(完整版)流体输配管网(第1~5章)课件

1、1“流体输配管网” 释义流体具有流动性的物质；输配按要求输送、分配；管网管道（流体流动的通道）相互连接形成 的网络。 错误：流体输送管网；流体输配管道流体输配管网2课程性质及与其他课程的联系专业平台课（专业核心技术基础课）以流体力学为主要理论基础，是学习暖通空调、供热工程、建筑给排水、燃气输配等专业技术课的核心基础。专门讲述公用设备工程中各种流体输配管网的工作原理和计算方法，以及动力源（泵与风机）的基础理论和选用方法等。全国注册公用设备工程师考试科目3课程的学习任务 通过各种教学环节，掌握暖通空调工程、城市燃气工程、供热工程、建筑给排水工程、建筑消防工程、工厂动力工程等各类工程中的流体输配管网

2、的基本原理。 掌握进行管网系统设计、调试和调节的基本理论和方法，并形成初步的工程实践能力。管网设计确定管网形式、流通断面；匹配动力；确定 管网调节方案并设置相应的装置。 能够正确应用设计手册和参考资料进行上述管网系统的设计、调试和调节，并为从事其它大型、复杂管网工程的设计和运行管理打下初步基础。4教材与参考书流体输配管网 （第二版）付祥钊 主编 工业通风 （第二版）孙一坚 主编 供热工程 （第三版）贺平 孙刚 主编 建筑给排水工程（第四版）王增长 主编 燃气输配 （第三版）段常贵 主编 暖通空调 （第一版）陆亚俊 主编 简明供热设计手册 （第一版）李岱森 主编 简明通风设计手册 （第一版）孙一

3、坚 主编 简明空调设计手册 （第一版）赵荣义 主编 建筑燃气设计手册 （第一版）袁国汀 主编5教材与参考书（续）采暖通风与空气调节设计规范 GB50019-2003 城市热力网设计规范 CJJ34-2002 城市燃气设计规范 GB50028-93（2002年版） 建筑给水排水设计规范 GB50015-2003 工业金属管道设计规范 GB50316-2000 暖通空调给水排水 煤气与热力6第1章 流体输配管网型式与装置 自然界中的流体输配管网： 人体呼吸系统血液循环系统植物水分输配系统江河水系 工程中的流体输配管网： 西气东输南水北调 城市供热、给水排水、燃气建筑物采暖、上下水、燃气、空调送排风

4、、空调冷冻水与冷却水工厂通风7管网的型式与装置管网有什么型式？气体管网多相流管网液体管网81.1 举例认识管网居民楼厨房排烟管网西气东输接续天然气管网重力循环热水采暖管网蒸汽采暖管网气力物料输送管网热水供热管网系统91.1.1 居民楼厨房排烟管网居民楼厨房示例： 10居民楼厨房管网组成与功能分析 1 油烟机排烟罩收集烟气 2 风机抽烟和排烟 3 单向阀防止烟气倒流 4 管道引导烟气流动路径 5 风帽防止雨水11居民楼厨房管网的特点：流体种类气体，极少量液体管网型式： 管内流体与环境大气的关系 开式每个支路管道流向的确定性 枝状管道中流体的分流与汇流 汇流 12归纳流体输配管网的组成： 流体的源

5、和汇 管道 动力装置 调控装置 末端装置 其他附属设备131.1.2 西气东输接续天然气管网管网示意图 14该管网的特点：（1）按照压力不同分级，不同的场合应用不同的压力级别 （2）城区管网一些管线构成环状 （3）是一个开式管网 （4）上、下级管网相互影响151.1.3 重力循环热水采暖管网管网示意图 1热源 2膨胀水箱 3散热器 4管道16该管网的特点 重力作用形成管网中流体 流动的动力； 枝状管网 （注意：“闭合” 不一定是“环状”）； 闭式管网 ； 垂直同程系统。空调冷冻水系统能否依靠自然循环？1热源 2膨胀水箱 3散热器 4管道171.1.4 蒸汽采暖管网管网示意图 1热源(蒸汽锅炉)

6、 2疏水器 3散热器 4管道18该管网的特点1热源(蒸汽锅炉) 2疏水器 3散热器 4管道 介质汽体、汽液混合、液体； 既有分流，又有汇流； 枝状管网。在管网不同位置的流体种类及占主导地位的流体？191.1.5 气力物料输送管网管网示意图 20 该管网的特点 气固两相流，固体颗粒是 流动的阻碍 输送距离有限风速要求高，流动阻力大，风机的压力要求大。 211.1.6 热水供热管网系统管网 示例： 22该管网的特点：上下级管网的连接一级管网集中供热管网（外网）二级管网用户采暖管网（内网）两级管网之间的连接方式： (a)直接连接 (b)装喷射泵直接连接 (c)装混合水泵直接连接 (d)装换热器间接连

7、接 23不同级管网之间的水力相关性水力相关性的概念 “水”泛指流体,“水力”指流体流动时的一些力学性质，主要是压 力、速度等; “相关”指上下级管网之间的压力、速度相互影响； “无关”指上下级管网之间的压力、速度不相互影响。 直接连接的上下级管网是水力相关的，间接连接则水力无关。 注意：水力无关的管网可以是“热力相关”。241.1.7 其他几种常见管网排风系统 25空调送回风系统 26空调水系统 27建筑给水管网 28高层建筑给水管网 承压与分区概念29建筑排水管网 301.2 流体输配管网的基本组成与基本类型流体输配管网的两个基本任务：流体的输送与分配；能量的输送与分配。 在建筑环境与设备工

