供热工程第四课 室内供暖系统的水力计算课堂

1、第四章,室内热水供暖系统,的水力计算,湖南科技大学能源与安全学院,成剑林,1,本章重点及难点,本章重点,热水供热系统水力计算基本原理,重力循环热水供热系统水力计算基本原理,机械循环热水供热系统水力计算基本原理,本章难点,水力计算方法,最不利循环,2,第一节,热水供暖系统管路水力计算的基本原理,一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式,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，就要损失能量；而当流体,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。前者,称为,沿程损失,后者称为,局部损失,3,一、系统管路水力计算的基本

2、公式,PP,y,P,i,R,l,P,i,Pa,式中,P,计算管段的压力损失,Pa,P,y,计算管段的沿程损失,Pa,P,i,计算管段的局部损失,Pa,R,每米管长的沿程损失,Pa,m,l,管段长度,m,y,j,j,P,P,P,Rl,P,4,一、系统管路水力计算的基本公式,在管路的水力计算中，通常把管路中水流,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的管路,都是由许多串联或并联的计算管段组成的,5,复习知识点,比摩阻的计算,2,2,v,R,d,Pa,m,摩擦阻力系数,Re,Re,f,d,K,d,6,的计算,层流流动时,64,Re,紊流流动时,水力光滑区,2,1.42,

3、lg,Re,d,k,过渡区,粗糙管区,0.25,0.3164,Re,0.25,68,0.11,Re,K,d,7,对于热水供暖系统，根据运行时间积,累的资料,K,值,目前推荐采用下面的,数值,对室内热水供暖系统管路,对室外热水网路,0.2,K,mm,0.5,K,mm,8,热水的流动状态,对室内热水供暖系统管路,对室外热水网路,处在,过渡区,处在,阻力平方区,9,热媒流速与流量的关系,2,2,900,3600,4,G,G,v,d,d,m,s,10,简化的计算式,2,8,5,6.25,10,G,R,d,Pa,m,附录,4-1,11,管段的局部损失,水流过热水供暖系统管路的附件（如三,通、弯头、阀门等

4、）的局部阻力系数可,查附录,4-2,2,2,j,v,P,Pa,12,二、当量局部阻力法和当量长度法,在实际工程设计中，为了简化计算，也有,采用所谓,当量局部阻力法,或,当量长,度法,进行管路的水力计算,13,当量局部阻力法,基本原理是将管段的沿程损失转变为局,部损失来计算,2,2,2,2,j,d,d,v,v,P,l,d,l,d,14,当量局部阻力法,2,2,2,2,2,2,2,2,1,900,2,j,d,zh,v,P,Rl,P,l,d,l,G,d,A,G,A,G,sG,管路总压力损失为,Pa,2,2,4,1,900,2,A,d,2,Pa,kg,h,15,当量长度法,基本原理是将管段的局部损失折

5、合为管段,的沿程损失来计算,2,2,2,2,d,d,d,v,v,Rl,l,d,d,l,j,d,zh,P,Rl,P,R,l,l,Rl,m,Pa,16,三、系统管路水力计算的任务及方法,水力计算的主要任务通常为,1,按已知系统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,按已知系统各管段的流量和各管段的管径,确定系统所必需的循环作用压力,3,按已知系统各管段的管径和各管段的管径,确定通过该管段的水流量,17,三、系统管路水力计算的任务及方法,管路的水力计算从系统的最不利环路开始,也即是从允许的比摩阻,R,最小的一个环路开,始计算。由,n,个串联管段组成的最不利环路,它的总压力损失为,n,

6、个串联管段压力损失的,总和,2,1,1,1,n,n,n,j,zh,zh,P,Rl,P,A,G,Rl,Pa,18,三、系统管路水力计算的任务及方法,进行第一种情况的水力计算时，可以预先求出,最不利循环环路或者分支环路的平均比摩阻,pj,P,R,l,Pa,m,根据算出的,R,pj,及环路中各管段的流量，利用水力,计算图表，可以,选出最接近的管径,并求出最不,利循环环路中各管段的实际压力损失和整个环路,的总压力损失值,19,三、系统管路水力计算的任务及方法,第一种情况的水力计算有时也用在已知各管段的,流量和选定的比摩阻,R,值或者流速,v,值的场合，此,时选定的,R,值和,v,值，常采用经济值，称经

