四章室内热水供暖系统的水力计算ppt课件

1、第一篇第一篇供供 暖暖 工工 程程河北工业大学河北工业大学能源环境与工程学院能源环境与工程学院建筑环境与设备工程系建筑环境与设备工程系明确设计对象，由建筑和构造提供相关的设计图纸及甲方要求确立地点，查找相关气候参数，熟习图纸，进展负荷计算确立系统方式，设计系统进展散热器计算确定各个房间散热器片数进展水力计算，确定管径，确定压头值选择相关设备：水箱，集气罐，阀门，水泵等，完成设计第四章第四章 室内热水供暖系统水力计算室内热水供暖系统水力计算目的目的 选择适宜的管径选择适宜的管径d，经过阻力计算，使进入各立管、散热器的，经过阻力计算，使进入各立管、散热器的水流量符合设计要求水流量符合设计要求4-1

2、 热水供暖系统管道水力计算根本原理热水供暖系统管道水力计算根本原理一、水力计算根本公式一、水力计算根本公式流体流动阻力流体流动阻力 P= PY+PJ=RL+Z Pa (4-1)式中式中 PY计算管段的沿程阻力损失，计算管段的沿程阻力损失， Pa PJ、Z 计算管段的部分损失，计算管段的部分损失，Pa R 每米管长的沿程损失，每米管长的沿程损失，Pam L 管段长度，管段长度，m。一沿程阻力损失一沿程阻力损失比摩阻比摩阻R Pa/m (4-2)式中式中 d 管子内径管子内径m； 热媒在管道内的流速，热媒在管道内的流速，ms； 热媒的密度，热媒的密度，kgm3； 管段的摩擦阻力系数。摩擦阻力系数值

3、取决于管内热媒的管段的摩擦阻力系数。摩擦阻力系数值取决于管内热媒的流动形状和管壁的粗糙程度，其表达式为：流动形状和管壁的粗糙程度，其表达式为： =(Re,) Re=d/ =K/d式中式中Re雷诺数雷诺数(Re2320，流动为，流动为紊流紊流) 热媒的运动粘滞系数热媒的运动粘滞系数m2/s； K管壁的当量绝对粗糙度，管壁的当量绝对粗糙度，m；管壁的相对粗糙度。管壁的相对粗糙度。22Rd .层流区层流区 Re 2320 Re 对于在热水采暖系统中，很少遇到层流问题，仅仅在对于在热水采暖系统中，很少遇到层流问题，仅仅在重力循环系统中个别的一些流量很小，管径很细的管重力循环系统中个别的一些流量很小，管

4、径很细的管段中才有能够遇到层流的流动形状。段中才有能够遇到层流的流动形状。 对于紊流区，整个系统区可以分为3个区域。水力光滑管区布拉修斯公式 Re 2320 ()紊流过度区洛巴耶夫公式在Re=11d/K Re=445d/K的范围我们可以以为是过度区，其计算可以运用洛巴耶夫公式 2)Re(42. 1Kdg紊流粗糙区阻力平方区尼古拉兹公式 Re445d/D当管径d40mm时，采用希弗林松引荐的公式=0.11(K/d)0.252)214. 1 (1Kdg流态判别流态判别临界流速临界流速m/s临界雷诺数临界雷诺数(5)紊流区一致公式紊流区一致公式柯列勃洛克公式柯列勃洛克公式阿里特舒里公式阿里特舒里公式

5、 阿里特舒里公式是布拉修斯公式和希弗林公式的综合阿里特舒里公式是布拉修斯公式和希弗林公式的综合 1114452d11Re1d445Re2)72. 3/Re51. 2(21dKg25. 0)Re68(11. 0dK当量绝对粗糙度当量绝对粗糙度K对于室内的热水供暖系统对于室内的热水供暖系统K=0.2mm=0.0002m对于室外热水系统对于室外热水系统K=0.5mm=0.0005m对于流态确实定，工程人员可以直接根据曾经计对于流态确实定，工程人员可以直接根据曾经计算出来的表格来确定，而不需求本人计算算出来的表格来确定，而不需求本人计算室内热水供暖系统的设计供回水温度多用室内热水供暖系统的设计供回水温

