單元4 熱水采暖系統(tǒng)的水力計(jì)算

供熱工程

GONGREGONGCHENG武漢理工大學(xué)出版社單元4熱水采暖系統(tǒng)的水力計(jì)算單元4熱水采暖系統(tǒng)的水力計(jì)算知識(shí)目標(biāo)：1、熟悉水力計(jì)算的基本原理；2、掌握采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)和方法；3、了解不等溫降法熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的方法；4、掌握機(jī)械循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)的水力計(jì)算的方法和步驟。能力目標(biāo)：1、能進(jìn)行一般室內(nèi)采暖工程的施工圖設(shè)計(jì)計(jì)算；2、能熟練使用常用的水力計(jì)算圖表；3、能運(yùn)用水力計(jì)算的基本原理分析解決工程實(shí)際中存在的問題。目錄課題1管路水力計(jì)算的基本原理課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)和方法課題3機(jī)械循環(huán)單管熱水采暖系統(tǒng)的水力計(jì)算

123課題1管路水力計(jì)算的基本原理（1）沿程壓力損失根據(jù)達(dá)西公式，沿程壓力損失可用下式計(jì)算1.1基本公式

Pa(4-1)單位長(zhǎng)度的沿程壓力損失，也就是比摩阻R的計(jì)算公式為

Pa/m(4-2)課題1管路水力計(jì)算的基本原理式中——沿程壓力損失，Pa

——管段的摩擦阻力系數(shù)；

d——管子的內(nèi)徑，m；ρ——流體的密度，kg/m3；——管中流體的速度，m／s；——管段的長(zhǎng)度，m。實(shí)際工程計(jì)算中，往往已知流量，則公式(5-2)中的流速v可以用質(zhì)量流量G表示(4-3)課題1管路水力計(jì)算的基本原理式中G為管段中水的質(zhì)量流量，kg／h。將式(4-3)代入式(4-2)中，經(jīng)整理后可得(4-4)附錄4-1就是按公式(4.4)編制的熱水采暖系統(tǒng)管道水力計(jì)算表。查表確定比摩阻R后，該管段的沿程壓力損失就可確定出來。（2）局部壓力損失局部壓力損失可按下式計(jì)算

(4-5)課題1管路水力計(jì)算的基本原理式中——管段的局部阻力系數(shù)之和，見附錄4-2；

——表示=1時(shí)的局部壓力損失，又叫動(dòng)壓頭，,Pa，見附錄4-3。（3）總損失任何一個(gè)熱水采暖系統(tǒng)都是由很多串聯(lián)、并聯(lián)的管段組成，通常將流量和管徑均不改變的一段管路稱為一個(gè)計(jì)算管段。各個(gè)管段的總壓力損失應(yīng)等于沿程壓力損失與局部壓力損失之和，即（4-6）課題1管路水力計(jì)算的基本原理當(dāng)量阻力法是在實(shí)際工程中的一種簡(jiǎn)化計(jì)算方法?；驹硎菍⒐芏蔚难爻虛p失折合為局部損失來計(jì)算，即1.2當(dāng)量阻力法（4-7）

式中

-——當(dāng)量局部阻力系數(shù)。計(jì)算管段的總壓力損失可寫成

(4-8)課題1管路水力計(jì)算的基本原理令（4-9）式中——管段的折算阻力系數(shù)(4-10)將公式（4-3）代入公式（4-10）中，則有(4-11)設(shè)（4-12)課題1管路水力計(jì)算的基本原理管段的總壓力損失

(4-13)附錄4-4

給出了各種不同管徑的A值和λ/d值。附錄4-5

給出按公式（4-13）編制的水力計(jì)算表。垂直單管順流式系統(tǒng)立管與干管、支管，支管與散熱器的連接方式，在圖中已規(guī)定出了標(biāo)準(zhǔn)連接圖式，為了簡(jiǎn)化立管的水力計(jì)算，可以將由許多管段組成的立管看作一個(gè)計(jì)算管段。附錄4-6

給出了單管順流式熱水采暖系統(tǒng)立管組合部件的。附錄4-7

給出了單管順流式熱水采暖系統(tǒng)立管的值。課題1管路水力計(jì)算的基本原理當(dāng)量長(zhǎng)度法是將局部損失折算成沿程損失來計(jì)算的一種簡(jiǎn)化計(jì)算方法，也就是假設(shè)某一段管段的局部壓力損失恰好等于長(zhǎng)度為的某管段的沿程損失，即1.3當(dāng)量長(zhǎng)度法（4-14）式中為管段中局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度，m。

