流体输配管网第三版第三章.ppt

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倍左右能量方程中的位压 简为，称为水柱压力.位压（水柱压力）大。要注意其对于液体管网运行的影响。空气的渗入会严重影响管内液体的正常流动,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：,3.1.1 闭式液体管网水力特征,主要形式,3.1.1.1 重力循环液体管网的工作原理与水力特征,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,（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,重力循环双管热水采暖系统的作用压头,第一层:,第二层：,容易引起垂直失调,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。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,（2）串联管路的水力特征,每一根立管只有一个 重力循环作用压头,N组串联：,密度推算：,确定ti，可确定i,再利用公式 求出单管重力循环系统的作用压力,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。,例题,3.1.1.2 机械循环液体管网的工作原理与水力特征,机械循环液体管网设置循环水泵，靠水泵动力克服循环流动阻力，维持循环.机械循环能量方程：重力作用压力相对水泵动力很小，对整个管网，可忽略不计，能量方程简化为：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在并联立管的阻力平衡时应计算重力作用,液体管网与气体管网水力计算的区别：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的差别 液体与气体管网的工作参数有一定区别 水力计算使用的计算公式和技术数据不同 液体管网水力计算的基本公式 沿程阻力：k的取值：局部阻力,3.1.2 闭式液体管网水力计算,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。,然后根据各管段流量和Rmp，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：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。,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。,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换热设备来满足已定的热量（冷量）需求。,重力循环双管系统水力计算 计算公式：计算步骤：1、选择最不利环路2、计算通过最不利环路散热器的作用压力3、确定最不利环路各管段的管径4、确定长度压力损失：5、确定局部阻力6、求各管段的压力损失：7、求环路总压力损失8、计算富裕压力值9、确定通过立管各层散热器环路中各管段管径,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。,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）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。同程式多耗管道金属材料 通过调整供、回水干管的各管段的压力损失来 满足各立管的平衡,(3)空调冷冻水系统水力计算方法 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,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,室外热水管网水力计算的主要任务(与室内管网相同）按已知热媒流量，确定管道的直径，计算压力损失按已知热媒流量和管道直径，计算管道的压力损失按已知管道直径和允许压力损失，计算或校核管道中的流量计算公式：阻力系数：或代入得到：,（4）枝状室外供热管网的水力计算,城市热力网设计规范CJJ34-2002,管段的局部阻力损失折合成相当的沿程损失来计算,由 得到,管道总阻力,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,主干线水力计算后,按支干线、支线的资用压力确定其管径,DN400mm的管道，流速3.5m/s；DN400mm的管道，比摩阻300Pa/m,计算系统总压力损失,例题：供水温度，,回水温度，,E,F,D 设计热负荷分别为：,热用户内部的阻力为：,3.2 开式液体管网水力特征与水力计算,开式液体管网的水力特征管网进出口、节点与大气相同动力设备要克服管网流动阻力和进出口高差形成的静水压力,开式液体管网水力计算基本原理和方法类似闭式液体管网首先要完成管线布置,绘出管道轴测图后计算设计流量,确定各管段的管径和管网所需压力复核室外给水管网水压是否满足室内给水管网所需压力,额定流量：为满足卫生器具、设备用水要求，规定卫生器具配水出口在单位时间内流出的规定水量。设计流量：卫生器具按配水最不利情况组合出流时的最大瞬时流量卫生器具当量卫生器具当量：以某一卫生器具流量(给水流量或排水流量)值为基数，其他卫生器具的流量(给水流量或排水流量)值与其的比值。,设计秒流量的计算参最新设计规范住宅建筑的生活给水管道的设计秒流量：根据住宅配置的卫生器具给水当量、使用人数、用水定额、使用时数及小时变化系数，计算出最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率：,住宅建筑的生活给水管道的设计秒流量：根据计算管段上的卫生器具给水当量总数，计算出该管段的卫生器具给水当量的同时出流概率：,根据计算管段上的卫生器具给水当量的同时出流概率，计算该管段的设计秒流量：,宿舍(、类)、旅馆、宾馆、酒店式公寓、医院、疗养院、幼儿园、养老院、办公楼、商场、图书馆、书店、客运站、航站楼、会展中心、中小学教学楼、公共厕所等建筑的生活给水设计秒流量，应按下式计算：,注：1 如计算值小于该管段上一个最大卫生器具给水额定流量时，应采用一个最大的卫生器具给水额定流量作为设计秒流量；2 如计算值大于该管段上按卫生器具给水额定流量累加所得流量值时，应按卫生器具给水额定流量累加所得流量值采用；3 有大便器延时自闭冲洗阀的给水管段，大便器延时自闭冲洗阀的给水当量均以0.5计，计算得到的qg附加1.20Ls的流量后，为该管段的给水设计秒流量；4 综合楼建筑的值应按加权平均法计算。,宿舍（、类）、工业企业的生活间、公共浴室、职工食堂或营业餐馆的厨房、体育场馆、剧院、普通理化实验室等建筑的生活给水管道的设计秒流量，应按下式计算：,根据设计流量确定管径：由 得 设计流速：生活或生产给水：2m/s1520 1.0m/s2540 1.2m/s5070 1.5m/s80 1.8m/s有噪声要求的生活给水：0.81.0m/s消防给水：自动喷水灭火给水：5m/s消火栓给水：2.5m/s根据设计流量、流速确定管径后，还需按确定的管径核算实际流速,确定给水系统所需压力,保证配水最不利点具有足够的流出水头 计算公式：H 建筑内给水系统所需的压力,kPa；H1引入管起点至配水最不利点位置 高度所要求的静水压,kPa；H2 引入管起点至配水最不利点的给 水管路即计算管路的沿程和局部 水头损失之和,kPa；H3 水流通过水表时的水头损失,kPa；H4 配水最不利点所需的流出水头,kPa.,流出水头：配水装置放出额定流量的水所需的最小静压力,水头损失计算,给水管网水头损失计算 管段的沿程损失：钢管和铸铁管的单位长度水头损失：当 时当 时塑料管的单位长度水头损失：,局部阻力损失：局部阻力损失按沿程水头损失的百分数计算：生活给水管网：2530生产给水；生活、消防共用；生活、生产、消防共用管网：20自动喷水灭火系统：20消火栓给水管网：10,现行规范推荐计算方法,局部水头损失，宜按管道的连接方式，采用管(配)件当量长度法计算。当管道的管(配)件当量长度资料不足时，可按下列管件的连接状况，按管网的沿程水头损失的百分数取值：1 管(配)件内径与管道内径一致，采用三通分水时，取2530；采用分水器分水时，取1520；2 管(配)件内径略大于管道内径，采用三通分水时，取5060；采用分水器分水时，取3035；3 管(配)件内径略小于管道内径，管(配)件的插口插入管口内连接，采用三通分水时，取7080；采用分水器分水时，取3540。,现行规范推荐计算方法,水表的水头损失计算水表的选择：,水头损失计算,水表的水头损失计算 水表的选择：确定水表类型及口径根据水质、水量、水压、水温等情况选择用水均匀时：水表前管段的设计秒流量水表的公称流量用水不均匀时：设计秒流量水表的最大流量选择水表时管段的设计流量不包括消防流量 水表水头损失：水表的水头损失应水表水头损失允许值,计算例题,