流体输配管网第四章多相流管网的水力特征与水力计算(改后).ppt

第4章 多相流管网水力特征与水力计算,4.1 液气两相流管网水力特征与水力计算,工程背景：建筑排水管网空调凝结水管网蒸汽供暖管网,4.1.1 液气两相流管网水力特征,4.1.1.1 建筑内部排水流动特点及水封（1）流动特点 气、液、固均存在，固体物较少，可视为液气两相流。水量、气压随时间变化幅度大。流速随空间变化剧烈。横支管进入立管，流速激增，水、气混合；立管进入横总管，流速急降，水、气分离。,（2）水封,水封水封位置水封高度水封破坏,4.1.1.2 横管内水流状态,（1）能量,（2）状态,图4-1-1 横管内水流状态示意图1-水膜状高速水流；2-气体,V0竖直下落末端水流速度；he横管断面水深；vhe水深时的水流速度；K与连接形式有关的能量损失系数；,（3）管内压力,1）横支管内压力变化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。,4.1.1.3 立管中水流状态,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。（1）排水立管水流特点 1）断续的非均匀流 2）水气两相流 3）管内压力变化,图4-1-3 排水管内压力分布示意图,（2）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。随水流下降流速的增加，水膜所受管壁摩擦力增加。当水膜受向上的管壁摩擦力与重力达到平衡时，下降速度和厚度不再发生变化，这时的流速叫终限流速（vt）。从横支管水流入口至终限流速形成处的高度叫终限长度（lt）。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，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。,这3个阶段流动状态的形成与管径和排水量有关。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：,（3）水膜流运动的力学分析,水膜区以水为主的水气两相流，忽略气；气核区以气为主的气水两相流，忽略水。经分析推导，得出：,4.1.1.4 排水管在水膜流时的通水能力,工作高度：横支管与立管连接处至排除管中心的距离。,4.1.1.5 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 确保立管内通水能力和防止水封破坏是建筑内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：,（2）稳定立管压力增大通水能力的措施,减小终限流速减小水舌阻力系数K,4.1.2 建筑排水管网的水力计算,4.1.2.1 横管的水力计算 设计规定（1）充满度规定最大计算充满度（2）自净流速 规定的最小流速（3）管道坡度 通用坡度，最小坡度（4）最小管径 防止堵塞的最小管径,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。,水力计算表见建筑给水排水工程（第四版）附录6-1和6-2,4.1.2.2 立管水力计算,排水立管按通气方式分为普通伸顶通气、专用通气立管通气、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。,4.1.2.3 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。,自学【例4-1】,参考书：建筑给水排水工程（第四版）,4.1.3 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，气压波动小。设计要点：管材；坡度；水封；通气；保温；冲洗的可能性。,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时，DN=20mmQ=7.117.6kW时，DN=25mmQ=17.7100kW时，DN=32mmQ=101176kW时，DN=40mmQ=177598kW时，DN=50mmQ=5991055kW时，DN=80mmQ=10561512kW时，DN100mmQ=151312462kW时，DN=125mQ12462kW时，DN=150mm,4.2 汽液两相流管网水力特征与水力计算,4.2.1 汽液两相流管网水力特征与保障正常流动的技术措施汽、液相的相互转变：蒸汽凝水；凝结水二次汽化。