管段的總壓力損失可寫成

(4-15)課題1管路水力計(jì)算的基本原理式中為管段的折算長(zhǎng)度，m。

當(dāng)量長(zhǎng)度法一般多用于室外供熱管路的水力計(jì)算上。課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)和方法(1)已知各管段的流量和循環(huán)作用壓力，確定各管段管徑。(2)已知各管段的流量和管徑，確定系統(tǒng)所需的循環(huán)作用壓力。(3)已知各管段管徑和該管段的允許壓降，確定該管段的流量。2.2.1最不利環(huán)路計(jì)算(1)最不利環(huán)路的選擇確定2.1熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)2.2等溫降法水力計(jì)算方法課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)和方法采暖系統(tǒng)是由各循環(huán)環(huán)路所組成的，所謂最不利環(huán)路，就是允許平均比摩阻最小的一個(gè)環(huán)路?？赏ㄟ^分析比較確定，對(duì)于機(jī)械循環(huán)異程式系統(tǒng)，最不利環(huán)路一般就是環(huán)路總長(zhǎng)度最長(zhǎng)的一個(gè)環(huán)路。(2)根據(jù)已知溫降，計(jì)算各管段流量（4-16）式中Q——各計(jì)算管段的熱負(fù)荷，W；——系統(tǒng)的設(shè)計(jì)供水溫度，℃

——系統(tǒng)的設(shè)計(jì)回水溫度，℃。

課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)和方法(3)根據(jù)系統(tǒng)的循環(huán)作用壓力，確定最不利環(huán)路的平均比摩阻