8、程中，需要用流体输配管网输送和分配水、热水、蒸汽、空气等流体来完成对建筑的热能供应、建筑给排水、空调制冷等工程系统的需要，以满足对建筑环境的调节与控制。要记住啊!31为了完成上述两个任务，建立了各种各样的流体 输配管网。本节归纳各类流体输配管网的共性。 包括：流体输配管网的基本功能流体输配管网的基本组成流体输配管网的分类流体输配管网的连接方式321.2.1 流体输配管网的基本功能与基本组成基本功能：从“源”取得流体，通过管道输送，按照要求将流量分配给用户的末端装置；从末端装置处按照要求收集流体，通过管道，将其输送到“汇”。源末端装置按流量要求汇末端装置按流量要求第3种形式：从源末端装置汇（源）

9、形成循环。33基本组成：末端装置从管道中取得一定量的流体，或将一定量的流体送入管道。如：排风罩、散热器、送风口、燃气罩；卫生器具、配水龙头等。管道系统在“源”或“汇”与末端装置之间，给流体流动以路径，引导流体流动。动力流动存在阻力，必须要有动力： 来源于“源”，如锅炉；储气罐的压力；上级管网的压力； 来源于重力，如自然循环热水采暖；建筑排水； 来源于机械动力（水泵与风机），机械通风、城市供热、城市给水等，应用广泛。34调节装置调节阀、关断阀。安全、计量装置安全阀、报警器、流量计、温度计、压力表等。 其他装置与设备膨胀水箱、排气装置、疏水器、过滤器等。351.2.2 流体输配管网的分类单相流与多

10、相流管网按管内流体的相态重力驱动与压力驱动管网按管网动力性质： 重力驱动利用管网内、外或管网内不同流段的流体间密度差 重力差 形成驱动力。 压力驱动来自“源”的压力、机械动力（泵、风机）。开式与闭式管网按管网内流体与外界环境空间的联系： 开式管网与外界空间相通，有进、出口，与环境空间水力相关。 闭式管网与外界空间隔绝。与环境空间水力无关。36枝状与环状管网根据流动路径的确定性： 枝状管网管网内任一管段的流向是确定的、唯一的。因此，阻力 变化只影响流量，不改变流向。 环状管网管网中有的管段的流动方向是不确定的，有2种可能性。37异程式管网与同程式管网根据并联管段所在的环路之间流程长度的差异情况：

11、 同程式流程长度差异显著。并联环路的阻抗差异小，有利于各并 联环路均匀输配流体。 异程式流程长度差异不显著。381.2.3 管网之间的连接方式大型工程管网可能由多级管网共同承担流体输配任务，各 级管网之间由于具体条件和要求不同，可以有不同的连接 方式，分为2大类： 直接连接流体要穿越各级管网之间的分界，从一级进入另一级管网， 管网之间的水力参数（压力、流速）要相互影响，同时 热力参数（温度）必然相互影响，水力相关和热力相关。 各级管网不能孤立调节。 间接连接流体不能穿越各级管网的分界，各级管网水力参数不相互 影响，水力无关，可以分别独立调节。通过分界处的固体 界面（如换热器）可以进行热量交换，

12、可能热力相关。39第1章课后要求完成习题：1-1、1-6仔细阅读并理解教材内容阅读参考书40第2章 气体管流水力特征与水力计算主要内容气体输配管网水力计算水力计算的基本原理和方法气体管流 的水力特征412.1 气体管流水力特征 气体重力管流水力特征 气体压力管流水力特征 压力和重力综合作用下气体管流水力特征422.1.1 气体重力管流水力特征管流的能量方程 1-2断面的能量方程：（2-1-1)静压动压位压阻力当密度差由温差引起时，工程上将此时的位压称为热压43讨论几种情况： （1）竖向开口管道 若1、2断面位于进口外和出口处，这时静压均为0，进口流速为0，则：也可以将出口的动压损失视为出口的一

13、种流动局部阻力，则：(2-1-2) 上式表明：流动阻力依靠位压（即重力的作用）克服，流动方向取决于管内外的密度差。 以厨房排烟管网为例，当没有开启排风机、且未设防倒流阀，夏季竖井中密度低，室外空气经竖井进入室内；冬季竖井温度高，室内空气进入竖井。44（2）U型管道内的重力流 通过列写断面1-D、断面D-2的能量方程，综合后得到： 上式表明：进、出口位于相同标高时，流动动力是竖管内的密度差与高差的乘积，与管外大气密度无关。流动方向取决于竖管内密度的相对大小。 请分析1、2断面高差不等的情况。(2-1-2) 若断面1和2分别在进口和出口外，将进口和出口的阻力损失放在p12中，上式可以简写成：45（

14、3）闭式管道内的重力流 将U型管的1、2断面合为一体，形成闭式循环管道，则： 上式表明闭式管道内的重力流与进出口断面等高的U型竖管重力流具有相同的水力特征。式中pl表示环路阻力。462.1.2 气体压力管流水力特征压力管流的能量方程当位压为零而且没有机械动力装置时: （2-1-7)定义全压为 ，则上式变成：（2-1-8) 表明：位压为0的管流中，两断面之间的流动阻力是靠全压差克服的。管段没有外界动力输入时，下游断面的全压低于上游断面。47断面间静压的关系：可以通过改变流速在一定范围内调整静压482.1.3 压力和重力综合作用下的气体管流水力特征 压力和重力综合作用下的能量方程（2-1-11)式

15、中： 断面之间的全压差 反映压力作用； 位压 反映重力作用； 二者综合作用克服流动阻力 ，维持管内流动。49若压力（Pq1Pq2）驱动的流动方向与位压一致，则二者综合作用加强管内气体流动；若驱动方向相反，则由绝对值大者决定管流方向，绝对值小者实际上成为另加流动阻力。例如，空调建筑装有排气风机的卫生间排气竖井：冬季在位压的辅助作用下，排气能力明显加强；夏季排气风机除克服竖井的阻力时，还要克服位压，排气能力削弱，尤其是高层建筑。50512.2 流体输配管网水力计算的基本原理和方法两种水力计算设计计算、校核计算目的设计计算：根据要求的流量分配，确定管网的各段管径（或断面尺寸）和阻力。对枝状管外，求得

