Ch4多相流管網水力特征與水力計算

Ch4多相流管網水力特征與水力計算4.2汽液兩相流管網水力特征與水力計算4.4枝狀管網水力共性與計算通用方法4.1液氣兩相流管網水力特征與水力計算4.1液氣兩相流管網水力特征與水力計算一、水力特征1、建筑內部排水流動特點水量、氣壓隨時間變化幅度大。流速隨空間變化劇烈。2、水封水封：一般在存水彎內保持一定高度的水柱，抵抗排水管內氣壓變化，防止管內氣體進入室內。水封位置：衛(wèi)生器具、空調集水盤出水口處。水封高度：一般50~100mm。水封強度：抵抗系統(tǒng)內壓力變化的能力。水封破壞：水封高度減小，不能抵抗管道內允許的壓力變化時，管內氣體進入室內。原因：自虹吸損失、誘導虹吸損失、靜態(tài)損失。二、橫管內的水流狀態(tài)1、能量變化V0——豎直下落末端水流速度；he——橫管斷面水深；v——he水深時的水流速度；K——與連接形式有關的能量損失系數。2、流動狀態(tài)3、壓力變化1）橫支管內壓力變化2）橫干管內壓力變化橫管內水流狀態(tài)示意圖1-水膜狀高速水流；2-氣體三、立管中的水流狀態(tài)1、特點斷續(xù)的非均勻流水氣兩相流管內壓力變化劇烈2、流態(tài)附壁螺旋流：排水量較小，立管中心氣流仍舊正常，氣壓較穩(wěn)定。水膜流：有一定厚度的帶有橫向隔膜的附壁環(huán)狀流。終限流速終限長度這3個階段流動狀態(tài)的形成與管徑和排水量有關，即立管充滿率。排水立管內的水流狀態(tài)應為水膜流。實驗表明，在設有專用通氣立管的排水系統(tǒng)中：水塞流：隨排水量繼續(xù)增加，水膜厚度不斷增加，隔膜下部壓力不能沖破水膜，最后形成較穩(wěn)定的水塞。3、水膜流的力學分析及通水能力水膜區(qū)以水為主的水氣兩相流，忽略氣；氣核區(qū)以氣為主的氣水兩相流，忽略水。經分析推導，得出：工作高度：橫支管與立管連接處至排出管中心的距離。4、壓力波動因素及防止措施因素確保立管內通水能力和防止水封破壞是建筑內部排水系統(tǒng)中兩個最重要的問題，這兩個問題都與立管內壓力有關。最大負壓與立管內粗糙度和管徑成反比，與排水量、終限流速和空氣總阻力系數成正比?？諝饪傋枇ο禂抵兴嘧枇ο禂底畲螅c排水量、橫支管與立管的連接方式有關。防止措施：減小終限流速減小水舌阻力系數二、建筑排水管網水力計算1、橫管水力計算設計規(guī)定（1）充滿度—規(guī)定最大設計充滿度（2）自凈流速—規(guī)定的最小流速（3）管道坡度—通用坡度，最小坡度（4）最小管徑—防止堵塞的最小管徑廚房：75mm，100mm醫(yī)院：75mm大便器：100mm小便槽：75mm水力計算：明渠均勻流2、立管水力計算排水立管按通氣方式分為普通伸頂通氣、專用通氣立管通氣、特制配件伸頂通氣和無通氣四種情況。根據設計秒流量查最大允許排水流量表，查管徑。3、通氣管道計算單立管伸頂通氣管與污水管同管徑。寒冷地區(qū)管徑放大一號。雙立管通氣管管徑≥1/2污水管徑，最小管徑查表。通氣立管長度＞50m時，管徑同污水管。三立管和多立管系統(tǒng)的通氣管按最大一根排水立管徑查表確定，同時≥其余排水管徑。結合通氣管≥通氣立管徑。匯合通氣管不需逐段改變管徑。例4-1某9層飯店排水系統(tǒng)采用污廢水分流制，管材為排水鑄鐵管。每根立管每層設洗臉盆、虹吸式坐便器和浴盆各2個，設計管路。解：1）計算各管段排水設計秒流量2）查表確定立管管徑3）查表確定排水橫干管和排出管管徑4）專用通氣立管管徑5）匯合通氣管及伸頂通氣管計算6）結合通氣管管徑三、空調冷凝水管路設計各種空調設備（例如風機盤管機組，柜式空調機，新風機組，組合式空調箱等）在運行過程中產生凝結水。較之建筑排水管網，凝結水管網內的流動穩(wěn)定性要好得多，氣壓波動小。設計要點：管材；坡度；水封；通氣；保溫；沖洗的可能性。