《热工与流体力学基础》课件11第十一章 管路计算

第十一章

管路计算学习导引

管道与附属件连接起来组成的流体输送系统称为管路。制冷空调工程和热能动力工程离不开各种管路系统，本章综合运用前面学过的连续性方程、伯努利方程和能量损失计算式来讨论工程上常见管路的流动规律，主要介绍了简单管路与串联、并联管路和管网的计算原理与工程应用。

学习要求

本章的重点是简单管路和串、并联管路的管路计算，通过学习应达到以下要求：1.理解各种管路的结构特点，能正确划分不同形式的管路。2.理解长管和短管的含义，掌握判断方法。3.充分理解管路阻抗的概念和意义，掌握管路阻抗的计算方法。4.掌握简单管路的流动规律，并能熟练应用于求解工程实际问题。5.熟悉串联和并联管路的特点，掌握其流动规律，能对串联和并联管路进行计算。6.了解枝状管网和环状管网的特点及流动规律，初步掌握枝状管网的计算方法。本章难点1.管路阻抗是为简化管路能量损失而引入的一个参数，它综合反映了管路沿程阻力与局部阻力情况，管路阻抗的应用是为管路系统设计打下基础，是工程计算的需要。充分理解管路阻抗的概念和意义，掌握管路阻抗的计算方法有一定难度，应结合例题与习题加强练习。2.实际工程中，对串、并联管路和枝状管网进行分析和计算需要一定的技巧，会有一定的难度，应结合例题与习题加强练习。

第一节简单管路计算复杂管路——串联管路、并联管路和管网

管路计算是工程上确定流量、阻力损失及管道几何尺寸之间关系的水力计算。

根据管路的沿程损失与局部损失的大小将管路分为

:长管

根据管路敷设方式可将管路分为:

简单管路

一、基本概念短管

1.简单管路

所谓简单管路就是具有相同管径d、相同流量qV和相同管壁粗糙度的管段，它是组成各种管路系统的基本单元。图11-1简单管路

2.长管和短管

管路中的流体能量损失以沿程损失为主，局部损失占流体总能量损失的比重很小，可以忽略不计，或可按沿程损失的5％～10％进行估算，这样的管路称为长管。

管路中局部损失具有相当的数值，可达到或超过沿程损失的10％，局部损失不能忽略不计的管路。

(1)长管(2)短管如城市集中供热干线、给水干线、远距离输油管路等如室内供热管、通风空调管等

工程上常将L/d＜1000的管路按短管处理。

工程上常将L/d≥1000的管路按长管处理。3.标准管径与限定流速

各种工业管道的管径均按统一标准制造，因此都有一定的规格。在进行管路计算时，管道的管径应按规格选取，即应标准化。

(1)标准管径表11-1列出了流体输送常用钢管的规格尺寸。

各种工业管道的规格可在有关手册中查得。

所谓限定流速，是工程中根据技术经济要求所规定的合适流速，也即管道造价和运行费用之和相对较低的流速。

(2)限定流速表11-2列出了一些流体在管路中的常用流速范围。

在管路计算时，应使管道内流体的流速在限定流速范围内。

对于简单管路，v沿程不变

故管路的压头损失Hw为

令

d、qV不变（s2/m5）

（m）

S为管路阻抗.对于给定的管路为定数，它综合反映了管路沿程阻力与局部阻力情况

二、简单管路计算的基本公式管路的能量损失为管路的压力损失为表明:在简单管路中，总能量损失与体积流量的平方成正比。

（Pa）

多用于不可压缩的气体管路计算中，如空调、通风管道算

（J/kg）

简单管路的计算三、简单管路计算示例（1）已知管径、管长、管件和阀门的设置及允许的能量损失，求流体的流速或流量。

例11-1如图11-1（b）所示，水从的水箱A中经管路排入大气中。已知：水箱液面至管路出口的高度差保持不变，H

5m，管路的总长度L

50m，直径d

100mm，沿程阻力系数

0.038，管路上装90的标准弯头3个，闸板阀1个，试求管路流量。（2）已知管径、管长、管件和阀门的设置及流体的输送量，求流体通过该管路系统的能量损失，以便进一步确定设备内的压力、设备之间的相对位置或输送设备所加入的外功。