16、管网特性曲线，为匹配管网动力设备准备好条件，进而确定动力设备（风机、水泵等）的型号。52校核计算：根据已定的动力设备，确定保证流量输配的管道尺寸；或者根据已定的管道尺寸，确定保证流量输配的动力设备。 水力计算是流体输配管网设计及其运行质量保证的基本手段。53基本理论依据流体力学一元流动连续性方程、能量方程串、并联管路流动规律：管网的流动动力等于管网流动总阻力；若干管段串联后的阻力，等于各管段阻力之和；各并联管段的起点（终点）相同，具有相同的压力。不包含动力源的并联管段，阻力应相等；管段阻力是构成管网阻力的基本单元；管段总阻力等于摩擦阻力（沿程阻力）和局部阻力之和。542.2.1 摩擦阻力计算摩

17、擦阻力的普适计算公式当管道材料不变，断面尺寸不变，流体密度与流量不随沿程流量变化时：管道水力半径：Rs=f/X分析：当要求的流量一定时，流速是影响阻力的关键参数。 根据流速和流量 管道断面Rs、Rm 55确定计算公式后，需计算摩擦阻力系数5657说明工程上常根据自身的工程特点，编制相应的计算图表帮助计算。任何计算公式或图表，都有其使用范围，使用时要特别注意。当工程条件与得出公式或图表的条件有差异时，常采用修正的方法，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等。582.2.2 局部阻力计算产生原因： 流动边界几何形状改变，使流动产生涡旋、流动方向变化，引起能量损失。局部阻力基本计算

18、公式：局部阻力系数局部阻力处流动处于阻力平方区，局部阻力系数只与几何形状有关；局部阻力系数一般通过实验获得，可从各设计手册查出；局部阻力系数总是与所指的断面动压对应的，使用时必须注意。 （2-1-11)592.2.3 常用的水力计算方法假定流速法压损平均法静压复得法60假定流速法的特点：先按技术经济要求选定管内流速，再结合所需输送的流量，确定管道断面尺寸，进而计算管道阻力,得出需要的作用压力。假定流速法适用于作用压力未知的情况。61假定流速法的基本步骤：（1）绘制管网轴测图，对各管段进行编号，标出长度和流量，确定最不利环路。（2）合理确定最不利环路各管段的管内流体流速。（3）根据各管段的流量和

19、流速，确定最不利环路各管段的断面尺寸。（4）计算最不利环路各管段的阻力。（5）平衡并联管路。确定并联管路的管径，使各并联管路的计算阻力与各自的资用压力相等，可用压损平均法计算。这是保证流量按要求分配的关键。若并联管路计算阻力与各自的资用压力不相等，在实际运行时，管网会自动调整各并联管路流量，使并联管路的实际流动阻力与各自的资用压力相等。这时各并联管路的流量不是要求的流量。 （6）计算管网的总阻力，求取管网特性曲线。 （7）根据管网特性曲线、所要求输送的总流量以及所输送流体的种类、性质等诸因素，综合考虑为管网匹配动力设备，确定动力设备所需的参数。62压损平均法的特点：将已定的总作用压力，按干管长

20、度平均分配给每一管段，以此确定管段阻力，再根据每一管段的流量确定管道断面尺寸。当管道系统的动力已定时进行水力计算，此法较为方便。当然，也可按其他技术经济性更好的方法将已定作用压力分配给各管段。63压损平均法的基本步骤：（1）绘制管网轴测图，对各管段进行编号，标出长度和流量，确定最不利环路。（2）根据确定的最不利环路的资用动力，计算最不利环路单位管长的压力损失。（3）根据最不利环路单位管长压力损失和各管段流量，确定其各管段管径。（4）确定其他支路的资用动力，计算单位管长的压力损失。（5）根据各支路单位管长压力损失和各管段流量，确定其各管段管径。64静压复得法的特点：通过调整管道断面尺寸，改变流速

21、，维持管道在不同断面处的管内静压。送风管道若要求各个风口风量均匀，常用此方法保证要求的风口风速。65静压复得法的基本步骤：66说明：不论采用何种方法，水力计算前必须完成管网系统和设备的布置，确定管道材料及每个管段的流量，然后循着各种方法所要求的步骤进行计算。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。问题：为什么有多种水力计算方法？672.3 气体输配管网水力计算 大多数的气体输配管网是开式枝状管网，本节学习开式枝状气体输配管网水力计算的具体方法。682.3.1 开式枝状气体输配管网水力计算开式枝状气体管网类型 吸入式通风除尘管网 压送式通风空调管网 室内燃气管网 水

22、力计算的前期工作 空气输配管网的布置，包括系统划分； 管道布置，设备和各送排风点位置的确定； 确定各送排风点和各管段的输送风量。按所选定的计算方法（一般采用假定流速法）的步骤进行水力计算69管内流速和管段断面尺寸绘制风管系统轴测图 划分管段、管段编号、标注长度、标注流量确定管内流速 速度与经济性的关系 速度与技术性的关系 确定各管段的断面尺寸 管道尺寸有统一的规格 调整为标准规格后，再计算实际流速 707172摩擦阻力计算阻力计算应从最不利环路开始通风空调管段：先求阻力系数：再求比摩阻：根据上两式绘制出的的线算图进行计算（图2-3-1） 对于参数L、d、Rm，只要知道其中任意两个，即可利用线算

23、图求出其它参数。注意：实际条件与线算图计算条件不符时应进行修正 密度和粘度的修正；空气温度、大气压力和热交换的修正；管壁粗糙度的修正。737475非圆管利用图表引入“当量直径”流速当量直径 假设圆形风管中的空气流速与非圆形风管中的空气流速相等，并且两者的单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为此矩形风管的流速当量直径，以Dv表示。 根据这一定义,断面为ab的矩形风管的流速当量直径Dv用下式计算。查表时用矩形风管中的流速。（2-3-10)76流量当量直径 设某一圆形风管中的空气流量与非圆形风管的空气流量相等，并且单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为非圆形风管的流量当量直径，以