7、济比摩,阻或经济流速,如选用较大的,R,值，管径可缩小，单系统的压力损,失增大，水泵的电能消耗增加,为了各循环环路易于平衡，最不利循环环路的平,均比摩阻不宜选得过大,在,设计实践,中,R,pj,一般取,60120,Pa/m,为宜,20,第二节,重力循环双管系统管路水力计算方法和例题,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,zh,f,h,g,f,P,P,P,gH,P,重力循环双管系统通过散热器环路的循,环作用压力的计算公式为,Pa,21,计算步骤,22,计算步骤,1,选择,最不利环路,由图,4,1,可见，最不利环路,是通过立管,I,的最底层散

8、热器,I,l,1500W,的环路。这,个环路从散热器,I,l,顺序地经过管段,1,2,3,4,5,6,进入锅炉，再经管段,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,进入散热器,I,1,2,计算,通过最不利环路散热器,I,l,的,作用压力,1,I,P,1,I,h,g,f,P,gH,P,Pa,1,9.81,3,977.81,961.92,350,818,I,P,Pa,23,计算步骤,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,根据各管段的热负荷，求出各管段的流量,3,根据,G,R,pj,查附录表,4,1,选择最接近,R,pj,的,管径,4,确定长度压力损失,y,P

9、,Rl,24,计算步骤,5,确定局部阻力损失,Z,1,确定局部阻力系数,根据系统图中管路的实际情况，列出各管段,局部阻力管件名称，利用附录表,4-2,查得其阻,力系数,2,利用附录表,4-3,根据管段流速,v,可查得动压,头,利用式,可得,值,d,P,j,d,P,P,j,P,25,计算步骤,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,考虑由于施工的具体情况，可能增加一些在,设计计算中未计入的压力损失。因此，要求,系统应有,10,以上的富裕度,y,j,P,P,P,114,712,y,j,P,P,Pa,26,计算步骤,9,确定通过立管,第二层散热器环路中各管段的,管径,1,计

10、算通过立管,I,第二层散热器环路的作用压力,2,确定通过立管,I,第二层散热器环路中各管段的管,径,1,求平均比摩阻,2,确定管段的,d,并找到相应的,R,v,值,3,求通过底层与第二层并联环路的压降不平衡率,2,2,I,h,g,f,P,gH,P,Pa,27,计算步骤,10,确定通过立管,I,第三层散热器环路上各管段的管径，计算,方法与前相同。计算结果如下,1,通过立管,I,第三层散热器环路的作用压力,2,管段,15,17,18,与管段,13,14,l,为并联管路。通过管,段,15,17,18,的资用压力为,3,管段,15,17,18,的实际压力损失为,459+159.1,十,119.7,73

11、8Pa,4,不平衡率,x,13,976-738,976,24.4,15,因,17,18,管段已选用最小管径，剩余压力只能用第三层散热,器支管上的阀门消除,3,3,1753,I,h,g,f,P,gH,P,Pa,3,1,15,17,18,1,13,14,976,I,I,y,j,P,P,P,P,P,Pa,28,计算步骤,11,确定通过立管,各层环路各管段的管径,作为异程式双管系统的最不利循环环路是通过最,远立管,I,底层散热器的环路。对与它并联的其它立,管的管径计算同样应根据节点压力平衡原理与该,环路进行压力平衡计算确定,1,确定通过立管,底层散热器环路的作用压力,2,确定通过立管,底层散热器环路各

12、管段管径,d,1,1,818,II,h,g,f,P,gH,P,Pa,29,计算步骤,通过该双管系统水力计算结果，可以看出，第三,层的管段虽然取用了最小管径,DN15,但它的不,平衡率大于,15,这说明对于高于三层以上的建,筑物，如采用上供下回式的双管系统，若无良好,的调节装置,如安装散热器温控阀等,竖向失调,状况难以避免,30,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,与重力循环系统相比，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约为,10-20kPa,对水平式或较大型的系统，可达,20,一,50kPa,进行水力计算时，机械循环室内热水供暖系统多,根据入口处

