第3章_液體輸配管網(wǎng)水力特征與水力計(jì)算.ppt

1、第3章 液體輸配管網(wǎng)水力特征與水力計(jì)算,基本水力特征,任意兩個(gè)斷面之間的能量方程,位壓（水柱壓力）大。要注意其對(duì)于液體管網(wǎng)運(yùn)行的影響。 空氣滲入會(huì)嚴(yán)重影響管內(nèi)的正常流動(dòng)，要重視“排氣”。,動(dòng)力的來源,全壓的來源與性質(zhì),來源： 來源于風(fēng)機(jī)水泵等流體機(jī)械。 來源于壓力容器。 來源于上級(jí)管網(wǎng)。 性質(zhì)： 在一個(gè)位置上提供，沿整個(gè)環(huán)路中起作用。 提供動(dòng)力的位置在共用管段上，則共用該管路的所有環(huán)路都獲得相同大小的全壓動(dòng)力。,重力的來源,3.1.1 閉式液體管網(wǎng)水力特征,3.1.1.1 重力循環(huán)液體管網(wǎng)的工作原理與水力特征,忽略管道散熱的影響：,起循環(huán)作用的是散熱器（冷卻中心）和鍋爐（加熱中心）之間的水柱密

2、度差與高差的乘積。如供水溫度為95，回水70，則每米高差可產(chǎn)生的作用壓力為156 Pa。重力循環(huán)的作用壓力不大，環(huán)路中若積有空氣，會(huì)形成氣塞，阻礙循環(huán)。例如在下降的回水管中，有個(gè)充滿回水管斷面，高僅2cm的氣泡，就可產(chǎn)生約192Pa的反循環(huán)力。因此要特別重視排氣。 為了排氣，系統(tǒng)的供水干管必須有0.51.0%向膨脹水箱方向上坡度，散熱器支管的坡度一般取1%。在重力循環(huán)系統(tǒng)中，水的流速較低，空氣能逆著水流方向，經(jīng)過供水干管聚集到系統(tǒng)的最高處，通過膨脹水箱排除。,（1）并聯(lián)管路的水力特征,環(huán)路a-S1-b-熱源-a,環(huán)路a-S2-b-熱源-a,雙管系統(tǒng)的垂直失調(diào),當(dāng)上下層環(huán)路的管道、散熱器尺寸一致

3、時(shí)，必然出現(xiàn)上層的流量大于下層的情況。在供熱系統(tǒng)中，稱為垂直失調(diào)。 解決辦法：在設(shè)計(jì)時(shí)正確計(jì)算不同環(huán)路的循環(huán)動(dòng)力，采用不同的管道與設(shè)備尺寸及調(diào)節(jié)措施。,并聯(lián)管路的阻力與流量分配,共用管路是b-熱源-a，獨(dú)用管路a-S1-b和a-S2-b處于并聯(lián)，它們的阻力分別為：,并聯(lián)的獨(dú)用管路的阻力等于各自的資用動(dòng)力。它們之間的流量分配：,（2）串聯(lián)管路的水力特征,環(huán)路動(dòng)力：,各個(gè)散熱中心處于同一環(huán)路，循環(huán)動(dòng)力相同。 需要計(jì)算從各個(gè)散熱中心流出的流體的密度。,密度推算,ti是第i組散熱器出流流體的溫度。根據(jù)溫度，求取各個(gè)密度值。,單管系統(tǒng)的垂直失調(diào),在串聯(lián)環(huán)路中，各層散熱器循環(huán)作用壓力是同一個(gè)，但進(jìn)出口水溫

4、不相同，越在下層，進(jìn)水 溫度越低。 由于各層散熱器的傳熱系數(shù)K隨各層散熱器平均計(jì)算溫度差變化，在選擇設(shè)備時(shí)沒有正確考慮這一點(diǎn)，也會(huì)帶來各個(gè)散熱器的散熱量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。引起垂直失調(diào)。,（3）水在管路中沿途冷卻的影響,上述分析，沒有考慮水在管路中沿途冷卻的因素。水的溫度和密度沿循環(huán)環(huán)路不斷變化，不僅影響各層散熱器的進(jìn)、出口水溫，同時(shí)也影響到循環(huán)動(dòng)力。由于重力作用形成的循環(huán)動(dòng)力不大，在確定實(shí)際循環(huán)動(dòng)力大小時(shí)，必須加以考慮。 精確計(jì)算：必須明確密度沿程變化的關(guān)系式。 在工程中，采用簡(jiǎn)化處理。首先只考慮水在散熱器內(nèi)冷卻，然后根據(jù)不同情況，增加一個(gè)考慮水在循環(huán)管路中冷卻的附加作用壓力。它的大小與系統(tǒng)供水