6、度多用9570，整个采暖季的平均水温如按，整个采暖季的平均水温如按t60思索，思索，从表从表4-1可见，当可见，当K02mm时，过渡区的临时，过渡区的临界速度为界速度为0.026m/s1.066m/s。在设计热水。在设计热水供暖系统时，管段冲的流速通常都不会超越供暖系统时，管段冲的流速通常都不会超越1.066m/s值，也不大能够低于值，也不大能够低于0.026m/s。因。因此，热水在室内供暖系统管路冈的流动形状，此，热水在室内供暖系统管路冈的流动形状，几乎都处在过渡区内。几乎都处在过渡区内。室外热水同路室外热水同路(K0.5mm)，设计那采用较高的，设计那采用较高的流速流速(流速常大于流速常大

7、于0.5m/s)，因此，水在热水网，因此，水在热水网路中的流动形状，大多处于阻力平力区内、路中的流动形状，大多处于阻力平力区内、.适用计算公式适用计算公式 把代入公式，得出把代入公式，得出 Pa/m公式公式4-3反映了比摩阻、管径反映了比摩阻、管径d、流量三者之间的关系。、流量三者之间的关系。只需知其中的两个，便可求出第三个参数。只需知其中的两个，便可求出第三个参数。利用公式利用公式4-3制成的热水管道水力计算表详见附表制成的热水管道水力计算表详见附表4-12900 dGFG2856.25 10GRd部分阻力损失公式：部分阻力损失公式：a式中式中 部分阻力系数之和部分阻力系数之和水流过热水供暖

8、系统管路的附件水流过热水供暖系统管路的附件(如三通、弯头、如三通、弯头、阀门等阀门等)的部分阻力系数值，可查附录的部分阻力系数值，可查附录42。表中。表中所给定的数值，都是用实验方法确定的。附录所给定的数值，都是用实验方法确定的。附录43给出热水供暖系统部分给出热水供暖系统部分阻力系数阻力系数=1时的部分损失时的部分损失P值。值。二二 部分阻力损失部分阻力损失22P 二、水力计算方法二、水力计算方法.普通方法普通方法 P= PY+PJ=RL+Z 其中值选择计算有如下两种方法：其中值选择计算有如下两种方法：(1)预定压头法预定压头法最不利环路平均比摩阻计算公式最不利环路平均比摩阻计算公式 a 式

9、中式中 P 预定的作用压头预定的作用压头沿程阻力占总阻力百分比沿程阻力占总阻力百分比最不利环路总长，最不利环路总长，m(2)引荐流速法引荐流速法引荐常用流速对应比摩阻值为引荐常用流速对应比摩阻值为a/mPPRL L2.当量阻力法(动压头法) 当量部分阻力法当量部分阻力法的根本原理是将管段的沿程损失当量部分阻力法当量部分阻力法的根本原理是将管段的沿程损失转变为部分损失来计算。转变为部分损失来计算。P=RL+Z其中的沿程损失其中的沿程损失RL写成部分阻力损失方式有写成部分阻力损失方式有:RL= ，而根据公式可以得，而根据公式可以得出从而有：出从而有：如知管段的水流量如知管段的水流量G(kgh)时，

10、那么根据有关公式管段的总压力时，那么根据有关公式管段的总压力损失损失P可改写为可改写为P RL+Z22d22Rd 22d22ddLdLd22把代入前式得出：得出：P令令那么有那么有P 式中式中为折算的部分阻力系数，于是为折算的部分阻力系数，于是P 令，那么有令，那么有 P a(4-7)式中式中 S-管段的阻力特性数管段的阻力特性数(简称阻力数简称阻力数) /d、 值见附录值见附录见附录见附录 2900 dGFG2422)(29001Gldd29001d2)(GldZhldZhZhZhZh3.当量长度法当量长度法的根本原理是将管段的部分阻力损失折合为管段的当量长度法的根本原理是将管段的部分阻力损