形成流动阻碍。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。系统中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,4.2.2 室内低压蒸汽供暖管网水力计算,（1）蒸汽管路资用动力锅炉出口（或建筑物采暖管网入口）蒸汽压力。密度：近似为常数。计算方法压损平均法平均比摩阻,P0一般取2000Pa；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。,计算次序最不利管路其他管路流速限制汽水同向：30m/s汽水逆向：20m/s实际采用更低。蒸汽供暖管网的“周期性”和“自调节性”原因：疏水器的作用,（2）凝水管路,干凝水管路非满管流。按负担的热负荷查表确定管径。前提：保证坡度=0.005。湿凝水管路按负担的热负荷查表确定管径。计算表参考供热工程（第三版）附录,4.2.3 室内高压蒸汽供暖管网水力计算（1）蒸汽管道：,压损平均法：最不利管路的总压力损失不超过起始压力的25%。,假定流速法 汽、水同向流动时 80m/s汽、水逆向流动时 60m/s 推荐采用 1540m/s（小管径取低值）限制干管的总压降高压蒸汽供暖的干管的总压降不应超过凝水干管总压降的1.21.5倍。一般选用管径较粗，但工作可靠。,（2）凝水管道,散热设备疏水器非满管流的，保证坡降I0.005，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。,计算公式：同室外供热管网。注意：密度变化。采用图表计算要注意修正：密度修正；粗糙度修正。,4.2.4 室外蒸汽管网的水力计算,4.2.5 凝结水管网的水力计算方法,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:根据承担的负荷查表。管段BC乳状混合物的两相流。要计算混合物的密度。按（4-2-13）（4-2-14）。1）疏水器二次蒸发箱2）疏水器凝结水箱（沿图中兰色管道路径）对于1），距离较短，按余压凝水管道计算表计算、修正；对于2）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。,管段CD饱和凝水。按资用动力确定平均比摩阻，利用室外供热管道计算表确定管径。管段DE凝水泵输送凝水，满管流。按流速12m/s，用室外供热管道计算表确定管径并计算阻力、确定水泵所需扬程。注意修正。,6.2.6 凝结水管网的水力计算例题,二、多用户并联工作的余压管网水力计算,逐段计算密度，按管段末端压力计算平均密度 先计算主干线和最不利用户，主干线计算公式：,4.3 气固两相流管网水力特征与水力计算,4.3.1 气固两相流水力特征（1）物料的沉降速度和悬浮速度,粉状物料与粒状物料，根据不同的雷诺数，阻力系数CR有不同的计算公式。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。,（2）气固两相流中物料的运动状态,实际的竖直管道中，要使物料悬浮，所需速度比理论悬浮速度大得多；水平管中，气流速度不是使物料悬浮的直接动力，所需速度更大。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、部分流、柱塞流状态。,（3）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,（4）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。根据经验，一般低压吸送式系统1=14，低压压送式系统1=110，循环式系统1=1左右，高真空吸送式系统1=2070。,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，见表4-3-1。,3）物料速度和速比：物料速度指管道中颗粒群的最大速度。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。