流體輸配管網(wǎng)CH2氣體管網(wǎng)水力特征及水力計(jì)算

1、CH2 氣體管網(wǎng)水力特征與水力計(jì)算氣體管網(wǎng)水力特征與水力計(jì)算2.1 流體輸配管網(wǎng)水力計(jì)算原理和方法流體輸配管網(wǎng)水力計(jì)算原理和方法2.2 氣體輸配管網(wǎng)水力特征氣體輸配管網(wǎng)水力特征2.3 氣體輸配管網(wǎng)水力計(jì)算氣體輸配管網(wǎng)水力計(jì)算2.1 流體輸配管網(wǎng)水力計(jì)算原理和方法流體輸配管網(wǎng)水力計(jì)算原理和方法一、水力計(jì)算的基本任務(wù)1、設(shè)計(jì)計(jì)算階段根據(jù)流量，確定管徑和壓力損失求管網(wǎng)特性曲線，選擇動(dòng)力設(shè)備，計(jì)算動(dòng)力消耗2、校核計(jì)算階段根據(jù)動(dòng)力設(shè)備大小，確定管徑3、運(yùn)行調(diào)節(jié)階段根據(jù)流量和管徑，計(jì)算壓力損失求管網(wǎng)特性曲線、水壓線，調(diào)節(jié)動(dòng)力設(shè)備或調(diào)節(jié)裝置二、常用水力計(jì)算方法1、假定流速法特點(diǎn)：按技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求選定管內(nèi)流速，

2、結(jié)合流量，確定管道斷面尺寸，計(jì)算管道阻力。適于設(shè)計(jì)管道動(dòng)力未知時(shí)。2、壓損平均法特點(diǎn)：已知總作用水頭，按管道長(zhǎng)度平均分配，確定管段阻力，再根據(jù)流量，確定管道尺寸。適于并聯(lián)支路壓力平衡時(shí)或校核計(jì)算。3、靜壓復(fù)得法特點(diǎn)：利用管道分段改變斷面尺寸，降低流速，減小管段阻力，維持管內(nèi)靜壓。適于風(fēng)管系統(tǒng)需要保證風(fēng)口風(fēng)速時(shí)設(shè)計(jì)管道尺寸。水力計(jì)算的重點(diǎn)：管網(wǎng)阻力計(jì)算及管網(wǎng)特性曲線管網(wǎng)動(dòng)力設(shè)備匹配假定流速法基本步驟（1）繪制管網(wǎng)軸測(cè)圖，編號(hào)，標(biāo)長(zhǎng)度和流量。（2）合理確定管內(nèi)流速。（3）確定最不利環(huán)路各管段尺寸。（4）計(jì)算最不利環(huán)路阻力。（5）平衡并聯(lián)管路。（6）計(jì)算管網(wǎng)的總阻力，求管網(wǎng)特性曲線。（7）為管網(wǎng)匹配

3、動(dòng)力設(shè)備，確定動(dòng)力設(shè)備所需參數(shù)。壓損平均法基本步驟（1）繪制管網(wǎng)軸測(cè)圖，編號(hào)，標(biāo)長(zhǎng)度和流量，確定最不利環(huán)路。（2）根據(jù)最不利環(huán)路的資用動(dòng)力，計(jì)算最不利環(huán)路單位管長(zhǎng)的壓損。（3）確定最不利環(huán)路各段尺寸。（4）確定各并聯(lián)支路的資用動(dòng)力，計(jì)算單位管長(zhǎng)壓力損失。（5）計(jì)算并聯(lián)支路各段尺寸。靜壓復(fù)得法基本步驟（1）確定管道上各孔口的出流速度。（2）計(jì)算各孔口處管內(nèi)靜壓和流量。（3）沿著流向，確定第一個(gè)孔口處管內(nèi)流速，計(jì)算此處管道全壓和管道尺寸。（4）計(jì)算一二孔口之間阻力。（5）計(jì)算二孔口處動(dòng)壓。（6）計(jì)算二孔口處管內(nèi)流速，確定此處管道尺寸。（7）依次類推，計(jì)算出最末端孔口處管道尺寸。三、阻力損失計(jì)算1、

4、沿程阻力計(jì)算普適公式：不可壓縮流體可壓縮流體242mlslvpdlR242mlmsvplR lR201 20500.81LTpldT沿程阻力系數(shù)層流區(qū)2000Re4000時(shí)為臨界區(qū)或臨界過渡區(qū)紊流區(qū)，包括水力光滑區(qū)、紊流過渡區(qū)和阻力平方區(qū)Re,Kfd64Re30.0025 Re12.512lg3.71ReKd 阿里特蘇里公式適于紊流區(qū)鋼管及其他光滑管道。謝維列夫公式對(duì)于新鋼管水力光滑區(qū)過渡區(qū)（ ）阻力平方區(qū)（ ）0.25680.11ReKd120.2260.25ReK K0.2266120.2260.231.9 10K KdV52.4 10V52.4 10V120.2260.0121K Kd對(duì)

