气体管网水力特征与水力计算

1、本章重点本章重点n1、气体管流的水力特征及其对管网设计与、气体管流的水力特征及其对管网设计与运行的影响；运行的影响；n2、管网的能量平衡；、管网的能量平衡；n3、流体输配管网水力计算的基本概念、原、流体输配管网水力计算的基本概念、原理及方法；理及方法；n4、气体输配管网水力计算案例。、气体输配管网水力计算案例。2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n 1.1 气体气体重力管流的水力特征重力管流的水力特征n 1）竖向开口管道）竖向开口管道2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n 1-2断面间的能量方程断面间的能量方程静压静压位压位压动压动压21222122112)(2PvPHHgvPjaj2

2、.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n当当1 1断面断面和和2 2断面断面分别为管道的分别为管道的进口和出口进口和出口，这时静压均为这时静压均为0。若将出口的动压损失视为。若将出口的动压损失视为出口的一种流动局部阻力，则：出口的一种流动局部阻力，则：P)HH)(g12a若只是截出若只是截出的的一段管段一段管段不具有此关不具有此关系式！系式！2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n上式表明：此种情况下依靠上式表明：此种情况下依靠位压位压（即重力（即重力的作用）克服流动阻力。的作用）克服流动阻力。流动方向流动方向取决于取决于管内外的管内外的密度差密度差。n思考题思考题：请分析楼梯间夏、冬季的自

3、然通请分析楼梯间夏、冬季的自然通风气流情况。风气流情况。2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n 2）U型管道内的重力流型管道内的重力流断面断面1-D、断面、断面D-2的能量方程为的能量方程为：D12H1H2122222212221221121112)(22)(2DjaddjdDddjdajPvPHHgvPPvPHHgvP2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n 两式相加有：两式相加有：n 进出口位于相同标高时，进出口位于相同标高时，流动动力流动动力是竖管内的是竖管内的密密度差度差与与高差高差的乘积，与管外大气的乘积，与管外大气密度密度无关。无关。n 流动方向取决于流动方向取决于竖管内密度

4、竖管内密度的分布情况。的分布情况。P)HH)(g12212.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n思考题思考题1：请分析南门万家丽路地下通道的自然通风气流请分析南门万家丽路地下通道的自然通风气流情况。情况。n思考题思考题2 2：n请分析请分析1 1、2 2断面高度不等的情况。断面高度不等的情况。2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n 3）闭合管道内的重力流）闭合管道内的重力流具有与具有与进出口断面等高的进出口断面等高的U型重力流竖管型重力流竖管相同的水力相同的水力特征。特征。P)HH)(g1221H1H22.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n注意：注意：若若管内密度管内密度分段不均匀分

5、段不均匀时，时，在密度在密度分界点分界点选取选取计算断面分析。计算断面分析。n思考题：思考题：管内密度管内密度逐渐变化逐渐变化时，如何处理？时，如何处理？2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n 1.2 气体压力管流水力特征气体压力管流水力特征n 当管道内外当管道内外不存在密度差不存在密度差，或是，或是水平管网水平管网时，时，位压为零位压为零，管道的任何两个断面间，如果管道的任何两个断面间，如果没有机械动力没有机械动力装置，则有：装置，则有：两个断面之间两个断面之间的能量方程！的能量方程！2122221122pvpvpjj2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n 1.2 气体压力管流水力特

6、征气体压力管流水力特征n 断面间的全压关系：断面间的全压关系：n 位压为零的管流，全压克服阻力，驱使流体流动。位压为零的管流，全压克服阻力，驱使流体流动。n 管段中没有外界动力输入时，下游断面全压低于上游断面。管段中没有外界动力输入时，下游断面全压低于上游断面。流速流速变化引起变化引起动动压压变化，必引起变化，必引起静压静压变化！变化！2211qqPPP2211qqPPP2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n 断面间静压关系断面间静压关系2212221122jjpvvpp212122212121222121212221022022022jjjjjjppvvpppvvpppvvp时，当时，当

7、时，当可以通过改可以通过改变变流速流速改变改变断面断面静压静压2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n思考题：思考题：n通过改变通过改变流速流速改变断面改变断面静压，有什么用处？静压，有什么用处？2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n 1.3 压力和重力综合作用压力和重力综合作用下的气体管流水力特征下的气体管流水力特征n 断面间的断面间的全压差全压差反映反映压力压力作用，作用，位压位压反映反映重力重力作作用，二者综合作用，克服流动阻力，维持管内流用，二者综合作用，克服流动阻力，维持管内流动。动。n 位压位压驱动驱动密度小密度小的气体的气体向上流动向上流动，密度大密度大的气体的气体向下向下