24、DL表示。 根据推导，矩形风管的流量当量直径可近似按下式计算。查表时用矩形风管中的流量。（2-3-11)77风管局部阻力计算计算公式： 确定局部阻力系数及其对应的特征速度 代入上式计算局部阻力 各管件的局部阻力系数查设计手册78并联管路的阻力平衡阻力平衡的含义 为了保证各管路达到预期的风量，在水力计算中应使并联支管的计算阻力相等，工程上称为并联管路阻力平衡。要求： 一般通风系统两支管的计算阻力差应 15； 含尘风管两支管的计算阻力差应10 。 超过上述规定应进行阻力平衡，方法如下：调整支管管径 阀门调节通过改变阀门的开度调节管道阻力79计算系统总阻力及获得管网特性曲线 管网特性曲线方程：p最不

25、利环路所有串联管段阻力之和根据计算的管网总阻力p和要求的总风量L，计算管网阻抗S，获得管网特征曲线。 管网阻抗： 串联管路阻抗： 并联管路阻抗：80解详见P5862812.3.2 均匀送风管道设计均匀送风管道计算原理 实现均匀送风的基本条件 均匀送风管道的计算方法82均匀送风管道设计原理 静压Pj垂直作用于管壁，如在侧壁开孔面积f0，Pj将产生静压流速vj，出流角为。管内流速为vd。有关计算式如下：83保持各个侧孔流速相等的方法：84实现均匀送风的基本条件保持各个侧孔静压相等：保持各个侧孔流量系数相等：增大出流角：注意： 增大出流角度除了保证出流量均匀之外， 对于送风的作用地点还有重要影响。8

26、5均匀送风管道的计算方法采用静压复得法详见P6466通过调整管道断面尺寸，改变流速，维持管道在不同断面处的管内静压。862.3.3 中、低压燃气管网水力计算室内或庭院的燃气管网是中、低压。管段的计算流量根据负责的燃具数目、考虑同时工作系 数进行计算。属于可压缩气体，摩阻计算公式有所不同。并联管路无需进行平衡。？局部阻力采用当量长度法计算。位压作用不容忽略。详细的计算过程和例题请参见教材87第2章重点 重力、压力及重力和压力综合作用的种气体 管流的水力特征； 流体输配管网水力计算的基本原理、方法及相 关概念； 位压，阻力平衡，动静压的相互转换。88第2章课后要求仔细阅读并理解教材内容自学教材例2

27、-3、例2-4、例2-5完成习题2-2、4、11、14阅读参考书89第3章 液体输配管网水力特征与水力计算液体管网与气体管网的区别：液体管网中管内液体的密度 是管外空气密度的1000倍左右 能量方程中位压简化：空气的渗入会严重影响管内液体的正常流动 要重视排气!水柱压力903.1 闭式液体管网水力特征与水力计算闭式液体管网水力特征闭式液体管网水力计算与压损平衡913.1.1 闭式液体管网水力特征重力循环液体管网的工作原理及其作用压力水的循环流动过程：在锅炉2中水温升高，密度减小，热水沿干管上升散热器1回水密度较大，促使回水流回锅炉92重力循环流动的环路能量方程（3-1-1）忽略管道散热的影响，

28、得到：环路作用动力93环路作用动力：起循环作用的是散热器（冷却中心）和锅炉（加热中心）之间的水柱密度差与高差的乘积。 如：供水温度为95，回水70，则每米高差可产生的作用压力为156 Pa。重力循环的作用压力不大，环路中若积有空气，会形成气塞，阻碍循环。例如在下降的回水管中，有一个充满回水管断面、高仅2cm的气泡，就可产生约192Pa的反循环力。因此要特别重视排气。为了排气，系统的供水干管必须有0.51.0%向膨胀水箱方向上坡度，散热器支管的坡度一般取1%。在重力循环系统中，水的流速较低，空气能逆着水流方向，经过供水干管聚集到系统的最高处，通过膨胀水箱排除。94重力循环液体管网的水力特征并联管

29、路的水力特征 环路a-S1-b-热源-a： 环路a-S2-b-热源-a：注意： ！会出现什么问题？95 双管系统的垂直失调：当上、下层环路的管道、散热器尺寸一致时，必然出现上层的流量大于下层的情况，导致上热下冷。在供热系统中，称为垂直失调。 解决办法：在设计时正确计算不同环路的循环动力，采用不同的管道与设备尺寸及调节措施。96 并联管路的阻力与流量分配共用管路是b-热源-a，阻力为：独用管路a-S1-b和a-S2-b， 处于并联，它们的阻力分别为：97 并联的独用管路的阻力并不相等！ 并联的独用管路的阻力等于各自的资用动力。 它们之间的流量分配：98串联环路的水力特征 循环作用动力：通式：串联

30、环路的各个散热中心处于同一环路，循环动力相同。 计算Ph需要计算从各个散热中心流出的流体的密度。99 密度计算方法ti是第i组散热器出流流体的温度。根据温度，可以求取各个密度值。单管系统会出现垂直失调吗？根据质量守恒，可以得到：流量：100单管系统的垂直失调 在串联环路中，各层散热器循环作用压力是同一个，流量相等，但进出口水温不相同，越在下层，进水温度越低。 由于各层散热器的传热系数K随各层散热器平均计算温度差变化，在选择设备时没有正确考虑这一点，也会带来各个散热器的散热量达不到设计要求，引起垂直失调。101水在管路中沿途冷却的影响 上述分析，没有考虑水在管路中沿途冷却的因素。水的温度和密度沿