通常，可以根據機組的冷負荷Q（kW）按下列數據近似選定冷凝水管的公稱直徑：Q≤7kW時，DN=20mmQ=7.1～17.6kW時，DN=25mmQ=17.7～100kW時，DN=32mmQ=101～176kW時，DN=40mmQ=177～598kW時，DN=50mmQ=599～1055kW時，DN=80mmQ=1056～1512kW時，DN100mmQ=1513～12462kW時，DN=125mQ＞12462kW時，DN=150mm4.2汽液兩相流管網水力特征與水力計算一、汽液兩相流管網水力特征1、蒸汽供熱管網高速水滴，水塞，水擊坡度要求：汽水同向時，干管i=0.003，支管i=0.01~0.02疏水裝置：耐水擊疏水器或水封上供式系統(tǒng)：供汽干管需排凝水，立管從干管上方或上方側接出下供式系統(tǒng)：汽水逆向管道，流速應小，管徑應大散熱器與立管連接點低于散熱器出口，閥門應用轉心閥或球閥散熱器上設自動排氣閥，高度在1/3處2、凝結水管網二次汽化，疏水器后汽液兩相流凝水回流：重力回水、余壓回水、機械回水二次蒸汽利用二、室內低壓蒸汽供暖管網水力計算方法：壓損平均法紊流過渡區(qū)、阻力平方區(qū)，柯氏、阿氏公式，K=0.2mm，密度認為不變步驟：1、計算系統(tǒng)資用動力鍋爐出口（或建筑物采暖管網入口）蒸汽壓力。2、計算最不利環(huán)路平均比摩阻確定管徑P0一般取2000Pa；Pg較大時，Rm可能很大，導致流速過大。這時，控制比壓降<100Pa/m。3、計算并聯(lián)管路資用動力，確定管徑。流速限制：汽水同向時v<30m/s；汽水逆向時v<20m/s。實際采用更低。注：此處不進行壓損或阻力平衡計算，原因是蒸汽采暖的自調節(jié)性和周期性，與疏水器的作用有關。4、凝結水管徑確定排氣前為干式：根據輸熱量查手冊。排氣后為濕式：查手冊，同負荷下管徑小于干式。三、室內高壓蒸汽供暖系統(tǒng)水力計算紊流過渡區(qū)、阻力平方區(qū)，K=0.2mm，局阻按當量長度算，密度也可認為不變。方法：1、壓損平均法管路阻力損失≤1/4系統(tǒng)起始壓力2、假定流速法汽、水同向流動時v<80m/s汽、水逆向流動時v<60m/s推薦采用15～40m/s（小管徑取低值）3、限制平均比摩阻法高壓蒸汽供暖的干管的總壓降不應超過凝水干管總壓降的1.2～1.5倍。一般選用管徑較粗，但工作可靠。四、室外蒸汽管網的水力計算計算公式：同室外熱水供熱管網。注意：密度變化。采用圖表計算要注意修正：密度修正；粗糙度修正。例4-2重力回水低壓蒸汽采暖系統(tǒng)一個支路。每個散熱器熱負荷為4000W。每根立管及每個散熱器的蒸汽支管上均裝有截止閥。每個散熱器凝水支管上安裝有一個恒溫式疏水器?？傉羝⒐鼙?。要求確定管徑及鍋爐蒸汽壓力。解：1）確定鍋爐壓力按推薦比壓降估算2）計算最不利環(huán)路計算比摩阻，查表3）計算并聯(lián)支路計算支路資用壓力、比摩阻，查表4）凝水管管徑選擇按輸熱能力查表4.4枝狀管網水力共性與計算通用方法一、環(huán)路、共用管路和獨用管路1、環(huán)路：以管網內任一點為起點，沿流向必定回到起點，沿途經過的所有管路構成環(huán)路。開式管網與虛擬的管道構成虛擬閉合的環(huán)路。2、共用管路：在多個環(huán)路中共存的管路。3、獨用管路：只出現在一個環(huán)路中的管路。二、環(huán)路的動力源環(huán)路動力：1、全壓來源泵或風機上級管網壓力容器環(huán)境流體的動壓2、重力作用動力來源閉合環(huán)路中，當密度為常數時，即閉式管網密度不變或開式管網流體與環(huán)境流體密度相同，重力不做功。水平管路中，豎直管路中，向上流動重力做負功，位壓上升向下流動重力做正功，位壓減小對閉合環(huán)路，若重力加強循環(huán)反之，重力阻礙循環(huán)。三、需用壓力與資用動力穩(wěn)態(tài)時，1、需用壓力全壓來源需要提供的壓力（泵、風機、調壓器等）先求出阻力損失，減去重力作用動力即得需用壓力。2、資用動力可供環(huán)路使用的總動力。選擇最不利環(huán)路時，應選需用壓力最大的環(huán)路。即管路長、部件多、重力推動力小甚至阻礙流動。四、資用動力分配1、按最不利環(huán)路長度分配資用動力