8、流度；阻挡相反方向的流动。流度；阻挡相反方向的流动。能量平衡：能量平衡：动力动力等阻力。等阻力。211221)(PHHgPPaqq2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n驱动力与流动的关系驱动力与流动的关系n若若压力压力驱动的流动方向与驱动的流动方向与位压一致位压一致，则二者，则二者综合作用综合作用加强加强管内气体流动，若管内气体流动，若驱动方向相驱动方向相反反，则由，则由绝对值绝对值大者决定管流方向；绝对值大者决定管流方向；绝对值小者实际上成为另加的流动阻力。小者实际上成为另加的流动阻力。2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n思考题：思考题：n请分析请分析空调建筑空调建筑装有排气风机的

9、卫生间装有排气风机的卫生间排气排气竖井竖井，冬季冬季和和夏季夏季位压位压对排气能力的影响，对排气能力的影响，设计计算以哪个季节最佳。设计计算以哪个季节最佳。n冬季冬季在位压的辅助作用下，排气能力明显在位压的辅助作用下，排气能力明显加加强强；夏季夏季排气风机除克服竖井的阻力时，还排气风机除克服竖井的阻力时，还要克服位压，排气能力要克服位压，排气能力削弱削弱，尤其是高层建，尤其是高层建筑。筑。2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n当没有开启排风机、且未设防倒流阀，当没有开启排风机、且未设防倒流阀，夏夏季季竖井中密度低，室外空气经竖井竖井中密度低，室外空气经竖井进入室进入室内内；冬季冬季竖井温度

10、高，室内空气竖井温度高，室内空气进入竖井进入竖井。1F7F13452系统图2.1 气体管网水力特征气体管网水力特征n 当密度沿高度变化时，位压为：当密度沿高度变化时，位压为：n 若动力设备提供输入压力若动力设备提供输入压力P，则：，则：n 气体管流水力特征综合概括，适用于重力流、压气体管流水力特征综合概括，适用于重力流、压力流及二者综合作用的性况。力流及二者综合作用的性况。dHgHHa21)(212121)(ppdHgppHHaqq2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n在管网的在管网的任意闭合回路任意闭合回路中，驱使流体流动中，驱使流体流动的的动力动力与流动的与流动的阻力阻

11、力相相平衡平衡。n什么是什么是回路回路？PPPqG2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n回路回路是指一个是指一个闭合的闭合的“链链”；回路方向是；回路方向是人为规定人为规定的，不要求其中的管段流向一致，的，不要求其中的管段流向一致，也不要求管段流向与回路方向一致；也不要求管段流向与回路方向一致；n闭合包括实际管道的闭合，也可以是开式闭合包括实际管道的闭合，也可以是开式管网的管网的“虚拟闭合虚拟闭合”。n什么是什么是“虚拟闭合虚拟闭合”？2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n“虚拟闭合虚拟闭合”的概念与方法：的概念与方法：n针对开式管网，设针对开式管网，设

12、“虚拟管路虚拟管路”使之闭合。使之闭合。n虚拟管路虚拟管路：连接连接开式管网开式管网通向通向环境环境的两个的两个开口开口之间的管路。之间的管路。该管路中的流体为该管路中的流体为环境环境流体流体（通常为大气），其密度为环境流体（通常为大气），其密度为环境流体密度；虚拟管路的密度；虚拟管路的断面断面趋于趋于无限大无限大，流速流速趋于趋于零零，流动，流动阻力为零阻力为零。2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n稳态流量下，任意环路稳态流量下，任意环路i的的流动动力流动动力与与流动流动阻力阻力相等：相等：n 由要求的由要求的流量

13、流量、合理的管内、合理的管内流速流速、确定管道、确定管道尺寸尺寸，得到得到环路流动环路流动阻力阻力Pi。n 由环路内流体密度与环路空间走向得到重力形成由环路内流体密度与环路空间走向得到重力形成的的环路流动动力环路流动动力PGi。iGiqiPPP2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n 环路需用压力环路需用压力：环路所：环路所需要风机、水泵等动力设需要风机、水泵等动力设备提供的全压备提供的全压。n 小窍门小窍门：想一想：想一想“需需”的意义？的意义？预算预算，成本，客成本，客观需要由动力设备给出的压力观需要由动力设备给出的压力！GiiqiPPP2.2 管网水力工况分析理论基础管

14、网水力工况分析理论基础n 环路资用压力环路资用压力：需用压力确定后，则环路的需用压力确定后，则环路的资用资用压力压力为：为：n 小窍门小窍门：想一想：想一想“资资”的意义？的意义？投资，投资，由某种形由某种形式产生而系统具备的动力：式产生而系统具备的动力：设备给出的压力与重设备给出的压力与重力作用力之和力作用力之和！iGiqziPPP,2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n各环路的各环路的需用需用压力压力应应作用在作用在所有环路所有环路的的共共用管路用管路上，每个上，每个环路环路得到的得到的全压全压作用是作用是相相同同的，则任意环路资用压力为：的，则任意环路资用压力为：n