5、管路布置狀況、樓層高度、所計(jì)算的冷卻中心與加熱中心之間的水平距離等因素有關(guān)。其數(shù)值可從采暖設(shè)計(jì)手冊(cè)查取。,3.1.1.2 機(jī)械循環(huán)液體管網(wǎng)的工作原理與水力特征,3.1.2 閉式液體管網(wǎng)水力計(jì)算,液體管網(wǎng)和氣體管網(wǎng)在水力計(jì)算的主要目的、基本原理和方法上是相同的。只是因?yàn)橐后w的物性參數(shù)與氣體有顯著差別，液體管網(wǎng)的工作參數(shù)也與氣體管網(wǎng)有一定區(qū)別，所以二者水力計(jì)算使用的計(jì)算公式和技術(shù)數(shù)據(jù)有所不同。,3.1.2.1 液體管網(wǎng)水力計(jì)算的基本公式,（1）摩擦阻力：,室內(nèi)管網(wǎng)，常處于紊流過渡區(qū)：,室外管網(wǎng)，常處于阻力平方區(qū)：,（2）局部阻力,壓力損失平衡,壓力損失不平衡率如下,3.1.2.2 液體管網(wǎng)水力計(jì)算

6、的主要任務(wù)和方法,任務(wù)（1） ：已知管網(wǎng)各管段的流量和循環(huán)動(dòng)力，確定各管段的管徑。 方法：壓損平均法。預(yù)先求出管段的平均比摩阻，作為選擇管徑的控制參數(shù)。,然后根據(jù)各管段流量和Rpj，用公式或圖表計(jì)算管徑，選擇接近的標(biāo)準(zhǔn)管徑，然后根據(jù)流量和選定管徑計(jì)算阻力損失，并核算資用動(dòng)力和計(jì)算阻力的不平衡率是否滿足要求。,任務(wù)（2） ： 已知各管段的流量和管徑，確定管網(wǎng)的需要壓力。 方法：用于校核計(jì)算，當(dāng)系統(tǒng)流量改變時(shí)，看水泵的揚(yáng)程能否滿足要求。,任務(wù)（3）：已知各管段的流量，確定各管段的管徑和管網(wǎng)的需用壓力。 方法：首先用假定流速法計(jì)算最不利環(huán)路。根據(jù)管網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，選用經(jīng)濟(jì)流速或經(jīng)濟(jì)比摩阻，用公式或

7、圖表確定管徑，計(jì)算各個(gè)管段的阻力損失，進(jìn)而確定管網(wǎng)的需用壓力。類似于第二章的假定速度法的題目。,室內(nèi)采暖管網(wǎng)最大允許的水流速： 民用建筑 1.2m/s 生產(chǎn)廠房的輔助建筑物 2m/s 生產(chǎn)廠房 3m/s。 室外供熱管網(wǎng)最大允許的水流速： 3.5m/s 室內(nèi)供熱、空調(diào)水管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)比摩阻： 60120Pa/m. 室外供熱管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)比摩阻： 主干線：3070pa/m 支線：300Pa/m,任務(wù)（4）：已知管網(wǎng)各管段的管徑和該管段的允許壓降，確定通過該管段的水流量。 方法：利用公式和圖表計(jì)算。 在用水流量攜帶熱量（冷量）的工程中，實(shí)際上的已知量是散熱量（吸熱量）。它和換熱設(shè)備有關(guān)。采用此方法是通過調(diào)整

8、換熱設(shè)備來滿足已定的熱量（冷量）需求。 事實(shí)上該方法就是教材公式3-1-21求管段流量的方法或在類似圖3-1-5中,水的管路比摩阻計(jì)算圖,3.1.2.3 重力循環(huán)雙管系統(tǒng)管網(wǎng)水力計(jì)算,例3-2 計(jì)算準(zhǔn)備：繪制管網(wǎng)圖、管段編號(hào)、計(jì)算各個(gè)管段的設(shè)計(jì)流量。 （1）選最不利環(huán)路：通過立管的最底層散熱器1（1500W）的環(huán)路。這個(gè)環(huán)路從散熱器1順序地經(jīng)過管段、，進(jìn)入鍋爐，再經(jīng)管段、進(jìn)入散熱器1。 （2）計(jì)算最不利環(huán)路循環(huán)動(dòng)力：,（3）確定最不利環(huán)路各管段的管徑,1）計(jì)算平均比摩阻。,2）根據(jù)各個(gè)管段的流量，用熱水采暖水力計(jì)算表，選擇接近Rpj的標(biāo)準(zhǔn)管徑，并根據(jù)流量和管徑，查出實(shí)際比摩阻。 如管段，流量2