,4.3.2 气固两相流管网水力计算,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。分别计算：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,4.4 枝状管网水利共性与水力计算通用方法,4.4.1 开式管网的虚拟闭合4.4.2 环路、共用管路和独用管路4.4.3 环路动力来源4.4.4 环路需用压力与资用动力4.4.5 环路资用动力的分配4.4.6 独用管路压损平衡与并联管路阻力平衡4.4.7 枝状管网水力计算通用方法,4.4.1 开式管网的虚拟闭合 枝状管网有开式和闭式两大类。通过引入虚拟管路的概念，将开式管网变为虚拟的闭式管网。,4.4.2 环路、共用管路和独用管路 开式管网虚拟闭合后，所有的枝状管网都可以按闭式管网进行水力特征分析。枝状管网的基本水力特征：流向的唯一性。以管网的任一点为起点，沿着管路（含虚拟管路），顺着流向（虚拟管路中的流向是从开始管网的真实出口到真实进口）前进，最终必定回到起点，沿途所经过的所有管路（含虚拟管路）构成了枝状管网的一个流动环路。枝状管网可以只有一个流动环路，也可能有若干个流动环路。,4.4.3 环路动力来源 管网中的流动动力：压力 惯性力 重力 环路动力P：P=Pq+Pg Pq-作用在环路上的全压 Pg-重力作用产生的环路动力,a.环路中全压的来源：由风机、水泵等动力机械提供。由上级管网提供。由压力容器提供。由环境流体的动压提供（只能提供在管网的真实开口上）环路中全压的来源不同，但是具备一个共同特点：提供在环路的一个断面上，作用于整个环路。,b.重力产生的环路动力 重力以重力场的形式来提供动力，大小取决于环路的空间走向和环路中的流体密度。依据相应的公式计算出该部分的动力。不同环路中的流体密度分布不同，即各环路的独用管段内的流体密度分布不同，其重力形成的环路动力也不同。,4.4.4 环路需用压力与资用动力 稳态流动条件下，任一环路的流动动力与流动阻力都是相等的。Pqi+PGi=PiPi-环路i的流动阻力 全压待定时，可根据环路内流体密度与环路空间走向计算出环路流动阻力Pi。同时，可根据环路内流体密度与环路空间走向计算出重力作用形成的流动动力PGi。因此，环路所需风机、水泵、调压器等压力源提供的全压为：Pqi=Pi-PGiPqi-环路i的需用压力 Pqi确定的情况下，称Pqi+PGi为环路i的资用动力Pzhi。,最不利环路-综合考虑流动阻力和重力作用，选管路长、部件多，重力推动作用小（甚至时阻碍流动）的环路为最不利环路。各环路所需的压力都应在管网的总管上，既所有环路的共用管段上提供。每个环路都获得了相同的全压作为动力，则任一环路i的资用动力Pzhi=Pqi+PGi。,4.4.5 环路资用动力的分配 目前，工程上常用按长度平均分配资用动力（压损平均法).共用管段的资用动力：由最不利环路决定 独用管路的资用动力按以下步骤分配：根据最不利环路的资用动力分配，确定共用管路的资用动力，等于共用管路的流动阻力。计算独用管路的资用动力。按确定的方案将独用管路的资用动力分配给独用管路的每一个管段。,4.4.6 独用管路压损平衡与并联管路阻力平衡 独用管路压损平衡 规律：独用管路的流动阻力与其获得的资用动力相等。独用管路压损平衡-在设计中通过对管路的几何参数的调整，改变管内流速，使独用管路在要求的设计流量下，流动阻力等于资用动力，从而保证管网运行时，独用管路的流量达到要求值。,4.4.6 独用管路压损平衡与并联管路阻力平衡 并联管路阻力平衡 依据：各并联管路的动力相等时，其流动阻力也是相等的。在设计中，通过调整管路尺寸，使各并联管路在各自要求的流量下计算阻力相等。这样可以保证在管网运行中，各并联管路的流量分配满足要求。,4.4.7 枝状管网水力计算通用方法绘制管网轴测图，对各管段编号，标明空间位置和长度，确定设计流量。若是开式管网，进行虚拟闭合。逐一计算各环路中重力作用形成的作用动力。根据各环路中的重力作用大小和管路长度及复杂程度，确定最不利环路。若压力已定，已定压力与最不利环路的重力作用之和即为最不利环路的资用动力。若压力未定，按照设计流量和合理的管内流速确定每个管段的断面尺寸，计算流动阻力，得到最不利环路的总阻力，扣除重力作用动力侯，得到所需的压力。