15、注意注意：系统的系统的资用压力资用压力可能可能小于、等于、大于小于、等于、大于需需用压力用压力，现实与理想的关系！，现实与理想的关系！iGqziPPP,2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n 一般按照“最不利环路最不利环路”来确定管网的需用压力。n 实际管网中，各环路实际管网中，各环路重力作用力重力作用力通常通常不同不同，在，在全全压相同压相同时，各环路时，各环路资用压力不同资用压力不同，这也是管网设，这也是管网设计和调控失败的原因！计和调控失败的原因！n 作业：作业：查查GB507362012热水管网平衡分析时关热水管网平衡分析时关于重力作用力的规定！于重力作用力的规定！

16、GzblzblqPPP2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n 重力作用力的计算方法重力作用力的计算方法：n 闭合闭合回路，并回路，并规定规定回路的回路的流动方向流动方向；n 沿回路方向沿回路方向划分管段划分管段，原则：按照，原则：按照流体密度变化流体密度变化划分管道段落，与管段内的实际流动方向、高差划分管道段落，与管段内的实际流动方向、高差的起伏变化无关；的起伏变化无关；n 沿回路方向沿回路方向列出列出各管段的各管段的重力作用力重力作用力，方法：，方法：)(终点起点HHgPG2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n 叠加叠加闭合回路中所有段落的闭合回路中所

17、有段落的重力作用力重力作用力，得到该，得到该回路沿规定回路方向的回路沿规定回路方向的总重力作用力。总重力作用力。n 重力作用力重力作用力值为值为正正，表明该回路中重力作用力，表明该回路中重力作用力推推动动规定回路方向的规定回路方向的流动流动；其值为；其值为负负，阻碍阻碍规定回规定回路方向的路方向的流动流动。2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n闭合回路闭合回路中的中的压力驱动力压力驱动力：压力容器或上级管网。压力容器或上级管网。与环境交界面的压力；与环境交界面的压力；流体机械流体机械提供的压力。提供的压力。n 作用点作用点在环路的一个在环路的一个“断面断面”位置，作用于整个

18、位置，作用于整个环路，作用于环路，作用于共用管段共用管段时时，则共用该管段所有环，则共用该管段所有环路受到全压相同。路受到全压相同。n 将回路中的压力叠加将回路中的压力叠加 。压力作用力有方向性，当压力作用力有方向性，当其方向与回路方向一致时取正值，反之取负值。其方向与回路方向一致时取正值，反之取负值。2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n闭合回路流动阻力闭合回路流动阻力的代数和的计算方法：的代数和的计算方法：（1）划分计算管段；）划分计算管段；（2）按流体力学方法计算各管段的流动阻力；）按流体力学方法计算各管段的流动阻力；（3）求取）求取沿回路方向沿回路方向各管段各管段流

19、动阻力流动阻力的的代数代数和和，当实际流动方向与回路规定方向一致时，当实际流动方向与回路规定方向一致时，阻力取正值；反之取负值阻力取正值；反之取负值。2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n闭合回路的闭合回路的能量平衡能量平衡1、闭合回路闭合回路，并规定回路的流动方向；，并规定回路的流动方向；2、求沿规定回路方向的、求沿规定回路方向的重力作用力重力作用力；3、求沿规定回路方向的、求沿规定回路方向的压力作用力压力作用力代数和代数和;4、求沿回路方向的管路、求沿回路方向的管路流动阻力流动阻力的代数和的代数和;5、建立回路能量平衡方程式。、建立回路能量平衡方程式。2.2 管网水力工

20、况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n作业作业1：写出下图所示排风系统能量平衡方：写出下图所示排风系统能量平衡方程。程。a21aZ1Z2Z3321PPPPPqG2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n作业作业2 2：冬季工况下，热源的供水温度冬季工况下，热源的供水温度为为60 （= 985kg/m3），回），回水温度为水温度为40（=992 kg/m3），）， 分别计算用户分别计算用户S1和和S2与热源所形成的回路的重力与热源所形成的回路的重力循环作用力。循环作用力。设水泵输出总压力为设水泵输出总压力为P，建立，建立两个回路的能量平衡方程。两个回路的能量平衡方程。50m10

21、mEP 2P 1V 3V 1V 2dbfeacS 2S 1R2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n作业作业3：如图所示，设液面的压如图所示，设液面的压力力P1=P2=0,水泵输出压水泵输出压力为力为P，试建立该管网的，试建立该管网的能量平衡方程。能量平衡方程。2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n独用管段独用管段与与共用管段共用管段2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n独用管段独用管段与与共用管段共用管段通路一：通路一：1-3-5-6-7通路二：通路二：2-3-5-6-7n 通路一、二通路一、二：管段：管段1、2分别为的独用管段，分别

