应由此开始 2 计算通过最不利环路散热器的作用压力 计算步骤 第二节重力 自然 循环双管供暖系统管路计算方法和计算例题 3 确定最不利环路各管段的管径d 1 求单位长度平均比摩阻 2 求各管段的流量 3 根据平均比摩阻 流量查管径 第二节重力 自然 循环双管供暖系统管路计算方法和计算例题 管段2 kg h 用内插法算得R 3 39Pa m v 0 08m s 第二节重力 自然 循环双管供暖系统管路计算方法和计算例题 4 计算各管段沿程阻力损失 5 计算各管段局部阻力损失 管段1 第二节重力 自然 循环双管供暖系统管路计算方法和计算例题 6 求各管段的压力损失7 求环路总压力损失8 计算富裕压力值 考虑到施工的具体情况 可能增加一些在设计中未计入的压力损失 因此要求留有10 的富裕度9 确定通过立管 第二层散热器环路中各管段的管径 第二节重力 自然 循环双管供暖系统管路计算方法和计算例题 1 求通过I2的作用压力 2 求通过I2环路的管径 管段16 15与14 1并联 由节点压力平衡得 a 求Rpj 第二节重力 自然 循环双管供暖系统管路计算方法和计算例题 2 1 16 15 14 1 1 16 第二节重力 自然 循环双管供暖系统管路计算方法和计算例题 2 1 16 15 14 1 b 确定管段15 16的d R v 3 求通过底层与第二层并联环路的压降不平衡率 在允许范围之内 10 确定通过立管 第三层散热器环路中各管段的管径 管段15 17 18与13 14 1并联 不平衡率x13超过15 但管段17 18已选用最小管径 剩余压力用第三层散热器支管的阀门消除 第二节重力 自然 循环双管供暖系统管路计算方法和计算例题 2 1 16 16 1 1 3 18 17 18 15 14 13 2 1 1 3 18 17 15 13 14 11 确定通过立管II各层环路各管段的管径 1 计算通过II1的作用压力 选取管径 进行阻力计算 2 由节点压力平衡原理 计算II2及II3 12 依次计算其它立管 第二节重力 自然 循环双管供暖系统管路计算方法和计算例题 管段19 23与12 14 1 2并联 由节点压力平衡可得 计算思路总结 重力双管 1 确定最不利环路 2 计算最不利环路I1 3 计算I2环路 并考察I2与I1的不平衡率 for垂直失调 4 同理完成I3 In环路的计算 5 同理 由一层至三层计算立管II 并考察各层的不平衡率以及立管II与立管I的不平衡率 for水平失调 计算方法总结 continue 对某一环路的计算步骤 1 求管段流量 kg h 2 求作用压力和平均比摩阻 3 查水力计算表 得实际管径及对应的R v 对并联管段不平衡率的计算方法 4 计算实际的压力损失 注 资用压力由并联环路节点压降相等原理计算 通过计算结果可知 第三层管段虽然采用了最小管径 但它的压降不平衡率仍大于15 这说明对于三层以上建筑物 如采用上供下回式的双管系统 垂直失调状况难以避免 第二节重力 自然 循环双管供暖系统管路计算方法和计算例题 第三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 一 例题 例题4 2 确定图4 2机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路的管径 热媒参数 供水温度 95 回水温度 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 2表示出系统两个支路中的一个支路 散热器内的数字表示散热器的热负荷 楼层高为3m 第三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 图4 9例题4 2的管路计算图 第三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 1 确定最不利环路 2 在轴侧图上给立管和管段编号 并注明各管段的热负荷和管长 按最不利环路编号 3 计算最不利环路各管段管径 注 引入口处外网的供回水压差较大 为使系统中各环路的压力损失易于平衡 按推荐的经济比摩阻R确定管径 管段1 kg h R 60 120Pa m 用内插法算出R 116 41Pa m v 0 552m s Pa 闸阀0 5 弯头1 0 查教材附录4 3得 第三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 同理计算管段2 12 教材P107表4 4 4 计算其它环路各管段管径 最不利环路 管段1 