计算其他环路独用管路的资用动力。按照合理的分配方案，将资用动力分配给独用管路的每一个管段。按所分配的资用动力和设计流量，根据压损平衡，确定各独用管段的断面尺寸。,4-7 简述保证蒸汽管网正常运行的基本技术思路和技术措施？答：保证蒸汽管网正常运行的基本思路是减少凝结水被高速蒸汽流裹带，形成“水塞”和“水击”。主要预防思想包括：减少凝结；分离水滴；汽液两相同向流动；若两相逆向流动减少，则尽量相互作用。可采取的技术措施是：通过保温减少凝结；在供汽干管向上拐弯处装耐水击的疏水器分离水滴；设置足够坡度使水汽同向；在两相逆向的情况下，降低蒸汽的速度；在散热器上装自动排气阀，以利于凝水排净，下次启动时不产生水击；汽、水逆向时，适当放粗管径；供汽立管从干管上方或下方侧接出，避免凝水流入立管；为保证管正常运行，还需适当考虑管网变形的破坏作用，设置补偿器。,4-8 简述室内蒸汽供热管网水力计算的基本方法和主要步骤 答：蒸汽管网水力计算的基本方法一般采用压损平均法，与热水管网大致相同，管网同样存在着沿程阻力和局部阻力。从最不利环路算起，满足锅炉出口蒸汽压力等于流动阻力+用户散热器所需压力。水力计算主要步骤：（1）确定最不利环路；（2）管段编号，统计各管段长度及热负荷；（3）选定比压降，确定锅炉出口压力；（4）对最不利环路各管段进行水力计算，依次确定其管径和压损；（5）对各并联管路进行水力计算，确定其管径和压损；（6）确定各凝水管路管径，必要时需计算凝水管路压损并配置相应回水设备，如凝水泵，凝水箱等。,4-10 简述凝结水管网水力计算的基本特点答：凝结水管网水力计算的基本特征是管网内流体相态不确定，必须分清管道内是何种相态的流体。例如从热设备出口至疏水器入口的管段，凝水流动状态属非满管流。从疏水器出口到二次蒸发箱（或高位水箱）或凝水箱入口的管段，有二次蒸汽是液汽两相流，从二次蒸发箱出口到凝水箱为饱和凝结水，是满管流，可按热水管网计算。,4-11 物料的“沉降速度”、“悬浮速度”、“输送风速”这三个概念有何区别与联系？答：物料颗粒在重力作用下，竖直向下加速运动。同时受到气体竖直向上的阻力，随着预粒与气体相对速度增加竖直向上的阻力增加，最终阻力与重力平衡，这对物料与气体的相对运动速度Vt，若气体处于静止状态，则Vt是颗粒的沉降速度，若颗粒处于悬浮状态，Vt是使颗粒处于悬浮状态的竖直向上的气流速度，称悬浮速度。气固两相流中的气流速度称为输送风速。输送风速足够大，使物料悬浮输送，是输送风速使物料产生沉降速度和悬浮速度，沉降速度和悬浮速度宏观上在水平风管中与输送风速垂直，在垂直风管中与输送风速平行。为了保证正常输送，输送风速大于沉降或悬浮速度，一般输送风速为悬浮速度的2.44.0 倍，对大密度粘结性物料甚至取510倍。,4-12 简述气固两相流的阻力特征和阻力计算的基本方法。答：气固两相流中，既有物料颗粒的运动，又存在颗粒与气体间的速度差，阻力要比单相气流的阻力大，对于两相流在流速较小时阻力随流速增大而增大，随着流速增大，颗粒过渡到悬浮运动，总阻力随流速增大而减小，流速再增大，颗粒完全悬浮，均匀分布于某个风管，阻力与单排气流相似，随流速增大而增大。气固两相流的阻力还受物料特性的影响，物料密度大。粘性大时，摩擦作用和悬浮速度大，阻力也大，颗粒分布不均匀时颗粒间速度差异大，互相碰撞机会多，因而阻力也大。阻力计算的基本方法把两相流和单相流的运动形成看作相同，物料流看作特殊的流体，利用单相流体的阻力公式计算，因此两相流的阻力可以看作单相流体阻力与物料颗粒引起的附加阻力之和。在阻力构成上，气固两相流须考虑喉管或吸嘴的阻力、加速阻力、物料的悬浮阻力、物料的提升阻力、管道的摩擦阻力、弯管阻力、设备局部阻力等多项因素，各项阻力都有相应的计算参数和公式。气固两相流阻力计算一般可确定输送风速、料气比、输送管径及动力设备。,4-13 气固两相流水平管道内，物料依靠什么力悬浮？竖直管道呢？答：气固两相水平管道内，物料依靠以下几个作用力悬浮：（1）紊流气流垂直方向分速度产生的力；（2）管底颗粒上下的气流速不同产生静压差而形成的力；（3）颗粒转运动时与周围的环流速度迭加形成速度差在颗粒上下引起静压差产生的引力；（4）因颗粒形状不规则引起空气作用力垂直分力；（5）颗粒之间或颗粒与管壁之间碰撞时受到的垂直分力。竖直管道内，物料依靠与气流存在相对速度而产生的向上的阻力悬浮。