22、为的独用管段，管段管段3-5-6-7为两个通路的为两个通路的共用管段共用管段。2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n水力计算的本质：水力计算的本质：水力计算水力计算即将即将资用压力资用压力分配分配到环路管段。到环路管段。n与与最不利环路最不利环路的的共用管段共用管段的资用压力，由的资用压力，由最不利环路资用动力分配确定。最不利环路资用动力分配确定。n任意环路任意环路只在只在独有管路独有管路上有上有分配资用压力分配资用压力的自由。的自由。2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n环路环路独用管段资用压力分配方法独用管段资用压力分配方法：共用管路的共用管路的资用

23、压力资用压力等于共用管路的等于共用管路的流动阻力流动阻力Pg。独用管路的资用压力独用管路的资用压力Pd=PzbL- Pg 。按按确定的方案确定的方案将将Pd分配给分配给独用管路独用管路的的每一段每一段管管路。路。n上述方法实质为上述方法实质为压损平均法压损平均法。n思考题：思考题：如何确定管段流动阻力？如何确定管段流动阻力？2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n独用管路独用管路的的流动阻力流动阻力等于其获得的等于其获得的资用压资用压力力。n环路资用压力环路资用压力= =与最不利环路的与最不利环路的共用管路资共用管路资用压力用压力+ +不与最不利环路共用的不与最不利环路共用的

24、独用管路资独用管路资用压力用压力n与最不利环路的与最不利环路的共用管路共用管路上，分配的上，分配的资用资用压力压力等于其等于其流动阻力。流动阻力。2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n 任意环路任意环路i独用管路的资用压力独用管路的资用压力Pi,d：n 环路环路i独用管段资用压力独用管段资用压力Pi,d等于等于最不利环路最不利环路Pzi,zbl减去环路减去环路i与最不利环路的与最不利环路的共用管段共用管段Pi,g 。n 管网系统设计目的管网系统设计目的在于，让在于，让独用管路的阻力独用管路的阻力与其与其资用压力资用压力相等。相等。n 管网环路平衡的实质管网环路平衡的实质在于

25、：不同环路的在于：不同环路的独用管路独用管路平衡平衡。gizbLzidiPPP,2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n独用管路的压损平衡：独用管路的压损平衡：通过通过调整管路尺寸调整管路尺寸，改变管内，改变管内流速流速，使其在，使其在要要求的流量求的流量下，流动下，流动阻力阻力等于等于资用动力资用动力，保证管，保证管网运行时，独用管路的流量达到要求值。网运行时，独用管路的流量达到要求值。n思考题思考题：管网设计时，管路尺寸（流速）：管网设计时，管路尺寸（流速）能无限制调整吗？为什么？如何正确调整？能无限制调整吗？为什么？如何正确调整？2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力

26、工况分析理论基础n并联管路压损平衡：并联管路压损平衡：管路管路处于处于并联并联地位时，若它们各自地位时，若它们各自所在环路所在环路的的重力重力作作用形成的用形成的动力动力相等，则这些并联管路的相等，则这些并联管路的资用动力资用动力相等。相等。n 想想，想想，为什么资用压力相等为什么资用压力相等？n 那么，并联管路的那么，并联管路的阻力阻力也应也应相等相等。igGiqigzhiididPPPPPPP2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n可见，可见，并联管路并联管路阻力平衡是阻力平衡是压损平衡压损平衡的的特特例例。在各环路。在各环路重力作用重力作用形成的形成的动力相等动力相等时

27、时适用。适用。n思考题：思考题：并联管路并联管路重力作用力不相等重力作用力不相等时，时，环路压损平衡应注意什么？环路压损平衡应注意什么？2.2 管网水力工况分析理论基础管网水力工况分析理论基础n重要内容回顾：重要内容回顾：需用压力与资用压力概念；需用压力与资用压力概念；需用压力、资用压力计算方法；需用压力、资用压力计算方法；重力作用力与环路能量平衡；重力作用力与环路能量平衡；环路共用管段与独用管段概念；环路共用管段与独用管段概念；环路共用管段与独用管段压力关系；环路共用管段与独用管段压力关系；环路压损平衡方法。环路压损平衡方法。2.3 2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方

28、法n什么是水力计算？什么是水力计算？布置管网布置管网，通过计算，选择、确定构成管网的，通过计算，选择、确定构成管网的要素（如：要素（如：管道尺寸管道尺寸；动力装置性能参数动力装置性能参数；调调节装置及其安装位置节装置及其安装位置），使管网能够），使管网能够实现规定实现规定的流体输配的流体输配。n水力计算是流体输配管网水力计算是流体输配管网设计设计与与调节调节的基的基本手段，是管网本手段，是管网实现流体输配要求实现流体输配要求的基本的基本手段。手段。2.3 2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n水力计算的水力计算的前提条件：已知管网的流体输配要求已知管网的流体输配要求。即