例11-2有一钢板制的风道，管径d

300mm，管长L

60m，送风量qV

1.5m3/s，空气温度20℃时密度

1.205kg/m3，运动黏度

15.7

10-6m2/s，风道局部阻力系数总和

3.5，试求压力损失。

例11-3图11-2为一水泵向有压水箱送水的简单管路。已知流量qV

20m3/h，水池水面为大气压力，有压水箱的表压为p2

44

105Pa，两液面的高度差H

4m，水泵吸水管和排水管的长度分别为L1=5m，L2=10m，其管径为

57mm

3.5mm，沿程阻力系数为

0.02，管路进口装有一个带底阀的滤水网，两个闸板阀，三个90

弯头，试求水泵的扬程及有效功率P。（3）已知管长和管件、阀门的设置、流体的流量及允许的能量损失，求管径。

例11-4已知温度为20℃时，水在100m长的水平钢管内流动，要求水的流量为27m3/h，管内允许的沿程损失为4m，试确定管路的直径。

第二节串联与并联管路计算一、串联管路由不同管径的简单管路头尾相接构成的管路为串联管路。对每一节点(如节点a、b)，当

常数时，有

qV

0质量守恒定律能量叠加原理管段相接点

串联管路的流动规律：各管段的流量相等，损失迭加，管路的总阻抗为各段阻抗之和。

串联管路联立下三式:

例11-5

两水箱用两段不同直径的管道相连接（见图11-4），1-3管段长L1

10m，直径d1

200mm，

1

0.019；3-6管段长L2

10m，直径d2

100mm，

2

0.018。管路中的局部管件有：1为管道入口；2和5为90

弯头；3为渐缩管（

8

）；4为闸阀；6为管道出口。若输送流量qV

20L/s，求水箱水面的高度差H应为多少？

二、并联管路

由两个以上简单管路头与头相连，尾与尾相连，形成的管路为并联管路。对于每一个节点(如节点a、b)，当

常数时，有

质量守恒定律由于流体在某一固定点的单位能量值只能有一个，因此单位重量流体无论通过哪根管段从a流到b，产生的能量损失应该相同设并联管路的总阻抗为S，各分支管路的阻抗为S1、S2、S3

:由并联管路因为整理得

并联管路的流动规律：并联后管路的总流量等于相并联的各支管的流量之和；相并联的各支管能量损失相等；并联管路总阻抗的平方根倒数等于各并联支管阻抗的平方根倒数之和。

并联管路由并联管路的流动规律，并联管路流量分配规律：阻抗越大的支路，流量越小；阻抗越小的支路，流量越大。

“阻力平衡”

例11-6如图11-6所示，某两层楼的供暖立管，管道1的直径d1

20mm，管长L1

20m，

1

15；管道2的直径为d2

20mm，管长L2

10m，

2

15，管道的

0.025，干管的流量qV

0.3

10-3m3/s，求各支管的流量qV1和qV2。

第三节管网计算基础

由若干简单管路经过多次串、并联后形成的复杂管路称为管网。

按其管线布置特点的不同可将管网分为:

枝状管网环状管网一、枝状管网

自一根总管分支出几根支管后不再汇合的管路系统称为枝状管网。

特点:管线少，布置简单，造价低，工程上采用较多。

1.枝状管网的流动规律

枝状管网各管线间只有分支点没有汇合点。

枝状管网流动规律是：总管的流量等于各支管流量之和；全程的能量损失就等于串联各管段能量损失的叠加。

如图所示排风枝状管网，由三个风口、六根简单管路并联、串联而成。风机风量

全程能量损失

通常是串联各管段能量损失的叠加。枝状管网

在有并联管段时，应取管段最长，局部阻力最大的一支参加阻力叠加。而其它并联的支管均不计入。设图中1-4支管阻力损失最大，则全程的能量损失为:

2.枝状管网计算步骤以设计计算为例：

（1）划分计算管段。一根简单管路为一个计算管段。枝状管网（2）确定主管线。一般管路较长、局部阻碍较多的管线为主管线。

（3）确定主管线上各计算管段的管径及能量损失。（4）计算主管线的总能量损失，选择动力设备。

例11-7某住宅小区热水供应系统平面布置如图11-8所示。已知各管段长度为LAB

200m，LBC

180m，LCD

150m，LBE

70m，LCF

80m，各管段的局部阻力系数为：

AB

6.5，

BC

7.1，

CD

8.1，

BE

9，

CF

12，管段的沿程阻力系数均为0.025。热水用户D、E、F的热水量分别为qVD

20t/h，qVE

15t/h，qVF

10t/h，各用户内部的压力损失为4

104Pa。试确定主管线各管段的管径及外网在A点应提供的能量（压力）（管内限定流速v

0.5～2m/s，水的密度近似取

1000kg/m3）。

二、环状管网由许多条管段互相连接成闭合形状的管道系统为环状管网。

特点:管线较多，布局复杂，造价较高。但工作可靠性较高，在比较重要的场合下被采用。

1.环状管网的流动规律（1）任意节点上的流量代数和为零，也即流出节点的流量等于流入节点的流量。（2）任意一个环路上的能量损失代数和为零，一般取顺时针的能量损失为正，逆时针的能量损失为负。

2.环状管网计算步骤（1）按节点的原则，拟定各管段流量大小和方向，并据此确定出管径。（2）计算各管段的损失Hw（一般按长管考虑）。环状管网（3）校核各环路是否（