12 的总压损为8633Pa 而入口处循环作用压力为30kPa 剩余压头用阀门节流 第三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 立管IV 1 求资用压力 立管 与管段6 7并联 根据并联环路节点压力平衡得 立管 的资用压力为 P Py Pj 6 7 P zh P zh 2719Pa 第三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 2 求Rp j 3 选管径 计算阻力损失 不平衡率 由G和求得的Rp j 查水力计算表 确定管径DN15 查得v R 求出立管压力损失为2941Pa 与立管 的不平衡率为 在 15 以内 满足要求 第三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 立管III 与管段5 8并联 同理 其资用压力 P Py Pj 5 8 2719Pa 第三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 分析机械循环异程式热水供暖系统的水力计算结果 可以看出 1 自然循环系统和机械循环系统虽然系统热负荷 立管数 热媒参数 供热半径都相同 但由于机械循环系统比摩阻 循环作用压力比自然循环系统大很多 所以机械循环系统的管径比自然循环系统小很多 2 有时机械循环异程式系统的最近立管已选择了最小管径 可仍无法与最不利环路平衡 仍有过多的剩余压力 只能在系统初调节和运行时 调节立管上的阀门解决这个问题 第三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 说明机械循环异程式系统单纯用调整管径的办法平衡阻力非常困难 容易出现近热远冷的水平失调问题 所以系统作用半径较大时可考虑采用同程式系统 为了减轻水平失调现象 除了采用同程式系统型式外 还可以仍采用异程式系统 但计算时先确定最近立管环路上各管段管径 然后在不平衡率允许范围内 确定其他立管环路的管径 这样做虽然会增大各立管管径 特别是最不利环路各管段管径明显增大 增加了系统的初投资 但其水力计算方法简单 运行工作可靠 可与同程式系统经济比较后选用 对于异程式系统还可以来用不等温降法进行水力计算 第三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 二 散热器的进流系数 在单管顺流式热水采暖系统中 如图4 10 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Gl的比值 称为该组散热器的进流系数 即 图4 10顺流式系统散热器节点 二 散热器的进流系数 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时 可通过式4 41计算 二 散热器进流系数 由并联环路节点压力平衡 得 1 2 若d1 d2 且摩擦阻力系数近似相等 则 式 可改写成 二 散热器的进流系数 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 11确定 二 散热器的进流系数 图4 11跨越式系统中散热器的进流系数 三 计算步骤 1 首先计算通过最远立管的环路2 用同样的方法计算通过最近立管的环路3 求并联环路压力损失不平衡率 使其不平衡率在 5 以内 第三节机械循环单管顺流同程式热水供暖系统管路的水力计算方法和例题 注意 如水力计算结果和图示表明个别立管供回水节点间的资用压力过大或过小 则会使下步选用该立管的管径过粗或过细 使设计不合理 此时 应调整第一 第二步骤地水力计算 适当改变个别供回水干管的管段直径 使易于选择各立管的管径并满足并联环路不平衡率的要求 第三节机械循环单管顺流同程式热水供暖系统管路的水力计算方法和例题 4 确定其它立管的管径 根据各立管的资用压力和立管各管段的流量 选用合适的立管管径 计算方法与例题4 2的方法相同 5 求各立管的不平衡率 根据立管的资用压力和立管的计算压力损失 求各立管的不平衡率 不平衡率应在 10 以内 第三节机械循环单管顺流同程式热水供暖系统管路的水力计算方法和例题 第四节分户采暖热水供暖系统管路水力计算原则与方法 一 分户采暖系统水力工况特点1 室内有人时 散热器处于正常工作状态 无人时 处于值班供暖状态 2 热消费水平与舒适度要求不同 不同的环路会对室温有不同的需求 3 用户环路还有被调节与关闭的可能 若户内系统的阻力远远大于供 回干管阻力 则系统的水