31、循环环路不断变化，不仅影响各层散热器的进、出口水温，同时也影响到循环动力。由于重力作用形成的循环动力不大，在确定实际循环动力大小时，必须加以考虑。 精确计算：必须明确密度沿程变化的关系式。 在工程中，采用简化处理。首先只考虑水在散热器内冷却，然后根据不同情况，增加一个考虑水在循环管路中冷却的附加作用压力。它的大小与系统供水管路布置状况、楼层高度、所计算的冷却中心与加热中心之间的水平距离等因素有关。其数值可从相关采暖设计手册查取。附加作用压力例题3-1102机械循环液体管网的工作原理机械循环液体管网设置循环水泵，靠水泵动力P克服循环流动阻力，维持循环。 能量方程 ： 重力作用压力相对水泵动力很小

32、，对整个管网，可忽略不计，能量方程简化为：注意：在局部并联管路中，重力作用压力仍对并联立管的流量分配产生影响 1033.1.2 闭式液体管网水力计算与压损平衡液体管网与气体管网水力计算的异同水力计算的主要目的、基本原理和方法相同；液体与气体的物性参数有显著差别；液体与气体管网的工作参数有一定区别；水力计算使用的公式和技术数据不同。 104液体管网水力计算的基本公式沿程阻力局部阻力图3-1-5是水管路计算图，表3-1-1和3-1-2给出的一些数据（P82）105压力损失平衡与不平衡率压力损失平衡在水力计算中，通过调整管径、设置调节阀等技术手段，使管路在设计流量下的计算压力损失与其作用压力相等。

33、对并联环路，进行压力损失平衡时，通过调整独用管路的压力损失，使整个环路的计算压力损失与环路资用压力相平衡。压力损失不平衡率：Pl 管路资用压力，Pa；Pl 管路计算压力损失，Pa。并联环路压力损失平衡的常用方法（见P83）只有当并联环路的资用压力相等时，“压力损失平衡”才能简化为各并联管路之间的“阻力平衡”106液体管网水力计算的主要任务和方法 任务（1）：已知管网各管段的流量和循环动力，确定各管段的管径。 方法：压损平均法。预先求出管段的平均比摩阻，作为选择管径的控制参数Pl作用压力，Pa；l管路总长度，m 沿程损失占总损失是比例，。 根据各管段流量和Rpj，用公式或图表计算管径，选择接近的

34、标准管径。然后根据流量和选定管径计算阻力损失，并核算资用动力和计算阻力的不平衡率是否满足要求。107 任务（2）：已知各管段的流量和管径，确定管网的需用压力（动力）。 方法：首先计算最不利环路各管段的压力损失；如果不能忽略重力作用，计算重力作用形成的循环动力。按下式确定管网必需的循环作用压力 然后计算其他环路的资用压力，用压损平均法对各个环路中不与最不利环路共用的各个管段进行压损平衡。108 任务（3）：已知各管段的流量，确定各管段的管径和管网的需用压力。 方法： 首先用假定流速法计算最不利环路。根据管网的技术经济要求，选用经济流速或经济比摩阻，用公式或图表确定管径，计算各个管段的阻力损失，进

35、而确定管网的需用压力。 然后计算其他环路的资用压力，用压损平均法对各个环路不与最不利环路共用的各个管段进行压损平衡。109各种管网最大允许的水流速和经济比摩阻室内采暖管网最大允许的水流速 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。 室外供热管网最大允许的水流速 3.5m/s室内供热、空调水管网的经济比摩阻 60120Pa/m 室外供热管网的经济比摩阻 主干线 3070pa/m 支线 300Pa/m110 任务（4）：已知各管段的管径和该管段的允许压降，确定管段的流量。 方法：压损平均法，利用公式和图表计算。 注意：在用水流量携带热量（冷量）的工程中，实际上的已

36、知量是散热量（吸热量），它和换热设备有关。采用此方法是通过调整换热设备来满足已定的热量（冷量）需求。 111 水力计算相关问题： 液体管网水力计算从系统的最不利环路开始， 即从允许的比摩阻Rm最小的一个环路开始计算； 要有合适的水流速和比摩阻； 将计算的压力损失增加10的富裕量确定系统必需的循环作用动力； 压力损失与循环作用动力平衡，不平衡率小于15。1123.1.2.3 重力循环双管系统管网水力计算例3-2确定重力循环双管热水采暖系统管路的管径113计算准备 绘制管网图、管段编号、计算各个管段的设计流量。计算公式计算步骤（1）选择最不利环路 通过立管的最底层散热器1（1500W）的环路。这个

37、环路从散热器1顺序地经过管段、，进入锅炉，再经管段、进入散热器1。 114（2）计算最不利环路循环动力（3）确定最不利环路各管段的管径 1）计算平均比摩阻。1152）根据各个管段的流量，用热水采暖水力计算表，选择接近Rpj的标准管径，并根据流量和管径，查出实际比摩阻。 如管段，流量272kg/h， Rpj3.84Pa/m，查表选DN32的管径，根据流量272kg/h和DN32的管径，查得流速0.08m/s，比摩阻3.39Pa/m。填入表中，并计算该管段的摩擦阻力。3）相同方法确定出最不利环路的所有管段的管径。（4）统计该管段的局部阻力系数，计算局部阻力。 （5）求各管段的压力损失 沿程阻力损失

38、局部阻力损失。 （6）计算最不利环路的总阻力。116（7）核算压力富余值。至此，最不利环路计算完成。（8）其他环路计算 确定通过立管第二层散热器环路中各管段管径。 作用压力：117不与最不利环路共用的管段是15、16，共用的管段是2-13。 118 管段15、16的资用动力：平均比摩阻： 用同样的方法，根据管段15和16的流量G及平均比摩阻，确定管径d，Rm并计算摩擦阻力、局部阻力。管段15和16的总阻力为524Pa。 核算资用动力与计算阻力的不平衡率。 119采用同样的方法，依次计算I立管第3层、II、III、IV、V各立管各层的管路。说明：有的环路中，管段已选用了最小管径，仍不能实现允许的