11、失折合为管段的沿程损失来计算。沿程损失来计算。P=RL+Z 其中的沿程损失其中的沿程损失Z写成部分阻力损失方式有写成部分阻力损失方式有:Z=RLd 而部分阻力而部分阻力 根据公式根据公式4-2 从而可得出从而可得出 Ld，整理后得到部分阻力当量，整理后得到部分阻力当量长度长度Ld： m (4-8) 于是于是P=RL+RLd=R(L+Ld)=RLZhLzh称为折算长度称为折算长度 m。22Z22Rd 22 22d ddL二、水力计算义务二、水力计算义务 1知系统各管段的流量知系统各管段的流量G和系统的循环作用压力和系统的循环作用压力 (压头压头) P ，确定各管段的管径，确定各管段的管径d； 2

12、知系统各管段的流量知系统各管段的流量G和各管段的管径和各管段的管径d，确定，确定 系统所必需的循环作用压力系统所必需的循环作用压力(压头压头) P ; 3按知系统各管段的管径按知系统各管段的管径G和该管段的允许压降和该管段的允许压降 P ，确定经过该管段的水流量，确定经过该管段的水流量G。 其中义务其中义务1、2为设计计算，义务为设计计算，义务3为校核计算为校核计算第第2种情况的水力计算，常用于校核计算，根据种情况的水力计算，常用于校核计算，根据最不利循环环路各管段改动后的流量和知各管最不利循环环路各管段改动后的流量和知各管段的管径，利用水力计算图表，确定该循环坏段的管径，利用水力计算图表，确

13、定该循环坏环路各管段的压力损失以及系统必需的循环作环路各管段的压力损失以及系统必需的循环作用压力，以检查循环水泵扬程能否满足要求。用压力，以检查循环水泵扬程能否满足要求。进展第进展第3种情况的水力计算，就是根据管段的管种情况的水力计算，就是根据管段的管径径d和该管段的允许压降，来确定经过该管段和该管段的允许压降，来确定经过该管段(例如经过系统的某一立管例如经过系统的某一立管)的流量。对已有的的流量。对已有的热水供暖系统，在管段知作用压头下，校该各热水供暖系统，在管段知作用压头下，校该各管段经过的水流量的才干；以及热水供暖系统管段经过的水流量的才干；以及热水供暖系统采用所谓采用所谓“不等温降不等

14、温降 水力计算方法，就是按水力计算方法，就是按此方法进展计算的。这个问题将在本章第五节此方法进展计算的。这个问题将在本章第五节“不等温降计算方法和例题中详细论述。不等温降计算方法和例题中详细论述。四、水力计算步骤四、水力计算步骤首先画出管路系统图，并在图上划分管段流量和管径都相首先画出管路系统图，并在图上划分管段流量和管径都相等的，标注管段号、热负荷等的，标注管段号、热负荷Q、流量、流量G和管段长和管段长L1.确定最不利环路。指允许比摩阻最小的环路，普通为最远确定最不利环路。指允许比摩阻最小的环路，普通为最远立管环路。立管环路。2.确定最不利环路作用压力。自然循环系统按有关公式计算确定最不利环

15、路作用压力。自然循环系统按有关公式计算得出式得出式3-3；机械循环系统普通取；机械循环系统普通取10000Pa。3.计算最不利环路平均比摩阻，采用预定压头法式计算最不利环路平均比摩阻，采用预定压头法式4-5 或引荐比摩阻或引荐比摩阻60-120Pa/m。4.利用附表利用附表4-1，知，知G、RP查表选择适宜的管径查表选择适宜的管径d，并得出相，并得出相应应d条件下的比摩阻条件下的比摩阻R、流速、流速u5.根据管道布置，利用附表根据管道布置，利用附表4-2查出管径查出管径d对应下的部分阻力对应下的部分阻力损失系数损失系数 。PPRL 6.根据上述数据和有关公式计算管段的阻力损失根据上述数据和有关