5、于新鑄鐵管水力光滑管（ ）過渡區(qū)（ ）阻力平方區(qū)（ ）60.176 10V10.2840.77ReK62.7 10V62.7 10V0.284610.2840.750.55 10ReKV10.2840.0134Kd謝維列夫建議適用鑄鐵管紊流三個(gè)區(qū)的綜合公式為注意：各公式和計(jì)算圖表的使用條件和修正方法。0.284110.28470.2840.2840.01250.752.089 100.3633ReRedd2、局部阻力計(jì)算局部阻力損失：局部阻力系數(shù)一般由實(shí)驗(yàn)方法確定。實(shí)際工程中，管件、部件或設(shè)備處的流動(dòng)，通常都處于自動(dòng)模擬區(qū)，局部阻力系數(shù)只取決于管件部件或設(shè)備流動(dòng)通道的幾何參數(shù)，一般不考慮相對(duì)粗

6、糙度和Re的影響。22Vp 2.2 氣體管流水力特征一、重力管流1、開口豎直管段列氣體管流伯努利方程221212121 222jajvvpgHHpP22211 22avgHHP結(jié)論：出口的動(dòng)壓和斷面1、2之間流動(dòng)損失的壓力來源于進(jìn)出口之間的位壓。動(dòng)力大小取決于進(jìn)出口的高差和管道內(nèi)外密度差之積。流動(dòng)方向取決于管道內(nèi)外氣體密度的相對(duì)大小，若管道內(nèi)氣體密度?。?a）,管道內(nèi)氣流向上，反之氣流向下。2、U形管1-D伯努利方程D-2伯努利方程1-2伯努利方程221 111112122DjajDDvvpgHHpP221222212222DjDajDvvpgHHpP22221 112211 222vvgHH

7、P 結(jié)論：U型管道內(nèi)的重力流，與管道外的空氣密度無關(guān)。流動(dòng)動(dòng)力取決于兩豎直管段內(nèi)的氣體密度差（1-2）和管道高度（H2-H1）之積。密度相對(duì)較小的豎管內(nèi)氣體向上流。3、循環(huán)管路列伯努利方程結(jié)論：無機(jī)械動(dòng)力的閉式管道中，流動(dòng)動(dòng)力取決于豎管段內(nèi)的氣體密度差和豎直管段高度之積。密度較大的豎管內(nèi)氣流向下，密度較小的豎管內(nèi)氣流向上。1221LgHHP 二、氣體壓力管流當(dāng)管道內(nèi)部、管道內(nèi)外不存在密度差，或是水平管網(wǎng)，則有位壓為零的管流中，兩斷面的全壓差克服流動(dòng)阻力促進(jìn)流動(dòng)。流速的變化，引起動(dòng)壓變化，也必然引起靜壓變化。當(dāng)管段中沒有外界動(dòng)力輸入時(shí)，下游斷面的全壓總是低于上游斷面。210agHH2212121

8、 222jjvvppP121 2qqppP 222111 2222jjvvpPp 三、壓力和重力共同作用下的氣體管流在壓力和重力共同作用的管路中選取兩個(gè)斷面列伯努利方程全壓差反映壓力作用，位壓反映重力作用，二者綜合作用，克服流動(dòng)阻力。二者的綜合作用并非總是相互加強(qiáng)的。若壓力驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)方向與位壓一致，則綜合作用加強(qiáng)管內(nèi)氣體流動(dòng)。若驅(qū)動(dòng)方向相反，則由絕對(duì)值大者決定管流方向；絕對(duì)值小者實(shí)際上成為 “流動(dòng)阻力”。12211 2qqappgHHP 2.3 氣體輸配管網(wǎng)水力計(jì)算一、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)氣體輸配管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法：假定流速法。目的：確定管徑、求取管網(wǎng)特性曲線、匹配動(dòng)力設(shè)備1、確定最不利環(huán)路的管道流速和