39、不平衡率，可通过调节装置在运行时进行调节。离热源较远的立管、各层支管及共用管段选用较大的管径，便于离热源较近立管各个环路实现平衡。1203.1.2.4 机械循环室内水系统管路的水力计算方法室内热水采暖管网与上级管网采用直接连接的管网 循环动力由上级管网提供。室内管网的资用压力往往比较大，特别是距离循环动力比较近的建筑物。此时，按资用压力计算得出的最不利环路的平均比摩阻较大，按此选用管径，造成管内流速高、噪音大，且其他环路难于平衡。故一般按控制比摩阻60120Pa/m进行计算，剩余压力靠入口减压装置消耗。与上级管网采用间接连接的室内管网 水力计算的目的是确定管网的需用压力和各管段管径。仍按控制比

40、摩阻进行计算。关于重力循环动力 水在管道内冷却的附加作用压力可不考虑。对双管系统，要考虑水在散热器冷却的重力循环动力；单管系统，若各立管楼层数相同，可不考虑，若不同，要考虑。121空调冷冻水管网 一般是建筑物自成系统（现在也有区域供冷，如北京的中关村、广州大学城）。水力计算目的是确定管网的管径和需用压力。按照推荐流速和控制比摩阻选择最不利环路的管径，再对其他环路进行压损平衡。 供回水温差小，不考虑重力作用形成的循环动力。 计算方法：与室内热水供暖系统计算方法基本相同按推荐的流速或比摩阻值确定管径； 计算最不利环路压力损失；进行并联环路阻力平衡；确定系统总阻力122关于同程式系统管网当管网较大时

41、，常采用同程式管网。按控制比摩阻，先计算最远立管，再计算最近立管。这样，所有干管管径即被确定。校核二者的不平衡率。然后计算其他立管，确定其管径。按压损平衡方法进行。最后计算管网的需用压力。123注意：注意阻力计算公式的选用及修正。注意粗糙度等基础参数的取值。灵活应用各种计算参考资料（图表）。阅读规范的相关条文。 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019-20031243.1.2.5 室外热水供水管网水力计算水力计算的主要任务(与室内管网相同）按已知热水流量，确定管道的直径，计算压力损失；按已知热水流量和管道直径，计算管道的压力损失；按已知管道直径和允许压力损失，计算或校核管道的流量。 计算公

42、式：125 计算方法和步骤计算方法 先按控制比摩阻计算最不利环路，再对其他环路进行压损平衡。 不考虑重力作用形成的动力。 计算步骤确定各用户的设计流量；管网中平均比摩阻最小的一条管线称为主干线，水力计算从主干线开始，即从热源到最远用户的管线计算；支干线、支线：DN400mm的管道，流速3.5m/s； DNH0（外网水压） 适当放大部分管段的管径 设增压设备： 设置水箱，安装高度 设置水泵 为选择水泵及运行调节,需获得给水管网的特性曲线139计算例题 例3-4140第3章课后要求仔细阅读并理解教材内容复习例题完成习题3-1、2141第4章 多相流管网水力特征与水力计算液气两相流管网水力特征与水力

43、计算汽液两相流管网水力特征与水力计算气固两相流管网水力特征与水力计算1424.1 液气两相流管网水力特征与水力计算工程背景：建筑排水管网凝结水管网1434.1.1 液气两相流管网水力特征建筑内部排水流动特点及水封 （1）流动特点 气、液、固均存在，固较少，视为液气两相流。水量、气压时变幅度大。流速随空间变化剧烈 。横支管进入立管，流速激增，水汽混合；立管进入横总管，流速急降，水气分离。事故危害大：污水和有害气体外溢。144（2）水封 一种防止管内气体进入室内的措施，又叫存水弯。作用原理利用一定高度的静水压力来抵抗排水管内气压变化，防止管内气体进入室内。设置在卫生器具等的排水口下面。水封高度h与

44、管内气压变化、水蒸发率、水量损失、水中 杂质含量及比重相关。 h50100mm。 h太大：杂物易沉积，堵塞管道 h太小：水封的静压力不足以抵抗管内气压的变化 145水封破坏水封高度减少，不足以抵抗管道内允许的压力变化（25mmH2O）。水封强度指水封抵抗管道内压力变化的能力，与水封高度（存水湾内水量）有关。水封水量损失的原因：自虹吸损失；诱导虹吸损失；静态损失。146横管内水流状态能量转换关系式：水流状态：急流、水跃及跃后段、逐渐衰减段。147横管内压力1）横支管内压力变化 变化不大。2）横干管内压力变化 更为剧烈。特别注意对建筑下部几层横支管的影响，要与横干管保持一定的垂直距离。148立管中

45、水流状态 排水立管上接各层排水横支管，下接横干管或排出管，立管内水流呈竖直下落流动状态，水流能量转换和管内压力变化剧烈。排水立管水流特点 断续的非均匀流。 水气两相流：水中有气，气中有水滴。 管内压力变化：L越大、排水量越大、通气量越小， 形成的负压越大。149图4-1-3 排水管内压力分布示意图150排水立管中水流流动状态 1）附壁螺旋流 排水量较小，立管中心气流仍旧正常，气压较稳定。这种状态历时很短。2）水膜流 有一定厚度的带有横向隔膜的附壁环状流。横向隔膜不稳定 ，形成与破坏交替进行 。在水膜流阶段，立管内气压有波动，但其变化不会破坏水封。 3）水塞流 随排水量继续增加，水膜厚度不断增加