16、公式计算管段的阻力损失 沿程损失沿程损失RL、部分损失、部分损失Z，总损失，总损失RL+Z7.计算最不利环路各管段总阻力损失计算最不利环路各管段总阻力损失RL+Z8.按照并联环路阻力损失相等的原那么计算分支环路各管按照并联环路阻力损失相等的原那么计算分支环路各管段。段。各并联环路各并联环路(不包括共同管段不包括共同管段)阻力不平衡率为阻力不平衡率为 15%。各支路在平衡计算时，应留意管内流速的限制：各支路在平衡计算时，应留意管内流速的限制：民用建筑民用建筑 1.2m/s;消费厂房辅助建筑消费厂房辅助建筑 2m/s;消费厂房消费厂房 3m/s。第二节第二节 重力循环双管系统管路水力计算重力循环双

17、管系统管路水力计算方法和例题方法和例题【例题【例题4-1】确定重力循环双管热水供暖系统管路的管径见】确定重力循环双管热水供暖系统管路的管径见图图4-7。热媒参数：供水温度。热媒参数：供水温度=95，回水温度，回水温度=70。锅炉中心距底层散热器中心间隔为锅炉中心距底层散热器中心间隔为3m，层高为，层高为3m。每组。每组散热器的供水支管上有一截止阀。散热器的供水支管上有一截止阀。第三节第三节 机械循环单管热水供暖系统管路的机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算方法和例题水力计算方法和例题【例题【例题42】确定图】确定图42机械循环垂直单管顺流式热水机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路的管径。热

18、媒参数：供、回水温度为供暖系统管路的管径。热媒参数：供、回水温度为95/70。系统与外网衔接。在引入口处外网的供。系统与外网衔接。在引入口处外网的供回水压差为回水压差为30kPa。图。图42表示出系统两个支路中的表示出系统两个支路中的一个支路。散热器内的数表示散热器的热负荷。一个支路。散热器内的数表示散热器的热负荷。解解:(1)确定最不利环路为最远立管确定最不利环路为最远立管环路，包括管段环路，包括管段-。 (2)确定最不利环路比摩阻，由于入口作用压力过大确定最不利环路比摩阻，由于入口作用压力过大 30000Pa因此不采用预定压头法，而采用引荐的因此不采用预定压头法，而采用引荐的平均平均 比摩

19、阻比摩阻60-120Pa/m。 3确定最不利环路管径确定最不利环路管径 各管段流量各管段流量G=0.86Q/tg-th,根据各管段流量根据各管段流量G、比摩阻、比摩阻RP查附表查附表4-1，详细的计算结果见水力计，详细的计算结果见水力计算表算表主干线总阻力损失为主干线总阻力损失为8638Pa 。 4计算分支环路的管径计算分支环路的管径 立管管段立管管段，资用压力为，资用压力为RL+Z6-7=1312+1408=2720平均比摩阻平均比摩阻 查附表查附表4-1选取管径选取管径15-15，总阻力损失，总阻力损失2941。不平衡率为：。不平衡率为：2720-2941/2720=-8.2%。在允许的。

20、在允许的15%之内。之内。 计算计算立管管段立管管段，其与管段，其与管段-并联。资用压力为并联。资用压力为: RL+Z5-8=2720+2403=3526。选择管径。选择管径15-15，总阻力损失总阻力损失2941。不平衡率为。不平衡率为3526-2941/3526=16.5% 15%。用阀门节流。用阀门节流。 计算计算立管管段立管管段，其与管段，其与管段-并联。资用压力为并联。资用压力为: RL+Z5-8=3526+2207=3941。选择管径。选择管径15-15，总阻力损失总阻力损失2940。不平衡率为。不平衡率为3940-2941/3940=25.3% 15%。用阀门节流。用阀门节流。5