9、尺寸。（1）繪制風(fēng)管系統(tǒng)軸測(cè)圖（2）確定管內(nèi)流速（3）確定各管段的斷面尺寸一般通風(fēng)系統(tǒng)中常用的空氣流速（一般通風(fēng)系統(tǒng)中常用的空氣流速（m/s)建筑建筑類別類別動(dòng)力類別動(dòng)力類別風(fēng)管材料風(fēng)管材料干管干管支管支管室內(nèi)進(jìn)室內(nèi)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)口室內(nèi)回室內(nèi)回風(fēng)口風(fēng)口新鮮空新鮮空氣入口氣入口工業(yè)工業(yè)建筑建筑機(jī)械通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)薄鋼板薄鋼板614281.53.5 2.53.5 5.56.5機(jī)械通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)混凝土、混凝土、磚磚412261.53.0 2.03.056民用民用及工及工業(yè)輔業(yè)輔助建助建筑筑自然通風(fēng)自然通風(fēng) 0.51.0 0.50.70.21.0機(jī)械通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)5825242、沿程阻力計(jì)算（1）公式計(jì)算通風(fēng)空調(diào)管

10、道中，氣流大多處于紊流過渡區(qū)。沿程阻力系數(shù)可按下式計(jì)算：比摩阻 （2）查圖表只要已知流量、管徑、流速、阻力四個(gè)參數(shù)中的任意兩個(gè)，可查圖表確定比摩阻。注意圖表的適用條件，否則需要修正。12.512lg3.71ReKd 22mVRD 適用條件：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；T=20；密度1.204kg/m3；運(yùn)動(dòng)黏度：15.0610-6m2/s；粗糙度K=0.15mm；圓形截面風(fēng)管。修正方法：1）密度和粘度的修正2）空氣溫度、 大氣壓力和熱交換修正3）管壁粗糙度的修正0.910.1000mmRR 0mtBHmRK K K R0.82527320273tKt0.9101.3BKB221HbKTT（）0mrmRK R0

11、.25rKKV4）非圓管修正矩形風(fēng)管按當(dāng)量直徑計(jì)算比摩阻a）流速當(dāng)量直徑假設(shè)某一圓形風(fēng)管中的空氣與矩形風(fēng)管中的空氣流速相等，并且兩者的單位長(zhǎng)度摩阻力也相等，則該圓管的直徑就稱為流速當(dāng)量直徑，以DV表示。根據(jù)矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑Dv和實(shí)際流速V查圖得到比摩阻。2VabDabb）流量當(dāng)量直徑設(shè)某一圓形風(fēng)管中的流量與矩形風(fēng)管的流量相等，并且單位長(zhǎng)度摩擦阻力也相等，則該圓管的直徑就稱為矩形風(fēng)管的流量當(dāng)量直徑，以DL表示。以流量當(dāng)量直徑DL和矩形風(fēng)管的流量L，查圖求得比摩阻Rm。0.6250.251.3LabDab例2-1有一表面光滑的磚砌風(fēng)道（K=3mm），橫斷面尺寸為500mm 400mm,流量L

12、=1m3/s(3600m3/h)，求比摩阻。 解：矩道風(fēng)道內(nèi)空氣流速查圖得Rm0=0.62Pa/m粗糙度修正系數(shù)15/0.5 0.4LVm sab22 500 400444500400VabDmmab0.250.2503 51.961.22/rmrmKKVRK RPa ml由L=1m3/S、DL=487mm查圖得Rm0=0.61Pa/mlRm=1.960.61=1.2 Pa/m例例2-2改用流量當(dāng)量直徑求矩形風(fēng)管單位長(zhǎng)度摩擦改用流量當(dāng)量直徑求矩形風(fēng)管單位長(zhǎng)度摩擦阻力。阻力。解：矩形風(fēng)道的流量當(dāng)量直徑0.6250.250.6250.251.30.4 0.51.30.40.50.487LabDab

13、m3、局部阻力計(jì)算各種局部阻力系數(shù)通常查設(shè)計(jì)手冊(cè)等確定。各種設(shè)備的局部阻力或局部阻力系數(shù)，由設(shè)備生產(chǎn)廠提供。最不利環(huán)路總阻力：22jVP2()2imi iiVPR l4、并聯(lián)管路阻力平衡對(duì)一般的通風(fēng)系統(tǒng)，兩支并聯(lián)管的計(jì)算阻力差應(yīng)不超過15%；含塵風(fēng)管應(yīng)不超過10%。偏差過大時(shí)，應(yīng)調(diào)整支管管徑，或調(diào)節(jié)閥門。支管管徑確定：1）利用假定流速確定支管管徑。2）計(jì)算并聯(lián)管路不平衡率若 可行否則再調(diào)整并聯(lián)支路管徑12115%(10%)PPP或0.225pDDp5、求取管網(wǎng)特性曲線管網(wǎng)的特性曲線為2PSL7228/iiiildSkg mdiSS 1122iSS 例2-3 圖中所示為一通風(fēng)除塵管網(wǎng)。風(fēng)管用鋼板