,4-14 气力输送管道中，水平管道与竖直管道哪个需要的输送风速大？为什么？答：输送风速指气固两相流管中的气流速度，气力输送管道中，水平管道比竖直管道需要的送风速大，因为在垂直管道中，气流速度与物料速度方向一致，只要气流速度稍大于悬浮速度，就可输送，而在水平管道中，物料悬浮来自紊流分速度，静压差等多种因素，悬浮速度与输送风速垂直，为保证物料处于悬浮流而正常输送，要有比悬浮速度大得多的输送风速，才能使物料颗料完全悬浮，因此水平管输送风速大。,4-15 什么是料气比？料气比的大小对哪些方向有影响？怎样确定料气比？答：料气比是单位时间内通过管道的物料量与空气量的比值，也称料气流浓度，料气比的大小关系到系统工作的经济性、可靠性的输料量较大小。料气比大，所需送风量小，因而管道设备小动力消耗少，在相同的输送风量下输料量大，所以在保证正常运行的前提下，力求达到较高的料气比。料气比的确定，受到输送经济性、可靠性（管道堵塞）和气源压力的限制，一般根据经验确定。低压吸送式系统，料气比=110，循环式系统=1 左右，高真空吸送式系统=2070。物料性能好，管道平直，喉管阻力小时，可采用较高的料气比，反之取用较低值。,4-16 分析式（2-2-1）和式（4-3-11）这两个管道摩阻计算公式的区别和联系，它们各用于计算什么样的管网？答：公式（2-2-1）P=Rml用于单相流体的沿程摩擦阻力，计算公式（4-3-11）P=（1+k11）Rml用于气固两相流管道的摩擦阻力计算。因为公式（4-3-11）包括了气流阻力和物料预料引起的附加阻力两部分，其中k1是与物料有关的系数，1为料气比。,4-17 什么是虚拟管路？如何进行开式管网的虚拟闭合？答：虚拟管路是连接开式管网出口和进口的虚设管路，虚拟管路中流体为开式管路中出口和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；流向从实际开式管网出口流向进口；虚拟管路的管径无限大，流速无限小，流动阻力为零。虚拟管路通过“突然扩大”与开式管网的出口相连，通过“突然缩小”与开式管路的进口相连，使虚拟管路与实际开式管路连接在一起，组成一个虚拟的闭式管网，这称为管路的虚拟闭合。虚拟闭合时，通过虚拟管路把开式管网的各出口和进口连接起来就构成虚拟闭合环路。对于多极连接的某一级管网，可在其上下级管网的分解处虚拟断开，形成虚拟进出口，虚拟进出口的水力和热力参数与原分界处开式管网内流体相同，再用虚拟管路将各虚拟进出口逐一连接，形成多个独立的虚拟环路。,4-18枝状管网的环路动力如何计算？环路中的全压有那些来源？如何确定枝状管网需由动力机械（水泵、风机等）提供的全压？答：（1）枝状管网的环路动力 包括作用在环路上的全压 和重力作用所产生的动力，即；（2）环路中的全压来源包括：由风机、水泵等动力机械提供。提供的全压大小取决于风机，水泵性能与管网水力特性的耦合状态；由上级管网提供，其全压大小取决于上级管网的水力工况；由压力容器提供，其全压大小取决于压力容器内的压力特性；由环境流体的动压提供，只能提供在管网的真实开口上，大小取决于环境流体动压的大小和开口的流体动力特性。（3）确定环路所需的全压，可根据要求的流量，合理的管内流速，确定环路的管道尺寸，先计算出环路流动阻力；再根据环路内流体密度与环路空间走向，计算出重力作用形成的环路流动动力；环路由风机、水泵等压力源提供的全压为：,4-19什么是最不利环路？确定最不利环路应考虑那些因素？答：最不利环路是流体流动阻力最大的环路，或理解成实现设计流量分配要求最困难的环路。确定最不利环路应考虑多方面因素，如重力作用、局部阻力情况、流量分配要求等。在重力作用 可忽略、各并联支路局部阻力相当的情况下，最不利环路通常是最远的环路。但不能一概视之，如在重力作用 的情况下，不应只根据管路的长短和局部阻力部件的多少选定最不利环路，而应综合考虑流动阻力和重力作用，选管路长、部件多，重力推动作用小（甚至是阻碍流动）的环路为最不利环路。,4-20如何确定环路的资用动力？最不利环路资用动力的计算方法与其他环路有何差异？答：任意环路i的资用动力 等于环路中外部压力作用 大小和重力作用大小 之和，即。最不利环路资用动力的计算方法于其它并联的环路有差异。最不利环路资用动力受流动阻力和外部压力影响，其资用动力可按 计算。而其它并联支路资用动力受最不利环路资用动力分配的约束，以此来实现管网总体的压损平衡（流量分配要求）。