46、，隔膜下部压力不能冲破水膜，最后形成较稳定的水塞。水塞向下运动，管内气体压力波动剧烈，水封破坏，整个排水系统不能正常使用。151 3种流动状态的形成与管径、排水量有关，也就是与水流充满立管断面的大小有关。 排水立管内的水流状态应为水膜流。实验表明，在设有专用通气立管的排水系统中：152水膜流运动的力学分析水膜区是以水为主的水气两相流，忽略气；气核区是以气为主的气水两相流，忽略水。分析推导，得出：153排水管在水膜流时的通水能力在水膜流状态，当达到终限流速时，水膜下降流速和厚度保持不变，立管通水能力也不变表达式：终限流速时过水断面积：水膜厚度：154155确保立管内通水能力和防止水封破坏是建筑内

47、部排水系统中两个最重要的问题，这两个问题都与立管内压力有关。最大负压：影响立管内压力波动的因素及防止措施(1) 影响排水立管内部压力的因素K水舌阻力系数156水舌水流由横支管进入立管，在其连接部短时间内形成的水力学现象： 水舌沿进水流动方向充塞立管 水舌两侧由两个气孔作为空气流动通路，其两孔断面远比水舌上方立管内的气流断面小 水流带动向下流动的空气通过水舌，造成空气能量的局部损失 当无伸顶通气管时，局部阻力很大，排水时造成的负压则很大，水封极易破坏.157（2）稳定立管压力增大通水能力的措施 减小终限流速（P109） 减小水舌阻力系数K（ P109 200）1581591601614.1.2

48、建筑排水管网的水力计算目的 确定排水管网各管段的管径、横向管道的坡度和通气管的管径。横管的水力计算 （1）设计规定（P110111）充满度按非满流设计自净流速规定最小流速,防止固体物在管内沉积管道坡度通用坡度：正常条件下应保证的坡度 最小坡度：必须保证的坡度 最小管径防止堵塞162（2）横管水力计算方法对于横干管和连接多个卫生用水器具的横支管，应逐段计算各管段的排水设计秒流量，通过水力计算来确定各管段的管径和坡度。建筑内部横向管道按明渠均匀流公式计算（P111）水力计算表见建筑给水排水工程（第四版）附录需要多大的管径才能保证管段的流量？163立管的水力计算排水立管按通气方式分为普通伸顶通气、专

49、用通气立管通气、特制配件伸顶通气和无通气四种情况。四种情况的排水立管最大允许通水能力见P112表4-1-9，设计时先计算立管的设计秒流量，然后查表4-1-9确定管径。164165通气管道计算 按工程实际情况，查取有关手册、参考资料确定。单立管排水系统的伸顶通气管管径与污水管管径相同寒冷地区为防止管口结霜，管径放大一级双立管（一排水一通气）三立管或多立管排水立管（多排水一通气）P113例4-11664.1.3 空调凝结水管路系统的设计各种空调设备（例如风机盘管机组，柜式空调机，新风机组，组合式空调箱等）在运行过程中产生凝结水。较之建筑排水管网，凝结水管网内的流动稳定性要好得多，气压波动很小。设计

50、要点：管材、坡度、水封、通气、保温、冲洗的可能性。见P115167 通常，可以根据机组的冷负荷Q（kW）按下列数据近似选定冷凝水管的公称直径：Q7kW DN=20mmQ=7.117.6kW DN=25mmQ=17.7100kW DN=32mmQ=101176kW DN=40mmQ=177598kW DN=50mmQ=5991055kW DN=80mmQ=10561512kW DN100mmQ=151312462kW DN=125mQ12462kW DN=150mm 1684.2 汽液两相流管网水力特征与水力计算工程背景：蒸汽供暖管网高温凝结水管路1694.2.1 汽液两相流管网水力特征 与保障

51、正常流动的技术措施汽、液相的相互转变 蒸汽凝结水；凝结水二次蒸发。水击产生及防止 蒸汽管路中的凝水不能顺利排走，遇到阻碍，在高速下（20m/s)与管壁、管件撞击。 尽量汽、水同向流，逆向流时采用低流速；及时排除凝水。系统引入和排除空气 停止运行时，引入空气以排除凝水；开始运行，排除空气。凝结水回收重力回水、余压回水、机械回水二次蒸汽利用1701714.2.2 室内低压蒸汽供暖管网水力计算蒸汽管路资用动力 系统中靠锅炉出口（或建筑物采暖管网入口）蒸汽本身的压力，使蒸汽沿管道流动 水力计算的原则蒸汽流态处于紊流过渡区；每个管段内蒸汽的流量和整个系统的密度不变；摩擦阻力采用达西公式，按式（3-1-1

52、4）和 式（3-1-15）计算；局部阻力计算式与热水管路相同，也相同172水力计算方法最不利环路的水力计算采用压损平均法（平均比摩阻法）散热器入口处，蒸汽压力P0应有15002000Pa的剩余压力Pg较大时，Rm可能很大，可能导致流速过大，这时控制 比摩阻100Pa/m。其它环路立管的水力计算 按平均比摩阻法来选择其它立管管径最大允许流速：汽、水同向流动时30m/s；汽、水逆向流动时20m/s。173凝水管路排气管前的干凝水管路非满管流 按坡度、无压流动的水力计算公式为依据并根据实践经验，制订出不同管径下负担的热负荷（其在5坡度下的通过凝水量）。排气管后的湿凝水管路满管流 可用供热设计手册中的

53、“凝结水管管径选择表”确定干、湿凝水管路的管径。 174例4-2 见P1181201754.2.3 室内高压蒸汽供暖管网水力计算蒸汽管路原理室内高压蒸汽供暖管路水力计算原理与低压蒸汽相同；由于室内系统作用半径不大，仍可将整个系统的作 为常数，水力计算公式同低压蒸汽管路；管内蒸汽流动状态属于紊流过渡区及阻力平方区；局部阻力损失计算采用换算为当量长度进行计算水力计算的任务确定管径计算压力损失 176水力计算方法压损平均法假定流速法最大允许流速：汽、水同向流动时 80m/s 汽、水逆向流动时 0.005，查表选用管径。疏水器以后 余压回水，在室外凝水管网中介绍。1784.2.4 室外蒸汽管网的水力计

