第3章_液体输配管网水力特征与水力计算.ppt

1、第3章 液体输配管网水力特征与水力计算,基本水力特征,任意两个断面之间的能量方程,位压（水柱压力）大。要注意其对于液体管网运行的影响。 空气渗入会严重影响管内的正常流动，要重视“排气”。,动力的来源,全压的来源与性质,来源： 来源于风机水泵等流体机械。 来源于压力容器。 来源于上级管网。 性质： 在一个位置上提供，沿整个环路中起作用。 提供动力的位置在共用管段上，则共用该管路的所有环路都获得相同大小的全压动力。,重力的来源,3.1.1 闭式液体管网水力特征,3.1.1.1 重力循环液体管网的工作原理与水力特征,忽略管道散热的影响：,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

2、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。,（1）并联管路的水力特征,环路a-S1-b-热源-a,环路a-S2-b-热源-a,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

3、时，必然出现上层的流量大于下层的情况。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。,并联管路的阻力与流量分配,共用管路是b-热源-a，独用管路a-S1-b和a-S2-b处于并联，它们的阻力分别为：,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：,（2）串联管路的水力特征,环路动力：,各个散热中心处于同一环路，循环动力相同。 需要计算从各个散热中心流出的流体的密度。,密度推算,ti是第i组散热器出流流体的温度。根据温度，求取各个密度值。,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，但进出口水温

4、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。,（3）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

5、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。其数值可从采暖设计手册查取。,3.1.1.2 机械循环液体管网的工作原理与水力特征,3.1.2 闭式液体管网水力计算,液体管网和气体管网在水力计算的主要目的、基本原理和方法上是相同的。只是因为液体的物性参数与气体有显著差别，液体管网的工作参数也与气体管网有一定区别，所以二者水力计算使用的计算公式和技术数据有所不同。,3.1.2.1 液体管网水力计算的基本公式,（1）摩擦阻力：,室内管网，常处于紊流过渡区：,室外管网，常处于阻力平方区：,（2）局部阻力,压力损失平衡,压力损失不平衡率如下,3.1.2.2 液体管网水力计算

6、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。,然后根据各管段流量和Rpj，用公式或图表计算管径，选择接近的标准管径，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。,任务（2） ： 已知各管段的流量和管径，确定管网的需要压力。 方法：用于校核计算，当系统流量改变时，看水泵的扬程能否满足要求。,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

7、图表确定管径，计算各个管段的阻力损失，进而确定管网的需用压力。类似于第二章的假定速度法的题目。,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/m,任务（4）：已知管网各管段的管径和该管段的允许压降，确定通过该管段的水流量。 方法：利用公式和图表计算。 在用水流量携带热量（冷量）的工程中，实际上的已知量是散热量（吸热量）。它和换热设备有关。采用此方法是通过调整

8、换热设备来满足已定的热量（冷量）需求。 事实上该方法就是教材公式3-1-21求管段流量的方法或在类似图3-1-5中,水的管路比摩阻计算图,3.1.2.3 重力循环双管系统管网水力计算,例3-2 计算准备：绘制管网图、管段编号、计算各个管段的设计流量。 （1）选最不利环路：通过立管的最底层散热器1（1500W）的环路。这个环路从散热器1顺序地经过管段、，进入锅炉，再经管段、进入散热器1。 （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。,2）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2

9、72kg/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 沿程阻力损失局部阻力损失。 （6）计算最不利环路的总阻力。,（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。,不与最不利环路共用的管段是15、16，共用的管段是2-13。管段15、16的资用动力：,用同样的方法，根据管段15和

10、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。,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。,（8）其他环路计算,（8）其他环路计算,确定通过立管第三层散热器环路中各管段直径 计算通过立管第三层散热器环路的作用压力,并联环路节点平衡原理，通过15、17、18管段的资用压力,管段15、17、18的实际压力损失为459+159.1+119.7=738Pa,不平衡率,不平衡率,因17、18管段已选用最小直径，剩余压力只能用第三层散热器支管上的阀门消除。,（8）其他环路计算,确

11、定通过立管各层环路管段直径,确定通过立管低层散热器环路的作用压力,确定通过立管低层散热器环路各管段管径,管段1923与管段1、2、12、13、14为并联环路，对立管与立管利用并联平衡原理，管段1923资用压力为,管段1923总阻力损失,与立管并联环路相比不平衡率刚好为0,其他计算同前。,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。,3.1.2.4 机械循环液体管网的水力计算方法,（1）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

12、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。,（2）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

13、关村）。水力计算目的是确定管网的需用压力。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。,（3）关于同程式系统管网,当管网较大时，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，就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。,提 醒,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GB50019-2003,3.1.2.5枝状室外供热

14、管网的水力计算,城市热力网设计规范CJJ34-2002 水力计算任务：根据已知流量，确定各个管段的管径。计算管网的需用压力。 计算的基本方法： 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。,基本公式,流量的单位是t/h；K=0.5mm.,例3-3某工厂厂区热水供热系统，其网路平面布置图（各管段的长度、阀门及方形补偿器的布置）见图3-1-7。网路的计算供水温度t1=130，计算回水温度t2=70。用户E、F、D的设计热负荷Qn分别为：3.518 GJ/h、2.513 GJ/h和5.025GJ/h。热用户内部的阻力为P=5104 Pa。试进行该热水网路的水力

15、计算。,（1）准备工作,管网图绘制、标注管段编号、长度、管件，计算设计流量，填入绘制的计算表格。 例管段B-E的设计流量计算如下：,（2）最不利环路计算,说明： 室外热水管网的回水管路沿供水管路相同的路径布置，管径、管内流量与对应的供水管段相同，故只进行供水管路的计算。 一般是闭式管网（即不从管网取出热水）。但只计算供水供水管路，因此，也称最不利环路的管线为“主干线”。 本例选A-B-C-D为主干线。比摩阻3070Pa/m。,管段AB：,流量44t/h。查表，取d=150mm，R=44.8Pa/m 闸阀1个，方形补偿器3个，当量长度：,相同方法计算管段BC、CD。,（3）计算其他支路,对其他环

16、路进行压损平衡。 管段BE：,同理计算管段CF。,3.2 开式液体管网水力特征与水力计算,水泵扬程需要克服进出口的高差。,3.2.1 建筑给水管网水力计算,3.2.1.1 确定设计流量与管径 流量的确定 要考虑末端用水器具的同时用水系数（即同时给水百分数），分两种情况采用不同的计算公式。 （1）用水时间集中，用水设备使用集中，同时给水百分数高的建筑，如工业企业生活间、公共浴室、洗衣房、食堂餐厅、实验室、影剧院、体育场等。,（2）用水时间长，用水设备使用不集中，同时给水百分数随用水器具数量增加而减少的建筑，如住宅、宾馆、医院、学校、办公楼等，用水器具种类多，且各种用水器具的额定流量又不尽相同，为简化计算，将安装在污水盆上，管径为15mm的配水龙头的额定流量0.2L/s作为一个当量，其它用水器具的额定流量对它的比值，即为该用水器具的当量值。用下式计算管段的给水设计秒流量qg：,管径的确定,按控制流速范围来确定。 设计时给水管道流速应控制在正常范围内：生活或生产给水管道，不宜大于2.0m/s，当有防噪声要求，且管径小于或等于25mm时，生活给水管道内的水流速度，可采用0.81.0m/s；消火栓系统，消防给水管道，不宜大于2.5m/s；自动喷水灭火系统给水管道，不宜大于5.0m/s，但其配水支管在个别情况下，可控制在10m/s以内。按流量和流速确定管径规格后，需按确