9、72kg/h， Rpj3.84Pa/m，查表選DN32的管徑，根據(jù)流量272kg/h和DN32的管徑，查得流速0.08m/s，比摩阻3.39Pa/m。填入表中，并計(jì)算該管段的摩擦阻力。 3）相同方法確定出最不利環(huán)路的所有管段的管徑。,（4）統(tǒng)計(jì)該管段的局部阻力系數(shù)，計(jì)算局部阻力。 （5）求各管段的壓力損失 沿程阻力損失局部阻力損失。 （6）計(jì)算最不利環(huán)路的總阻力。,（7）核算壓力富余值。,至此，最不利環(huán)路計(jì)算完成。,（8）其他環(huán)路計(jì)算,確定通過立管第二層散熱器環(huán)路中各管段管徑。,不與最不利環(huán)路共用的管段是15、16，共用的管段是2-13。管段15、16的資用動(dòng)力：,用同樣的方法，根據(jù)管段15和

10、16的流量G及平均比摩阻，確定管徑d，Rm并計(jì)算摩擦阻力、局部阻力。管段15和16的總阻力為524Pa。 核算資用動(dòng)力與計(jì)算阻力的不平衡率。,用同樣的方法，依次計(jì)算I立管第3層、II、III、IV、V各立管各層的管路。,（8）其他環(huán)路計(jì)算,（8）其他環(huán)路計(jì)算,確定通過立管第三層散熱器環(huán)路中各管段直徑 計(jì)算通過立管第三層散熱器環(huán)路的作用壓力,并聯(lián)環(huán)路節(jié)點(diǎn)平衡原理，通過15、17、18管段的資用壓力,管段15、17、18的實(shí)際壓力損失為459+159.1+119.7=738Pa,不平衡率,不平衡率,因17、18管段已選用最小直徑，剩余壓力只能用第三層散熱器支管上的閥門消除。,（8）其他環(huán)路計(jì)算,確

11、定通過立管各層環(huán)路管段直徑,確定通過立管低層散熱器環(huán)路的作用壓力,確定通過立管低層散熱器環(huán)路各管段管徑,管段1923與管段1、2、12、13、14為并聯(lián)環(huán)路，對(duì)立管與立管利用并聯(lián)平衡原理，管段1923資用壓力為,管段1923總阻力損失,與立管并聯(lián)環(huán)路相比不平衡率剛好為0,其他計(jì)算同前。,說 明,有的環(huán)路中，管段已選用了最小管徑，仍不能實(shí)現(xiàn)允許的不平衡率，可通過調(diào)節(jié)裝置在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 離熱源較遠(yuǎn)的立管、各層支管及共用管段選用較大的管徑，便于離熱源較近立管各個(gè)環(huán)路實(shí)現(xiàn)平衡。,3.1.2.4 機(jī)械循環(huán)液體管網(wǎng)的水力計(jì)算方法,（1）室內(nèi)熱水采暖管網(wǎng) 與上級(jí)管網(wǎng)采用直接連接的管網(wǎng) 循環(huán)動(dòng)力由上級(jí)管網(wǎng)

12、提供。室內(nèi)管網(wǎng)的資用壓力往往比較大，特別是距離循環(huán)動(dòng)力比較近的建筑物。此時(shí)，按資用壓力計(jì)算得出的最不利環(huán)路的平均比摩阻較大，按此選用管徑，造成管內(nèi)流速高、噪音大，且其他環(huán)路難于平衡。故一般按控制比摩阻60120Pa/m進(jìn)行計(jì)算，剩余壓力靠入口減壓裝置消耗。,與上級(jí)管網(wǎng)采用間接連接的室內(nèi)管網(wǎng) 水力計(jì)算的目的是確定管網(wǎng)的需用壓力和各管段管徑。仍按控制比摩阻進(jìn)行計(jì)算。 關(guān)于重力循環(huán)動(dòng)力 水在管道內(nèi)冷卻的附加作用壓力可不考慮。對(duì)雙管系統(tǒng)，要考慮水在散熱器冷卻的重力循環(huán)動(dòng)力；單管系統(tǒng)，若各立管樓層數(shù)相同，可不考慮，若不同，要考慮。,（2）空調(diào)冷凍水管網(wǎng),一般是建筑物自成系統(tǒng)（現(xiàn)在也有區(qū)域供冷，如北京的中

