流体输配管网第3章冷、热水循环管路ppt课件.ppt

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1、第3章 冷、热水循环管路,3.1水的自然循环,3.1.1自然（重力）管流水力特征,图3-1自然循环管路系统示意图,左管段路的能量方程,右管段路的能量方程,结论：自然（重力）循环管路系统中流体的流动动力取决于竖管段内的密度差和竖管段的垂直高度。,两式相加得：,重力循环热水系统的工作原理,图3-2 自然循环热水供暖系统工作原理图1散热器；2热水锅炉；3供水管路；4回水管路；5膨胀水箱,A-A断面左右两侧的水柱压力分别为,因此系统的循环作用压力为,自然循环作用的大小与供、回水的密度差和散热中心和锅炉中心的垂直距离有关,例如：供水温度为95，回水温度70，则每米高差可产生的作用压力为,注意：自然循环的

2、作用压力不大，系统中若积有空气，会形成气塞，阻碍循环，因此管路排气是非常重要。,膨胀水箱,散热器,自然循环热水系统的形式和特点,图3-3 自然循环单管上供下回式系统1总立管；2供水干管；3供水立管；4供水支管；5回水支管；6回水立管；7回水干管；8连接管；9充水管；10泄水管；11止回阀,供水干管必须设顺水流方向下降坡度，坡度值为0.0050.01 散热器支管也应沿水流方向设下降坡度，坡度值为0.01 回水干管有向锅炉方向的向下坡度，坡度值为0.0050.01,坡度设置,双管上供下回式系统的作用压力,图3-4 双管上供下回式系统,上层散热器,下两层散热器,系统垂直失调（各层作用压力的不同 ）,

3、单管上供下回式系统的作用压力,图3-5 单管系统作用压力计算,当循环环路中有N组串联的冷却中心（散热器）时，其自然循环作用压力可用下述通式表示,垂直失调现象（各层散热器的传热热系数 ）,各层水温确定,第i层的负荷,附加作用压力,由于自然循环系统的作用压力不大，因此水在管路冷却产生的附加压力不应忽略，计算自然循环系统的综合作用压力时，应首先在假设条件下确定只考虑水在散热器内冷却产生的作用压力，再增加一项考虑水沿途冷却产生的附加压力，即,附加作用压力的大小可根据管路布置状况、楼层高度、所计算的散热器与锅炉之间的水平距离查表3-1确定。,【例3-1】如图3-6所示为三层楼房自然循环热水供暖系统，明装

4、立管不保温，总立管距散热器立管之间的距离为15m，,散热器的热负荷分别为,供水温度,，回水温度,。,图3-6 例3-1附图,1.双管系统自然循环的综合作用压力,【解】,2、求单管系统各层之间立管的水温,3.求单管系统的自然循环综合作用压力,（1）水在散热器内冷却产生的作用压力,第1层：,第2层：,第3层：,（2）水在管路中冷却产生的附加压力,根据已知条件：三层楼房明装立管不保温，总立管距计算立管间的距离在10m20m范围，三层散热器中心距锅炉中心垂直高度皆小于15m，查表3-1，水在三层散热器环路中冷却产生的附加压力皆为,。,表3-1注： 1.在下供下回式系统中，不计算水在管路中冷却而产生的附

5、加作用压力值。 2.在单管式系统中，附加值采用本表所示的相应值的50%。,3）双管系统自然循环的综合作用压力,第1层：（498.8250）Pa748.8Pa第2层：（966.5250）Pa1216.5Pa第3层：（1434.1250）Pa1684.1Pa第3层与底层循环环路的作用压力差值为由此可见，楼层数越多，底层与最顶层循环环路的作用压力差越大。,2、求单管系统各层之间立管的水温,3.求单管系统的自然循环综合作用压力,（2）水在管路中冷却产生的附加压力,单管系统中，附加压力为双管系统附加压力的50，即,。,（3）单管系统自然循环的综合作用压力,（1009.7125）Pa1134.7Pa,3.

6、2 水的机械循环,机械循环流动的能量方程与自然循环流动的能量方程的区别在于循环作用压力增加了水泵扬程，即,机械循环与自然循环系统主要区别一是循环动力不同；二是膨胀水箱的连接点和作用不同；三是排气方式不同。,机械循环系统中水流速度较大，一般都超过水中分离出的空气泡的浮升速度，易将空气泡带入立管引起气塞。所以机械循环上供下回式系统水平敷设的供水干管应沿水流设上升坡度，坡度值不小于0.002，一般为0.003。在供水干管末端最高点处设置集气罐，以便空气能顺利地和水流同方向流动，集中到集气罐处排出。回水干管也应采用沿水流方向下降的坡度，坡度值不小于0.002，一般为0.003，以便于集中泄水,机械循环