54、算管网水力计算的基本公式与热水管网完全相同利用计算图和计算表格进行简化计算 室外蒸汽管网管路长，变化大，用水力计算表时，必须进行修正。管道粗糙度不同时，也应修正。179其它蒸汽管道的局部阻力系数，用当量长度表示： ld可查热水网路局部阻力当量长度表，K值不同时应进行修正。采用当量长度法进行水力计算时,蒸汽网路计算的管段总压降为：水力计算的具体方法和步骤与室外热水管网基本相同 详见P921804.2.5 凝结水管网的水力计算方法181管段AB 散热设备疏水器。非满管流。前面已在“室内高压蒸汽供暖管网水力计算”中介绍。管段BC 乳状混合物的两相流。要计算混合物的密度，按式（4-2-13）、（4-2

55、-14）。疏水器二次蒸发箱： 距离较短，按余压凝水管道计算表计算、修正疏水器凝结水箱（沿图中兰色管道路径）： 按室外热水管网水力计算表计算、修正。局部阻力按百分数估计。182管段CD 饱和凝水。按资用动力确定平均比摩阻，然后利用“热力网路水力计算表”确定管径。（P125）管段DE 凝水泵输送凝水，满管流。 按流速1-2m/s，用“热力网路水力计算表”确定管径，并计算阻力、确定水泵所需扬程。注意修正。（P125）183凝结水管网水力计算的例题4-3和4-41844.3 气固两相流管网水力特征与水力计算工程背景：气力输送系统管网干粉灭火系统管网1854.3.1 气固两相流水力特征物料的沉降速度和悬

56、浮速度 粉状物料与粒状物料，根据不同的雷诺数，可得不同的计算公式。 若气体处于静止状态，则vf是颗粒的沉降速度；若颗粒处于悬浮状态，则vf是使颗粒处于悬浮状态的竖直向上的气流速度，称为颗粒的悬浮速度。 这是一个近似公式，精确的结果可以实测。186气固两相流中物料的运动状态 固体物料颗粒为什么能悬浮起来？竖直管道中，要使物料悬浮，所需速度比理论悬浮速度 大得多；水平管中，物料能悬浮输送是受到几个作用力（P131）的综合作用。水平方向的气流速度不是使物料悬浮的直接作用，所需速度比竖直管中更大。输料管内气固两相流的运动状态，随气流速度和料气比的不同而改变： 分别呈悬浮流 、底密流 、疏密流 、停滞流

57、 、部分流 、柱塞流状态（P132） 。187气固两相流的阻力特征 c点是临界状态点，此时颗粒群刚处于完全悬浮状态，阻力最小。临界状态的流速称为临界流速。图4-3-3 两相流阻力与流速的关系188气固两相流管网的主要参数1）料气比：单位时间内通过管道的物料量与空气量的比值。关系到系统工作的经济性、可靠性和输料量的大小。在保证正常运行的前提下，应力求达到较高的料气比。2）输送风速： 可以按悬浮速度的某一倍数来定，一般取2.44.0倍，对大密度粘结性物料取510倍。输送风速也可按临界风速来定，例如砂子等粒状物料，其输送风速为临界风速的1.22.0倍。通常参考经验数据，如表4-3-1。1893）物料

58、速度和速比： 气流必须用一部分能量使物料颗粒悬浮，然后再推动颗粒运动，因此，物料速度v1小于输送风速v。物料速度与输送风速之比称为速比。 1904.3.2 气固两相管网水力计算水力计算，一是要确定管径，二是计算阻力确定管径根据Gl要求和l计算阻力两相流的阻力看作是单相气流的阻力与物料 颗粒引起的附加阻力之和。阻力包括： 1）喉管或吸嘴的阻力 2）物料的加速阻力 3）物料的悬浮阻力 4）物料的提升阻力 5）管道的摩擦阻力 6）弯管阻力 7）分离器阻力 8）其他部件的阻力例4-5 1914.3.3 气固两相管网的管道布置 为了减少气固两相流管网的动力消耗、提高输送能力、减轻磨损、防止堵塞，管道布置

59、中应注意：尽量缩小输送距离和提升高度；减少弯管数量，采用较大的曲率半径；管路尽量简单，避免支路叉道；避免管道由水平弯向垂直（图4-3-6）；喉管后的直管长度不小于（1520）D。1924.4 枝状管网水力共性特征与水力计算前述各章节：分析了各种流体输配管网的水力特征介绍了各种工程中的水力计算方法感觉：“乱”，但实质上是共同的。本节： 提炼各种枝状流体管网水力特征的共性和水力计算的通用方法。1934.4.1 开式管网的虚拟闭合两类枝状管网：开式管网和闭式管网虚拟闭合 为了分析枝状管网的共性，通过虚拟管路概念可以将开式管网变成虚拟的闭式管网。虚拟管路：连接开式管网出口和进口的虚设管路管路中的流体为

60、出口、进口高度之间的环境流体，其水 力和热力参数都与环境流体相同管径趋于无限大，沿程阻力为0194注意：突扩、突缩的局部阻力损失，仍然在出口和进口的真实管路上；开式管网的虚拟闭合不改变它的水力特征，只是可以按闭式管网统一 进行水力计算。出口突扩管路的虚拟闭合虚拟管路进口突缩195对多级管网：间接连接单独进行水力计算，如同单级管网；直接连接先进行水力解耦，在级间分界处虚拟断开，再 用虚拟管路连接，形成独立的闭合管网。上级下级上级下级1964.4.2 环路、共用管路和独用管路环路 从闭式枝状管网任一点为起点，顺着流向前进，必定可以回到起点，所经过的所有管路构成一个流动环路。管路与环路的隶属关系：