29、各使用流体的末。即各使用流体的末端用户的端用户的位置是是明确明确的、其的、其流量流量需求是需求是已知的。的。n思考题思考题：如何确定管网末端位置和流量？：如何确定管网末端位置和流量？请查阅请查阅GB50736GB5073620122012。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n设计计算：（确定需用压力确定需用压力）确定下列参数确定下列参数：各管段各管段断面尺寸断面尺寸、阻力；管网、阻力；管网总阻力与阻抗；总阻力与阻抗；动力设备（风机、水泵）的位（风机、水泵）的位置、性能参数、型号、台数。置、性能参数、型号、台数。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方

30、法n校核计算：校核计算：（分配资用压力分配资用压力）根据已定的根据已定的动力设备动力设备，确定保证流量输配的各，确定保证流量输配的各管段断面尺寸管段断面尺寸；根据已定的根据已定的管道尺寸管道尺寸，确定保证流量输配的，确定保证流量输配的动动力设备力设备性能参数。性能参数。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n水力计算理论依据：水力计算理论依据：n流体力学一元流动流体力学一元流动连续性方程、能量方程连续性方程、能量方程。n流体流体流动阻力计算流动阻力计算的基本理论。的基本理论。管网质量平衡管网质量平衡节点处流量的平衡节点处流量的平衡；管网能量平衡管网能量平衡任意闭合任意闭合

31、( (虚拟闭合虚拟闭合) )回路中回路中, ,驱驱动流体流动的动流体流动的动力与阻力动力与阻力的平衡的平衡。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n管段管段流动阻力流动阻力计算方法：计算方法：管段阻力管段阻力是构成是构成管网阻力管网阻力的基本单元。的基本单元。n管段中流体流动的阻力有两种管段中流体流动的阻力有两种: :摩擦阻力，也称为摩擦阻力，也称为沿程阻力沿程阻力；局部阻力局部阻力。n管段：流动管段：流动断面断面与与流量流量保持保持不变不变的管道段的管道段落。落。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n 摩擦阻力计算：摩擦阻力计算：n 当管材、断面

32、尺寸、流体密度、温度和流量不变当管材、断面尺寸、流体密度、温度和流量不变时，对不可压缩流体，摩擦阻力可用下式计算：时，对不可压缩流体，摩擦阻力可用下式计算：n Rm为比摩阻，表示单位管长摩擦阻力，流量已知为比摩阻，表示单位管长摩擦阻力，流量已知时，还需什么参数才可确定其值？时，还需什么参数才可确定其值？dlvRplSml242LRLvRpmSml2422.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法nRS为水力半径，等于为水力半径，等于过流断面面积过流断面面积除以除以湿湿周周。n流量一定时，流速是影响阻力的关键因数，流量一定时，流速是影响阻力的关键因数，为什么？为什么？n流速断面流

33、速断面 RS ， Rm 。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n工程上常根据自身的工程特点，编制相应工程上常根据自身的工程特点，编制相应的的计算图计算图/ /表表帮助计算。帮助计算。P56n任何计算公式或图表，都有其任何计算公式或图表，都有其制图条件和制图条件和使用范围使用范围，使用时要特别注意。，使用时要特别注意。n当工程条件与得出公式或图表的条件有差当工程条件与得出公式或图表的条件有差异时，常采用异时，常采用修正的方法修正的方法。P54 如密度和黏如密度和黏度修正、温度和热交换修正以及管壁粗糙度修正、温度和热交换修正以及管壁粗糙度修正等。度修正等。2.3 管网水力计

34、算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法nP56线算图制图条件：线算图制图条件：标准大气压；标准大气压；温度温度t=20； 密度密度1.204kg/m3； 运动黏度：运动黏度：15.0610-6m2/s；圆形截面风管。圆形截面风管。n思考题：思考题：非圆管时如何处理？非圆管时如何处理？2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n非圆管比摩阻计算方法：非圆管比摩阻计算方法：当量直径当量直径n 假设某一圆形风管圆形风管中的空气流速空气流速与非圆形风管非圆形风管中的空气流速相等流速相等，并且两者的单位长度摩擦阻力单位长度摩擦阻力也相等相等，则该圆形风管的直径圆形风管的直径就称为此

35、矩形风管的流速当量直径，以Dv表示。n 断面为ab的矩形风管的流速当量直径流速当量直径Dv用下式计算，查表时用矩形风管矩形风管中的实际流速。 baabDv22.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n 设某一设某一圆形风管圆形风管中的中的流量流量与与矩形风管矩形风管的空气的空气流量流量相等相等，并且，并且单位长度摩擦阻力单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形也相等，则该圆形风管的直径就称为矩形风管的风管的直径就称为矩形风管的流量当量直径流量当量直径，以，以DL表示。表示。n 矩形风管的矩形风管的流量当量直径流量当量直径可近似按下式计算，可近似按下式计算，查查表时表时用矩形风管中的用