7、水系统型式,图3-8 机械循环上供下回式热水系统1热水锅炉；2循环水泵；3集气罐；4膨胀水箱,分类一,图3-17 开式与闭式系统(AHU: Air Handle Unit)（a）开式系统； （b）闭式系统,开式与闭式系统(工作介质是否与空气接触 ),分类二,同程系统和异程系统(按系统中的各并联环路中水的流程),热水同程式系统1-热水锅炉；2-循环水泵；3-集气罐；4-膨胀水箱,异程式热水系统1-锅炉；2循环水泵；3集气罐4膨胀水箱,异程式冷冻水系统,分类三,定流量系统和变流量系统,分类四,双管制系统、三管制和四管制系统,(按系统中冷热水管道的布置方式),图3-16 两管制与四管制（a）两管制系

8、统； （b）四管制系统,图3-9 机械循环下供下回式热水供暖系统1热水锅炉；2循环水泵；3集气罐；4膨胀水箱；5空气管；6放气阀,图3-10 机械循环中供式热水系统,图3-11 机械循环下供上回（倒流）式热水系统1热水锅炉；2循环水泵；3膨胀水箱,单管系统双管系统,循环管路水力计算的原理,1、沿程压力损失,R为比摩阻（Pa/m）l是直管段长度（m）是沿程阻力系数 v是水速度（m/s）d是管道直径（m） 是水密度（kg/m3）,图3-32 水管路比摩阻计算图（1mmH2O9.807Pa）,当流体通过管道的一些附件如阀门、弯头、三通、散热器、盘管等时，由于流体速度的大小或方向改变，发生局部旋涡和撞

9、击，产生能量损失，称为局部损失。常用局部水头损失和局部压力损失表示。计算管段的局部压力损失表示为,2.局部压力损失,3.总压力损失,任何一个冷热水循环系统都是由很多串联、并联的管段组成，通常将流量和管径不变的一段管路称为一个计算管段。各个计算管段的总压力损失应等于该管段沿程压力损失与该管段局部压力损失之和，即,当量局部阻力法,当量长度法,当量长度法一般多用在室外热力网路的水力计算上,供暖系统水力计算的方法,等温降法不等温降法,水力计算的主要任务,已知各管段的流量和系统的循环作用压力，确定各管段的管径。这是实际工程设计的主要内容。已知各管段的流量和各管段的管径，确定系统所必需的循环作用压力。常用

10、于校核计算，校核循环水泵扬程是否满足要求。已知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。用于校核已有的热水供暖系统各管段的流量是否满足需要。,等温降法计算方法与步骤,根据已知温降，计算各管段流量根据系统的循环作用压力，确定最不利环路的平均比摩阻(如果系统的循环作用压力暂时无法确定，可选用经济比摩阻60Pa/m120Pa/m)。确定该管径下管段的实际比摩阻和实际流速。 确定各管段的压力损失，进而确定系统的压力损失,采用等温降法进行水力计算时注意问题,（1）如果系统未知循环作用压力，可在总压力损失之上附加10确定。（2）各并联循环环路应尽量做到阻力平衡，以保证各环路分配的流量符合设计

11、要求。采暖通风与空气调节设计规范（GB500192003）规定：热水采暖系统各并联环路之间（不包括共同管段）的计算压力损失相对差额，不应大于15%。（3）根据比摩阻确定管径时，管中的流速不能超过最大允许流速，流速过大会使管道产生噪音。采暖通风与空气调节设计规范（GB500192003）规定热水采暖系统最大允许流速：民用建筑：1.2 m/s；辅助建筑物：2 m/s；工业建筑：3 m/s。,不等温降法,不等温降法先选定立管温降和管径，根据压力损失平衡的要求，计算各立管流量，再根据流量计算立管的实际温降，确定所需散热器的数量，最后再用当量阻力法确定立管的总压力损失。,图3-33 重力循环双管热水供暖

12、系统管路计算图,图3-34 机械循环单管顺流热水供暖系统水力计算图,1,2,3,4,5,6,6”,7,7,6,8,9,10,11,12,一、最不利环路,3管段流量计算,二、各管段流量计算（包括中间温度）,6”管段流量计算,85.5,78.5,7管段流量计算,确定各管段管径,根据推荐的经济比摩阻 Rpj60Pa/m120Pa/m各管段流量qm,表3-10 热水供暖系统管道水力计算表（tg=95，th=70，K0.2mm）,以管段4为例qm=767kg/h, Rpj=60120Pa/m用内插法计算出实际 :R=97.5Pa/m,v=0.22m/s,管段4的沿程摩擦阻力损失为Py=Rl=97.58=

13、780Pa,局部阻力计算（以6管段为例）,直流三通,直流三通,闸阀,闸阀,乙 字 弯,乙字弯,弯头,集气罐,数量,阻力系数,图3-35 同程式系统管路系统图,不等温降法水力计算方法与步骤,进行室内热水供暖系统不等温降的水力计算时，一般从循环环路的最远立管开始。（1）首先任意给定最远立管的温降。一般按设计温降增加25。由此求出最远立管的计算流量。根据该立管的流量，选用（或）值，确定最远立管管径和环路末端供、回水干管的管径及相应的压力损失值。（2）确定环路最末端的第二根立管的管径。该立管与上述计算管段为并联管路。根据已知节点的压力损失，给定该立管管径，从而确定通过环路最末端的第二根立管的计算流量及