14、制作，輸送含有輕礦物粉塵的空氣，氣體溫度為常溫。除塵器阻力Pc=1200Pa。對(duì)該管網(wǎng)進(jìn)行水力計(jì)算，獲得管網(wǎng)特性曲線。解：1）編號(hào)，標(biāo)出長(zhǎng)度和風(fēng)點(diǎn)的排風(fēng)量。2）選定最不利環(huán)路，1-3-5-除塵器-6-風(fēng)機(jī)-7。3）確定最不利環(huán)路管段斷面尺寸和比摩阻。輸送含有輕礦物粉塵的空氣時(shí)，風(fēng)管內(nèi)最小風(fēng)速為垂直風(fēng)管12m/s、水平風(fēng)管14m/s。考慮到除塵器及風(fēng)管漏風(fēng)，取5%的漏風(fēng)系數(shù)，管段6及7的計(jì)算風(fēng)量為63001.05=6615m3/h。管段1水平風(fēng)管，初定流速14m/s。根據(jù)Q1=1500m3/h查得D1=200mm：實(shí)際流速V1=13.4m/s，Rml=12.5Pa/m。同理可查得管段3、5、6、

15、7的管徑及比摩阻，具體結(jié)果見表2-3-5。4）確定并聯(lián)支管尺寸。確定管段2、4的管徑及比摩阻，填入表中。5）局部阻力計(jì)算。管段1設(shè)備密閉罩=1.0900 彎頭（R/D=1.5）=0.17直流三通（13）根據(jù)F1+F2=F3，=300 ， F2/F3=(140/240)2=0.340，Q2/Q3=800/2300=0.384，查得13=0.20=1.0+0.17+0.20=1.37同理查得其他管段局部阻力系數(shù)填入表中。6）計(jì)算管段阻力。7）并聯(lián)管路阻力平衡。點(diǎn)A處，改變管道2直徑根據(jù)通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)格，取仍不平衡，只好取 ，在運(yùn)行時(shí)輔以閥門調(diào)節(jié)，消除不平衡。1285apP2181.6apP1212

16、85 181.636.3%10%285ppp0.2250.2252222181.6140126.5285pDDmmp2130Dmm121285252.412.1%10%285ppp2130Dmm點(diǎn)B處，為使阻力平衡，改變管段4的管徑通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)格中沒有此規(guī)格，但管段4不長(zhǎng)，按 制作，使1、3處于平衡。1328554339appP4292.7ap713.7%10%339ppppp0.2254292.7300290339Dmm4290Dmm8）管網(wǎng)特性曲線。28554 112.967.999.7 12001819.6mlpR lpPa 7221820538/1.84pS

17、kg mL2538pLPa 二、均勻送風(fēng)管道設(shè)計(jì)靜壓復(fù)得法1、計(jì)算原理1）基本概念靜壓流速動(dòng)壓流速孔口實(shí)際出流速度2jjpV2ddpVsinjVVtanjjddVpVp孔口流出風(fēng)量L0=3600fV孔口平均流速00sinjVfffV00003600sin360036002jjLfVf Vfp0003600jLVVf2）管道及孔口結(jié)構(gòu)對(duì)于斷面不變的矩形風(fēng)管，送風(fēng)管內(nèi)流量不斷減小，動(dòng)壓下降，靜壓增大，條縫口流速不斷增大。回風(fēng)管動(dòng)壓增大，靜壓減小，風(fēng)口內(nèi)外靜壓差大，條縫口流速不斷增大。實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)的措施：a）F和f0不變時(shí)，改變流量系數(shù)b）和f0不變時(shí)，改變F，錐形風(fēng)管c）F和不變時(shí)，改變f0 ，減小末端風(fēng)口尺寸d）增大F，減小f0 ，條縫型風(fēng)口， f0/F0.4。2、均勻送風(fēng)基本條件。f0不變時(shí)，Pj和不變，且60。1）各側(cè)孔靜壓相等。兩孔靜壓相等的條件是兩孔間的動(dòng)壓降等于兩孔間的阻力。2）保持各孔流量系數(shù)相等。當(dāng)600、風(fēng)量比 范圍內(nèi)，銳緣孔口=0.6=常數(shù)。11221 2jdjdppppp12jjpp121 2ddppp 000.1 0.5LLL3）增大出流角要保持600，必須使Pj/Pd 3.0(Vj/Vd 1.73)?？稍诳卓谔幯b置垂直于側(cè)壁的擋板或改用管嘴，調(diào)整