(4-17)式中——最不利環(huán)路的平均比摩阻，Pa/m；

△p——最不利環(huán)路的循環(huán)作用壓力，Pa；α

——沿程壓力損失占總壓力損失的估計(jì)百分?jǐn)?shù)，查附錄4-7確定α值；∑——環(huán)路的總長(zhǎng)度，m。課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)和方法(4)根據(jù)Rpj和各管段流量，查附錄4-1選出最接近的管徑，確定該管徑下管段的實(shí)際比摩阻R和實(shí)際流速υ。(5)確定各管段的壓力損失，進(jìn)而確定系統(tǒng)總的壓力損失。2.2.2其它環(huán)路計(jì)算其它環(huán)路的計(jì)算是在最不利環(huán)路計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。應(yīng)遵循并聯(lián)環(huán)路壓力損失平衡的規(guī)律，來進(jìn)行各環(huán)路的計(jì)算。應(yīng)用等溫降法進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)應(yīng)注意：(1)如果系統(tǒng)未知循環(huán)作用壓力，可在總壓力損失之上附加10%確定。(2)各并聯(lián)循環(huán)環(huán)路應(yīng)盡量做到阻力平衡，以保證各環(huán)路分配的流量符合設(shè)計(jì)要求。但各并聯(lián)環(huán)路的阻力做到絕對(duì)平衡是不可能的，允許有一個(gè)差額，但不能過大，否則會(huì)造成嚴(yán)重失調(diào)。(3)散熱器的進(jìn)流系數(shù)課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)和方法在單管順流式熱水采暖系統(tǒng)中，如圖4-1，兩組散熱器并聯(lián)在立管上，立管流量經(jīng)三通分配至各組散熱。流進(jìn)散熱器的流量Gs與立管流量的比值，稱為該組散熱器的進(jìn)流系數(shù)α，即圖4-1順流式系統(tǒng)散熱器節(jié)點(diǎn)課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)和方法在垂直順流式熱水采暖系統(tǒng)中，當(dāng)散熱器單側(cè)連接時(shí)，進(jìn)流系數(shù)α=1.0；當(dāng)散熱器雙側(cè)連接時(shí)，如果兩側(cè)散熱器支管管徑、長(zhǎng)度、局部阻力系數(shù)都相等，則進(jìn)流系數(shù)α=0.5；如果散熱器支管管徑、長(zhǎng)度、局部阻力系數(shù)不相等，進(jìn)流系數(shù)可查圖4-2確定。課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)和方法圖4-2單管順流式散熱器進(jìn)流系數(shù)課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)和方法跨越式熱水采暖系統(tǒng)中，由于一部分直接經(jīng)跨越管流入下層散熱器，散熱器的進(jìn)流系數(shù)α取決于散熱器支管、立管，跨越管管徑的組合情況和立管中的流量、流速情況，進(jìn)流系數(shù)可查圖4-3確定。課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)和方法圖4-3跨越式系統(tǒng)中散熱器的進(jìn)流系數(shù)課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)和方法所謂不等溫降的水力計(jì)算，就是在單管系統(tǒng)中各立管的溫降各不相等的前提下進(jìn)行水力計(jì)算。它以并聯(lián)環(huán)路節(jié)點(diǎn)壓力平衡的基本原理進(jìn)行水力計(jì)算。這種計(jì)算方法對(duì)各立管間的流量分配，完全遵守并聯(lián)環(huán)路節(jié)點(diǎn)壓力平衡的水力學(xué)規(guī)律，能使設(shè)計(jì)工況與實(shí)際工況基本一致。進(jìn)行室內(nèi)熱水采暖系統(tǒng)不等溫降的水力計(jì)算時(shí)，一般從循環(huán)環(huán)路的最遠(yuǎn)立管開始。（1）首先任意給定最遠(yuǎn)立管的溫降。一般按設(shè)計(jì)溫降增加2-5℃。由此求出最遠(yuǎn)立管的計(jì)算流量Gj。根據(jù)該立管的流量，選用R(或υ)值，確定最遠(yuǎn)立管管徑和環(huán)路末端供、回水干管的管徑及相應(yīng)的壓力損失值。（2）確定環(huán)路最末端的第二根立管的管徑。該立管與上述計(jì)算管段為并聯(lián)管路。根據(jù)已知節(jié)點(diǎn)的壓力損失ΔP，選定該立管管徑，從而確定通過環(huán)路最末端的第二根立管的計(jì)算流量及其計(jì)算溫度降。2.3不等溫降的水力計(jì)算方法課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算的任務(wù)和方法（3）按照上述方法，由遠(yuǎn)至近，依次確定出該環(huán)路上供、回水干管各管段的管徑及其相應(yīng)附壓力損失以及各立管的管徑、計(jì)算流量和計(jì)算溫度降。（4）系統(tǒng)中有多個(gè)分支循環(huán)環(huán)路時(shí)，按上述方法計(jì)算各個(gè)分支循環(huán)環(huán)路。計(jì)算得出的各循環(huán)環(huán)路在節(jié)點(diǎn)壓力平衡狀況下的流量總和，一般都不會(huì)等于設(shè)計(jì)要求的總流量，最后需要根據(jù)并聯(lián)環(huán)路流量分配和壓降變化的規(guī)律，對(duì)初步計(jì)算出的各循環(huán)環(huán)路的流量、溫降和壓降進(jìn)行調(diào)整。最后確定各立管散熱器所需的面積。課題3機(jī)械循環(huán)單管熱水采暖系統(tǒng)的水力計(jì)算

【例題4-1】確定圖4-5機(jī)械循環(huán)垂直單管順流式熱水采暖系統(tǒng)管路的管徑。熱媒參數(shù)：供水溫度=95℃=70℃。系統(tǒng)與外網(wǎng)連接。在引入口處外網(wǎng)的供回水壓差為30kPa。圖4-3表示出系統(tǒng)兩個(gè)支路中的一支路。散熱器內(nèi)的數(shù)字表示散熱器的熱負(fù)荷。樓層高為3m。3.1機(jī)械循環(huán)單管順流式熱水采暖系統(tǒng)管路水力計(jì)算例題課題3機(jī)械循環(huán)單管熱水采暖系統(tǒng)的水力計(jì)算圖4-4例題4-1的管路計(jì)算圖課題3機(jī)械循環(huán)單管熱水采暖系統(tǒng)的水力計(jì)算

機(jī)械循環(huán)單管順流式熱水采暖系統(tǒng)管路水力計(jì)算表（例題4-1）表4-1Δpy=R3.2機(jī)械循環(huán)同程式熱水采暖系統(tǒng)管路的水力計(jì)算例題【例題4-3】確定圖4-2機(jī)械循環(huán)垂直單管順流同程式熱水采暖系統(tǒng)管路的管徑。熱媒參數(shù)：供水溫度=95℃，=70℃。系統(tǒng)與外網(wǎng)連接。采用允許流速法計(jì)算。散熱器內(nèi)的數(shù)字表示散熱器的熱負(fù)荷。課題3機(jī)械循環(huán)單管熱水采暖系統(tǒng)的水力計(jì)算圖4