14、其计算温度降。（3）按照上述方法，由远至近，依次确定出该环路上供、回水干管各管段的管径及其相应的压力损失以及各立管的管径、计算流量和计算温度降。（4）系统中有多个分支循环环路时，按上述方法计算各个分支循环环路。计算得出的各循环环路在节点压力平衡状况下的流量总和，一般都不会等于设计要求的总流量，最后需要根据并联环路流量分配和压降变化的规律，对初步计算出的各循环环路的流量、温降和压降进行调整。,最不利环路水力计算,求平均比摩阻,确定各立管各管段的流量和管径,假设立管的温降,（比设计温降大5）。立管的流量,根据平均比摩阻和流量，查表3-10，确定管径为DN20mmDN15mm。,表3-10 热水供暖

15、系统管道水力计算表,(3)压力损失计算（当量阻力法计算压力损失 ）,注：1、编制本表条件：建筑物层高为3.0m，回水干管敷设在地沟内。,表3-11 按,确定热水管系统管段阻力损失的管径计算表,供、回水干管6和6水力计算,左右侧环路的压力平衡,计算压力损失按与右侧环路的压力损失相同考虑,调整计算,通导数,右侧环路,左侧环路,流量分配,在并联环路中，各并联环路流量分配比等于其通导数比，亦即,当总流量,为已知时，并联环路的流量分配比例可用下式表示,进行温降、流量、压力损失调整,流量调整系数为,温降与流量成反比，则温降调整系数为,压力损失调整系数为,3.3.6 室外热水供热管网的水力计算,室外热水供热

16、管网水力计算的主要任务是：按已知的热媒流量，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，计算和校核管道中的流量。,计算方法,室外热水管网的水流量通常用吨/时（t/h）表示。比摩阻、管径和水流量的关系式，根据式（3-23）可改写为,流动处于阻力平方区,【例3-6】某工厂厂区热水供热系统，其网络平面布置图见图3-36，各管段的长度、阀门位置、方形补偿器的位置及个数及热负荷已标注图中。网路的计算供水温度tg=130，计算回水温度th=70，各用户内部已确定压力损失均为50kPa，对管网进行水力计算。,热水管网主干线的设计平均经济比摩阻可取

17、,表3-16 管段AB、BC、CD局部阻力当量长度,表3-18 管内水流速推荐值（单位：m/s）,空调冷冻水循环系统水泵的选择,局部阻力损失,摩擦阻力损失,设备阻力损失,系统环路总流量,系统环路的计算冷负荷,冷冻水供回水温差,图3-21 二次泵水系统之二1冷水机组一次泵；2一次泵；3二次泵；4压差调节器；5-总调节阀,图3-20 二次泵水系统之一1一次泵；2冷水机组；3二次泵；4风及盘管；5旁通管；6二通阀,一次泵的选择,（1）泵的流量应等于冷水机组蒸发器的额定流量。（2）泵的扬程为克服一次环路的阻力损失，其中包括一次环路的管道阻力和设备阻力。（3）一次泵的数量与冷水机组台数相同。,二次泵的选

18、择,（1）泵的流量按分区夏季最大计算冷负荷确定；（2）二次泵的扬程应能克服所管分区的二次最不利环路中用冷设备、管道、阀门附件等总阻力要求。无论采用一次泵冷冻水系统,还是采用二次泵冷冻水系统，选择水泵时，流量附加10的余量，扬程也附加10的余量。,图3-37 例题3-7水系统图,如图3-37所示的空调冷冻水二次泵循环系统（一级循环略去），此系统计算冷负荷为48.8kW，冷冻水供水温度为7，回水温度为12，空调机组表冷器水侧阻力为50kPa，各管段的长度见表3-20，求各管段的管径及二次水泵的流量和扬程。,冷却水系统的水力计算,某建筑建筑面积为4000m2,共3层，层高3m，选用冷水机组一台，制冷量为455KW。冷却水系统如图3-38所示，冷凝器侧水阻力为4.9104Pa，进、出冷凝器的水温分别为32和37，水处理器的阻力为2.0104Pa，冷却塔置于3层屋顶，冷却水管长总长32m。求各管段的管径和水泵的流量和扬程。,冷却水泵的扬程,沿程阻力损失,局部阻力损失,设备的阻力损失,冷却塔喷嘴喷雾压力,冷却塔中水提升高度,压缩式制冷机，取制冷机负荷的1.3倍左右；吸收式制冷机，取制冷机负荷的2.5倍左右；,压缩式制冷机，取45；吸收式制冷机，取69。,冷却塔冷却水量,冷却塔排走热量,冷却塔的进出水温差,