21、9.4197 .235 . 0)14081312()(141376LZRLLPRP 计算计算立管管段立管管段，其与管段，其与管段-并联。资用压并联。资用压力为力为: RL+Z5-8=3940+2354=4648。选择管。选择管径径15-15，总阻力损失，总阻力损失3517。不平衡率为。不平衡率为4648-3517/4648=24.3% 15%。用阀门节流。用阀门节流。4.3 散热器的进流系数一、定义一、定义: :进入散热器的水流量与衔接散热器立管水流量之比进入散热器的水流量与衔接散热器立管水流量之比称为该散热器的进流系数称为该散热器的进流系数二、影响要素二、影响要素 1. 1.两侧散热器热负荷

22、不相等两侧散热器热负荷不相等- -出口水温度不相等出口水温度不相等- -重力循环作用重力循环作用压力不相等，从而引起两侧流量不相等。压力不相等，从而引起两侧流量不相等。2.2.两侧管道及附件阻力不相等两侧管道及附件阻力不相等- -在一样的作用压力下，由于阻力在一样的作用压力下，由于阻力不相等，其流量分配必然不相等。不相等，其流量分配必然不相等。对于机械循环热水供暖系统，其作用压力远大于自然循环系统对于机械循环热水供暖系统，其作用压力远大于自然循环系统的作用压力，因此由两侧热负荷不相等呵斥的重力循环作用的作用压力，因此由两侧热负荷不相等呵斥的重力循环作用压力不相等的要素可以忽略。压力不相等的要素

23、可以忽略。 因此，可以以为：影响散热器进流系数的主要要素就是衔接因此，可以以为：影响散热器进流系数的主要要素就是衔接散热器的管道及其附件的阻力大小。散热器的管道及其附件的阻力大小。三、进流系数公式三、进流系数公式 由并联环路节点压力平衡有由并联环路节点压力平衡有P1 = P2 即即R1L1+Z1=R2L2+Z2整理后整理后 R1 L1+Ld1=R2 L2+Ld2当两侧管径相等、流动形状一样时，当两侧管径相等、流动形状一样时，d1=d2; 1=2。此时比。此时比摩阻摩阻R与流量与流量G的平方成正比，上式可改写为：的平方成正比，上式可改写为：开方后：开方后： 令：进流系数令：进流系数 那么那么 4

24、-9 当当 1.4时，近似以为进流系数时，近似以为进流系数 =0.5 )()(22221121ddLLGLLG21212121222211) 1()(GGGGGGGLLLLLLdd221111ddLLLLLGGLGG1111112211LddGGLLLL2211ddLLLL1第四节第四节 机械循环同程式热水供暖系统管路的水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力计算方法和例题【例题【例题4-34-3】将例题】将例题4242的异程式系统改为同程式系统。知条件的异程式系统改为同程式系统。知条件与例题与例题4-24-2一样。管路系统图见以下图一样。管路系统图见以下图第五节第五节 不等温降

25、的水力计算原理和不等温降的水力计算原理和方法方法不等温降的水力计算：在单管系统中各立管的温降各不相等不等温降的水力计算：在单管系统中各立管的温降各不相等的前提下进展水力计算。它以并联环路节点压力平衡的根的前提下进展水力计算。它以并联环路节点压力平衡的根本原理进展水力计算。在热水供暖系统的并联环路上，当本原理进展水力计算。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以后，对于另一个并其中一个并联支路节点压力损失确定以后，对于另一个并联支路预先给定管径，从而确定经过该立管的流量以及该联支路预先给定管径，从而确定经过该立管的流量以及该立管的实践温降立管的实践温降优点：对各立管间的流

26、量分配完全遵照并联环路节点压力平优点：对各立管间的流量分配完全遵照并联环路节点压力平衡的水力学规律，能使设计工况与实践工况根本一致。在衡的水力学规律，能使设计工况与实践工况根本一致。在设计时就处理了程度失调的问题设计时就处理了程度失调的问题缺陷：任务量比较大缺陷：任务量比较大运用：计算机软件经常选用这种方法。运用：计算机软件经常选用这种方法。一.热水管路的阻力数P a(4-19)式中式中 S-管段的阻力特性数管段的阻力特性数(简称阻力数简称阻力数)其物理意义：表示当管段经过其物理意义：表示当管段经过1kg/h水流量时的压力损失值。水流量时的压力损失值。对于一个热水系统的阻力数称为热水管路的总阻