36、矩形风管中的流量流量。 25. 0625. 0)()(3 . 1baabDL2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n务必注意：务必注意：非圆管非圆管查表求比摩阻时，查表求比摩阻时，流量流量当量直径当量直径与与流量流量对应，对应，流速当量直径流速当量直径与与流流速速对应，对应，不可交叉不可交叉。n不可将不可将水力半径水力半径与与当量直径当量直径混淆！混淆！2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n局部阻力计算：局部阻力计算：n 产生原因：产生原因：n 流动边界几何形状改变，使流动产生涡旋、流动流动边界几何形状改变，使流动产生涡旋、流动方向变化，引起能量损

37、失。方向变化，引起能量损失。22vP2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n 局部阻力系数与其安装条件（受流动环境的影响）局部阻力系数与其安装条件（受流动环境的影响） 、各部分的几何尺寸有关（如突扩）。同名的局部阻力在各部分的几何尺寸有关（如突扩）。同名的局部阻力在不同的场合有不同的阻力系数值。不同的场合有不同的阻力系数值。n 局部阻力系数值一般通过实验获得。局部阻力系数值一般通过实验获得。n 局部阻力系数值总是与所指的断面动压对应，使用时必局部阻力系数值总是与所指的断面动压对应，使用时必须注意。须注意。n 各工程设计手册给出了常用的局部阻力系数或当量长度。各工程设计手册

38、给出了常用的局部阻力系数或当量长度。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n水力计算方法：水力计算方法：假定流速法假定流速法压损平均法压损平均法静压复得法静压复得法 2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n假定流速法假定流速法的特点：的特点：先按技术经济要求先按技术经济要求选定管内流速选定管内流速，再结合所需，再结合所需输送的输送的流量流量，确定管道，确定管道断面尺寸断面尺寸，进而计算管，进而计算管道道阻力阻力, ,得出需要的作用压力（动力）。假定得出需要的作用压力（动力）。假定流速法流速法适用适用于于作用压力未知作用压力未知的情况。的情况。2.3

39、管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n假定流速法假定流速法的基本步骤：的基本步骤：绘制绘制管网轴测图管网轴测图，对各管段进行，对各管段进行编号编号，标出长度和流，标出长度和流量。量。选定选定最不利回路最不利回路。合理选定合理选定最不利回路各管段的最不利回路各管段的管内管内流体流体流速流速。根据各管段的流量和确定的流速，根据各管段的流量和确定的流速，确定确定最不利回路最不利回路各各管段的管段的断面尺寸断面尺寸。计算计算最不利回路最不利回路各管段各管段的的阻力阻力。按照按照闭合回路能量（压力）平衡闭合回路能量（压力）平衡原理，计算其他管路：原理，计算其他管路：由于已完成最不利回路的

40、计算，因此常利用与最不利由于已完成最不利回路的计算，因此常利用与最不利回路的并联关系进行。可用回路的并联关系进行。可用压损平均法压损平均法计算。这是保计算。这是保证流量按要求分配的关键。证流量按要求分配的关键。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n 计算管网的总阻力和阻抗，得到管网特性曲线。总阻力和阻抗，得到管网特性曲线。n 根据管网特性管网特性、所要求输送的总流量总流量以及所输送流体的种类、性质流体的种类、性质等诸因素，综合考虑为管网匹配动力设备，确定动力设备动力设备所需的参数。n关键点：流速的合理选取；流速的合理选取；最不利回路；最不利回路；并联管路间的平衡。并联管

41、路间的平衡。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n压损平均法压损平均法的特点:将已知的总作用压力将已知的总作用压力（动力），（动力），按干管长度干管长度平均平均分配给每一管段分配给每一管段，以此，以此确定管段阻力确定管段阻力，再根据每，再根据每一管段的一管段的流量流量确定管道确定管道断面尺寸断面尺寸。n当管道系统的当管道系统的动力已知动力已知时，此法较为方便。时，此法较为方便。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n压损平均法压损平均法的基本步骤：绘制绘制管网轴测图管网轴测图，对各管段管段进行编号编号，标出长度长度和流流量量，确定最不利环路最不利环

42、路。根据确定确定的最不利回路的资用动力资用动力，计算最不利环路单位管长的压力损失单位管长的压力损失。根据最不利环路单位管长压力损失单位管长压力损失和各管段流量流量，确定其各管段断面尺寸断面尺寸。确定其他支路其他支路的资用动力资用动力，计算单位管长的压力损失，根据单位管长压力损失单位管长压力损失和各管段流量流量，确定其管径管径。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n静压复得法静压复得法的特点的特点通过通过调整调整管道管道断面尺寸断面尺寸，维持维持管道在管道在不同断面不同断面处的管内静压管内静压。n送风管道若要求各个风口风量均匀，常用送风管道若要求各个风口风量均匀，常用此方