任一环路与最不利环路共用管段的资用动力，是由最不利环路的资用动力分配确定的。任一环路只在其独用管路上有分配资用动力的自由。,4-21 如何计算独用管路的资用压力？独用管路的压损平衡和并联管路的阻力平衡有何区别？答：(1)可按以下步骤计算独用管路的资用压力：（a）根据最不利环路的资用动力分配，确定共用管路的资用动力，它等于共用管路的流动阻力。（b）计算独用管路的资用动力。（c）按确定的方案将 分配给独用管路的每一管段。（d）重复以上步骤确定其它并联环路独用管段的资用动力。(2)独用管路压损平衡指在设计中通过对管路几何参数（主要是管道断面尺寸）的调整，改变管内流速，使独用管路在要求的流量下，流动阻力等于资用动力，从而保证管网运行时，独用管路的流量达到要求值；并联管路阻力平衡指并联管路的动力相等前提下，通过调整管路尺寸，使各并联管路在各自要求的流量下，计算阻力相等。这样可保证管网运行中，各并联管路的流量分配满足要求。各环路的独用管路是并联管路，当各环路中重力作用不相同时，这些并联管路的动力不相等。因而，它们的流动阻力也不相等。“阻力平衡”只适用于各环路重力作用相等的情况，而“压损平衡”是普遍适用的。,4-21 如何计算独用管路的资用压力？独用管路的压损平衡和并联管路的阻力平衡有何区别？答：(1)可按以下步骤计算独用管路的资用压力：（a）根据最不利环路的资用动力分配，确定共用管路的资用动力，它等于共用管路的流动阻力。（b）计算独用管路的资用动力。（c）按确定的方案将 分配给独用管路的每一管段。（d）重复以上步骤确定其它并联环路独用管段的资用动力。(2)独用管路压损平衡指在设计中通过对管路几何参数（主要是管道断面尺寸）的调整，改变管内流速，使独用管路在要求的流量下，流动阻力等于资用动力，从而保证管网运行时，独用管路的流量达到要求值；并联管路阻力平衡指并联管路的动力相等前提下，通过调整管路尺寸，使各并联管路在各自要求的流量下，计算阻力相等。这样可保证管网运行中，各并联管路的流量分配满足要求。各环路的独用管路是并联管路，当各环路中重力作用不相同时，这些并联管路的动力不相等。因而，它们的流动阻力也不相等。“阻力平衡”只适用于各环路重力作用相等的情况，而“压损平衡”是普遍适用的。,4-22简述枝状管网水力计算通用方法。答：枝状管网都可以按以下步骤进行水力计算：（1）绘制管网轴测图，对各管段进行编号，标明其空间位置（如起点和终点的空间坐标）和长度，确定设计流量。（2）若是开式管网，进行虚拟闭合。（3）逐一计算各环路中重力作用形成的作用动力。（4）根据各环路中的重力作用大小和管路长度及复杂程度，确定最不利环路，通常是重力作用小，管路长而复杂的环路。（5）若压力已定，已定压力与最不利环路的重力作用之和即是最不利环路的资用动力，按合理的分配方案，将资用动力分配给最不利环路的每一管段，根据每一管段的设计流量和分配到的资用动力，确定该管段的断面尺寸。若压力未定，按照设计流量和合理的管内流速确定每一个管段的断面尺寸，计算流动阻力，得到最不利环路的总阻力，扣除重力作用动力后，得到所需的压力。（6）计算其它环路独用管路的资用动力。（7）按合理的方案，将资用动力分配给独用管路的每一管段。（8）按所分资用动力和设计流量，根据“压损平衡”，确定各独用管段的断面尺寸。应注意不同流体的枝状管网水力计算的主要区别在于比摩阻的计算公式及其计算图表不同，不可乱用。,4-23 如习题图 4-1所示管网，输送含轻矿物粉尘的空气。按照枝状管网的通用水力计算方法对该管网进行水力计算，环境空气温度20，大气压力101325Pa。答：主要计算步骤如下：（1）对管网进行虚拟闭合；（2）计算环路I、II、III中重力作用形成的作用压力，如表4-1；（3）选环路I为最不利环路，按推荐流速确定所属管段的直径并计算流动阻力。根据阻力计算结果确定需用压力(风机暂不选择)，如表4-2；（4）按式（4-4-3）计算环路II、III的资用动力；按式（4-4-5）计算环路II的独用管路（管段2）、环路III的独用管路（管段3）的资用动力，如表4-2；（5）按压损平衡原理，确定管段2和3的断面尺寸，并计算流动阻力和压损平衡水平。管段2和管段3的压损不平衡率分别是4.48和12.28%，已满足工程实际要求。若此压损平衡水平达不到工程要求，需调整管径，重新进行计算，直至满足要求。,