27、力数。对于一个热水系统的阻力数称为热水管路的总阻力数。对于一个系统中会有管路的串联和并联景象，向对应的对于一个系统中会有管路的串联和并联景象，向对应的S的计的计算方法也有不同。算方法也有不同。二二.不等温降水力计算方法和步骤不等温降水力计算方法和步骤1.给出最远立管的温降普通是最不利环路上的立管，普给出最远立管的温降普通是最不利环路上的立管，普通按照设计温降添加通按照设计温降添加25。求出最远立管的计算流量。求出最远立管的计算流量Gj。根据该立管流量，选用。根据该立管流量，选用R和和v，确定最远立管的管径，确定最远立管的管径和环路末端供回水干管的管径及相应得压力损失值。和环路末端供回水干管的管

28、径及相应得压力损失值。2.确定环路最末端的第二根立管的管径。该立管的与上述计确定环路最末端的第二根立管的管径。该立管的与上述计算管段为并联立管。根据知节点的压力损失给定该立管的算管段为并联立管。根据知节点的压力损失给定该立管的管径，从而确定经过环路的最末端的第二根立管的计算流管径，从而确定经过环路的最末端的第二根立管的计算流量及其计算温降。量及其计算温降。3.按照上面的方法，有远到近，依次确定出该环路上供回水按照上面的方法，有远到近，依次确定出该环路上供回水干管个管段的管径及其相应的压力损失以及各立管的管径、干管个管段的管径及其相应的压力损失以及各立管的管径、计算流量、计算温降。计算流量、计算

29、温降。4.系统中有多个分支循环环路时，按照上述方法计算各分支系统中有多个分支循环环路时，按照上述方法计算各分支循环环路。计算得出的各循环环路在节点压力平衡情况下循环环路。计算得出的各循环环路在节点压力平衡情况下的流量总和，普通都不会等于设计要求的总流量，最后需的流量总和，普通都不会等于设计要求的总流量，最后需求根据并联环路流量分配和压降变化的规律，对初步设计求根据并联环路流量分配和压降变化的规律，对初步设计出的各循环环路的流量、温降和压降进展调整。整个水力出的各循环环路的流量、温降和压降进展调整。整个水力计算才告终了。最后确定各立管散热器所需面积。计算才告终了。最后确定各立管散热器所需面积。【

30、例题【例题42】确定图】确定图42机械循环垂直单管顺流式热水供暖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、回水温度为系统管路的管径。热媒参数：供、回水温度为95/70。系统与外网衔接。在引入口处外网的供回水压差为系统与外网衔接。在引入口处外网的供回水压差为30kPa。图图42表示出系统两个支路中的一个支路。散热器内的数表示出系统两个支路中的一个支路。散热器内的数表示散热器的热负荷。表示散热器的热负荷。第四节第四节 分户采暖热水供暖系统管路的水分户采暖热水供暖系统管路的水力计算原那么与方法力计算原那么与方法一、分户采暖系统水力工况特点1 1、室内有人，散热器正常，室温、室内有人，散热器正常，室温1818；室内；室内无人，按值班温度无人，按值班温度2 2、不同环路不同室温要求，甚至同一环路不、不同环路不同室温要求，甚至同一环路不同房间室温要求同房间室温要求3 3、用户环路还有被调理与封锁的能够、用户环路还有被调理与封锁的能够假设户内阻力远远大于供回水干管阻假设户内阻力远远大于供回水干管阻力，那么系统的水力稳定性越好，力，那么系统的水力稳定性越好，即某用户所做的任何调理对于其他即某用户所做的任何调理对于其他用户影响越小。用户影响越小。