43、法保证要求的风口风速。此方法保证要求的风口风速。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n静压复得法静压复得法的基本步骤：的基本步骤：2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n不论采用何种方法，不论采用何种方法，水力计算前必须完成水力计算前必须完成管网系统和设备的布置，确定管道材料及管网系统和设备的布置，确定管道材料及每个管段的流量，每个管段的流量，然后循着各种方法所要然后循着各种方法所要求的步骤进行计算。求的步骤进行计算。n水力计算中，各种计算公式和基础数据的水力计算中，各种计算公式和基础数据的选取，应遵循相关规范、标准的规定。选取，应遵循相关规范、标

44、准的规定。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n以通风空调工程的以通风空调工程的空气输配管网空气输配管网为例，学为例，学习枝状气体输配管网水力计算的具体方法。习枝状气体输配管网水力计算的具体方法。设计计算要确定设计计算要确定管径管径和和动力大小，主要采大小，主要采用用假定流速法假定流速法。n需先完成管网的布置，确定各送排风点要需先完成管网的布置，确定各送排风点要求的风量；各管段的输送风量。求的风量；各管段的输送风量。n制作风管的水力计算表格。制作风管的水力计算表格。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n实例：实例：下图所示通风除尘管网，风管用钢板

45、制作，输下图所示通风除尘管网，风管用钢板制作，输送含有送含有轻矿物粉尘轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。的空气，气体温度为常温。当地气压接近标准大气压力，除尘器清灰前阻当地气压接近标准大气压力，除尘器清灰前阻力力Pc=1200Pa。对该管网进行水力计算，获。对该管网进行水力计算，获得管网特性曲线，及机械动力需求。得管网特性曲线，及机械动力需求。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n1 确定最不利环路的管内流速和断面尺寸确定最不利环路的管内流速和断面尺寸n 1）绘制风管绘制风管系统轴测图系统轴测图，并划分，并划分管段管段，对各，对各管段管段编号编号，标注其，标注其长度长度

46、和设计和设计流量流量。管段：管内流量和管道断面均不变化管段：管内流量和管道断面均不变化。管段长度按中。管段长度按中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。长度。 如需要考虑重力作用，应保证同一管段的如需要考虑重力作用，应保证同一管段的密度密度不变不变。对于枝状管网，已知各用户的流量要求，利用对于枝状管网，已知各用户的流量要求，利用节点流节点流量平衡的原理量平衡的原理可以逐次可以逐次确定确定出各出各管段管段的设计的设计流量流量。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原

47、理和方法n2 2）选定）选定最不利回路最不利回路。本系统选择本系统选择1-3-5-除尘器除尘器-6-风机风机-7为为最不利回最不利回路（环路）路（环路）。n解释：最不利回路。解释：最不利回路。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n3 3）确定管内流速）确定管内流速n 管内流速对管网系统的经济性和技术条件的影响管内流速对管网系统的经济性和技术条件的影响：n 流速高流速高，管道断面小，占用的空间小，材料耗用管道断面小，占用的空间小，材料耗用少，建造费用小；但是系统的阻力大，动力消耗少，建造费用小；但是系统的阻力大，动力消耗增大，运行费用增加，且增加噪声。若流体中含增大，运行

48、费用增加，且增加噪声。若流体中含有杂质等，还会增加设备和管道的磨损。有杂质等，还会增加设备和管道的磨损。n 流速低流速低，阻力小，动力消耗少；但是风管断面大，阻力小，动力消耗少；但是风管断面大，材料和建造费用大，管道占用的空间也大。流速材料和建造费用大，管道占用的空间也大。流速过低会使杂质沉积堵塞管道。过低会使杂质沉积堵塞管道。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n必须通过全面的技术经济比较选定合理的必须通过全面的技术经济比较选定合理的流速。流速。n根据工程经验，总结出了通风空调工程中根据工程经验，总结出了通风空调工程中风管内较为风管内较为合理的空气流速合理的空气流速。

49、如教材表。如教材表2-3-2-3-1 1，2-3-22-3-2，2-3-32-3-3（P52P52，P53P53）n作业：作业：查阅查阅GB507362012对通风除尘系对通风除尘系统管内流速的规定。统管内流速的规定。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n根据表根据表2-3-3，输送含有，输送含有轻矿物粉尘轻矿物粉尘的空气的空气时，风管内最小风速为时，风管内最小风速为: :垂直风管垂直风管12m/s、水平风管水平风管14m/s。n考虑到考虑到除尘器及风管漏风除尘器及风管漏风，取，取5%5%的漏风系的漏风系数，管段数，管段6 6及及7 7的计算风量为的计算风量为63006