13、的资用循环压力，按最不利循环环路,的平均比摩阻来选用该环路各管段的管径。当入,口处资用压力较高时，管道流速和系统实际总压,力损失可相应提高,31,机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算方法和例题,在机械循环系统中，循环压力主要是由水,泵提供，同时也存在着重力循环作用压力,管道内水冷却产生的重力循环作用压力,占机械循环总循环压力的比例很小，可忽,略不计。对机械循环双管系统，水在各层,散热器冷却所形成的重力循环作用压力不,相等，在进行各立管散热器并联环路的水,力计算时，应计算在内，不可忽略,32,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

14、；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,之间所产小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,约相应于采暖平均水温下的作用压力值,机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算方法和例题,33,一,机械循环单管顺流式水力计算例题,计算步骤,1,在轴测图上，与例题,4-1,相同，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。本系统为异程式单管系统,一般取最远立管的环路作为最不利环路,34,计算步骤,3,计算最不利环路各管段的管径,采用

15、推荐的平均比摩阻,R,pj,大致为,60120,Pa/m,4,确定立管,的管径,5,确定立管,的管径,6,确定立管,的管径,7,确定立管,I,的管径,35,为避免采用例题,4-2,的水力计算方法而出现立管,之间环路压力不易平衡的问题，在工程设计中,可采用下面的一些设计方法，来防止或减轻系统,的水平失调现象,1,供、回水干管采用同程式布置,2,仍采用异程式系统，但采用“不等温降”方,法进行水力计算,3,仍采用异程式系统，采用首先计算最近立管,环路的方法,同程式系统和不等温降的水力计算方法，将在本,章第四、五节中详细阐述,36,第四节,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,37,计

16、算方法和步骤,1,首先计算通过最远立管,的环路。确,定出供水干管各个管段、立管,和回水,总干管的管径及其压力损失。计算方法,与例题,4-2,相同，见水力计算表,4-5,2,用同样方法，计算通过最近立管,的,环路，从而确定出立管,回水干管各,管段的管径及其压力损失,38,计算方法和步骤,3,求并联环路立管,和立管,的压力损失,不平衡率，使其不平衡率在,5,以内,4,根据水力计算结果，利用图示方法（见,图,4-6,，表示出系统的总压力损失及各立,管的供、回水节点间的资用压力值,39,计算方法和步骤,5,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

17、,4-2,的方法相同,6,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,通过同程式系统水力计算例题可见，虽然同程,式系统的管道金属耗量，多于异程式系统，但,它可以通过调整供、回水干管的各管段的压力,损失来满足立管间不平衡率的要求,40,第五节,不等温降的水力,计算原理和方法,41,计算原理及方法,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,以并联环路节点,压力平衡,的基本原理进行水力计算,在热水供暖系统的并联环路上，当其中一个并联支,路节点压力损失确定后，对另一个并联支路预先给,定其管径，从而确定通过该立管的流量以及该

18、立管,的实际温度降,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,42,一、热水管路的阻力数,热水管路系统中各管段的压力损失和流量,分配，取决与各管段的连接方法以及各管,段的阻力数,s,值,43,一、热水管路的阻力数,1,2,3,P,P,P,P,对于由串联管段组成,热水管路，串联管段的总压降为,1,P,2,P,3,P,1,s,2,s,3,s,P,G,2,2,2,2,1,1,1,ch,S,G,S,G,S,G,S,G,根据,4-19,有,由此可知：在,串联,管路中，管路的总阻力数为,各串联管段阻力数之,和,44,一、热水管路的阻力数,1,2,3,G,G,G,G,对于由并联管段组成,1,2,3,1,1,1,1,b,S,S,S,S,可得,1,G,1,s,2,s,3,s,P,G,2,G,3,G,热水管路，管路的总流量为各并联,管段流量之和,b,P,G,S,45,一、热水管路的阻力数,1,2,3,b,a,a,a,a,又因,1,2,3,1,2,3