50、3001.05=6615m1.05=6615m3 3/h/h。n作业：作业：查阅查阅GB50736-2012GB50736-2012关于关于风管漏风量风管漏风量的规定。的规定。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n3 3）确定管内流速和）确定管内流速和管径管径：n 管段管段1包含有水平风管，初定流速为包含有水平风管，初定流速为14m/s ，则管径为：，则管径为：n 查图图2-3-1，没有这个标准规格没有这个标准规格，取为d=200mmn 则实际风速为：同理同理确定出管段确定出管段3、5、6、7的管内的管内流速和管径流速和管径。msmhshmD195. 04/14/360

51、0/15002131smmhshm/4 .134)2 . 0(/3600/1500v232.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n4）沿程阻力：）沿程阻力：n 查图得管段查图得管段1的比摩阻为的比摩阻为12.5Pa/m，填入计算表，填入计算表中，并计算管段的摩擦阻力。中，并计算管段的摩擦阻力。n 同理查得同理查得3、5、6、7管段的比摩阻和摩擦阻力。管段的比摩阻和摩擦阻力。n 检查是否需要修正检查是否需要修正。本例无需进行修正。如需修。本例无需进行修正。如需修正的情况，在水力计算表中留出填写这些参数的正的情况，在水力计算表中留出填写这些参数的位置。位置。2.3 管网水力计算

52、基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n5）局部阻力）局部阻力：n 各种管件管件（弯头、三通等）的局部阻力系数局部阻力系数通常查图表确定，查图表时要注意依据的参数值。还要注意对应的特征速度。n 设备的局部阻力或局部阻力系数设备的局部阻力或局部阻力系数，由设备生产厂商提供。22vP2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n管段管段1设备设备密闭密闭罩罩=1.0=1.09090弯头弯头=0.17=0.17直流直流三通三通1313=0.20=0.20=1.0+0.17+0.20=1.37 计算出管段计算出管段1的局部阻力损失为：的局部阻力损失为：147.5Pa。n 同理计算出同

53、理计算出管段管段3 3、5 5、6 6、7 7的局部阻力的局部阻力。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n2 2 利用回路能量平衡原理计算其他管路利用回路能量平衡原理计算其他管路n 需要计算的需要计算的管段管段：2、4n 计算计算2 2管段时，管段时，找出找出最不利环路中最不利环路中已计算已计算的的管路管路，或虚拟管路，使其或虚拟管路，使其加上加上2 2管段管段后能后能构成闭合回路构成闭合回路。n 本例中，管段本例中，管段1 1，2 2以及虚拟管路构成闭合回路。以及虚拟管路构成闭合回路。规定回路方向为与管段规定回路方向为与管段2 2同向（可任意），有：同向（可任意），有

54、：PPPGq2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n对于管路对于管路1、2构成的回路，有：构成的回路，有：Pa2850001212PPPPPHgPPGq（无压力输入）2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n 管段管段2（压损平均法）：压损平均法）：n 按流量按流量0.22m3/s和比摩阻和比摩阻31.7Pa/m，查线算图，查线算图，得：得： D=126mmn 取取130mm。查图得。查图得Rm=26pa/m，沿程阻力，沿程阻力156pa。n 速度速度16.7m/s，局部阻力，局部阻力100.

55、9Pan 管段管段2总阻力总阻力为为256.9Pa。Pa/m 31.71.5628522mlPR2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n不平衡率：不平衡率：n 基本符合要求。基本符合要求。n 按相同步骤，对管段按相同步骤，对管段4进行压损平衡，确定其管进行压损平衡，确定其管径。径。n 作业：作业：查阅查阅GB507362012关于管路不平衡率的关于管路不平衡率的规定。规定。%85. 9%1002859 .2562852.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n 教材提供了另外一种计算方法：教材提供了另外一种计算方法：先选管径，再按先选管径，再按压损平衡调

56、整。压损平衡调整。P61P61n 管径调整的方法：管径调整的方法：n 建议：建议：初学者用教材所述方法。初学者用教材所述方法。225. 02112)(PPDD2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n3 管网总阻力、阻抗及对风机的需求管网总阻力、阻抗及对风机的需求n 总阻力总阻力：(最不利环路最不利环路)阻力阻力1814Pan 阻抗：阻抗：n 管网特性曲线：管网特性曲线：7232m/535.8kgs/m84. 1Pa1814LPS2535.8LP 注意：注意：并非并非所有管网特所有管网特性曲线都是性曲线都是此形式。此形式。2.3 管网水力计算基本原理和方法管网水力计算基本原理和方法n3 管网总阻力、阻抗及对风机的需求管网总阻力、阻抗及对风机的需求n 确定对风机的需求