13、關(guān)村）。水力計(jì)算目的是確定管網(wǎng)的需用壓力。按照推薦流速和控制比摩阻選擇最不利環(huán)路的管徑，再對(duì)其他環(huán)路進(jìn)行壓損平衡。 供回水溫差小，不考慮重力作用形成的循環(huán)動(dòng)力。,（3）關(guān)于同程式系統(tǒng)管網(wǎng),當(dāng)管網(wǎng)較大時(shí)，常采用同程式管網(wǎng)。 按控制比摩阻，先計(jì)算最遠(yuǎn)立管，再計(jì)算最近立管。這樣，就所有干管管徑即被確定。校核二者的不平衡率。然后計(jì)算其他立管，確定其管徑。按壓損平衡方法進(jìn)行。最后計(jì)算管網(wǎng)的需用壓力。,提 醒,注意阻力計(jì)算公式的選用及修正。 注意粗糙度等基礎(chǔ)參數(shù)的取值。 靈活應(yīng)用各種計(jì)算參考資料（圖表）。 閱讀規(guī)范的相關(guān)條文。 采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50019-2003,3.1.2.5枝狀室外供熱

14、管網(wǎng)的水力計(jì)算,城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范CJJ34-2002 水力計(jì)算任務(wù)：根據(jù)已知流量，確定各個(gè)管段的管徑。計(jì)算管網(wǎng)的需用壓力。 計(jì)算的基本方法： 先按控制比摩阻計(jì)算最不利環(huán)路，再對(duì)其他環(huán)路進(jìn)行壓損平衡。 不考慮重力作用形成的動(dòng)力。,基本公式,流量的單位是t/h；K=0.5mm.,例3-3某工廠廠區(qū)熱水供熱系統(tǒng)，其網(wǎng)路平面布置圖（各管段的長度、閥門及方形補(bǔ)償器的布置）見圖3-1-7。網(wǎng)路的計(jì)算供水溫度t1=130，計(jì)算回水溫度t2=70。用戶E、F、D的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷Qn分別為：3.518 GJ/h、2.513 GJ/h和5.025GJ/h。熱用戶內(nèi)部的阻力為P=5104 Pa。試進(jìn)行該熱水網(wǎng)路的水力

15、計(jì)算。,（1）準(zhǔn)備工作,管網(wǎng)圖繪制、標(biāo)注管段編號(hào)、長度、管件，計(jì)算設(shè)計(jì)流量，填入繪制的計(jì)算表格。 例管段B-E的設(shè)計(jì)流量計(jì)算如下：,（2）最不利環(huán)路計(jì)算,說明： 室外熱水管網(wǎng)的回水管路沿供水管路相同的路徑布置，管徑、管內(nèi)流量與對(duì)應(yīng)的供水管段相同，故只進(jìn)行供水管路的計(jì)算。 一般是閉式管網(wǎng)（即不從管網(wǎng)取出熱水）。但只計(jì)算供水供水管路，因此，也稱最不利環(huán)路的管線為“主干線”。 本例選A-B-C-D為主干線。比摩阻3070Pa/m。,管段AB：,流量44t/h。查表，取d=150mm，R=44.8Pa/m 閘閥1個(gè)，方形補(bǔ)償器3個(gè)，當(dāng)量長度：,相同方法計(jì)算管段BC、CD。,（3）計(jì)算其他支路,對(duì)其他環(huán)

16、路進(jìn)行壓損平衡。 管段BE：,同理計(jì)算管段CF。,3.2 開式液體管網(wǎng)水力特征與水力計(jì)算,水泵揚(yáng)程需要克服進(jìn)出口的高差。,3.2.1 建筑給水管網(wǎng)水力計(jì)算,3.2.1.1 確定設(shè)計(jì)流量與管徑 流量的確定 要考慮末端用水器具的同時(shí)用水系數(shù)（即同時(shí)給水百分?jǐn)?shù)），分兩種情況采用不同的計(jì)算公式。 （1）用水時(shí)間集中，用水設(shè)備使用集中，同時(shí)給水百分?jǐn)?shù)高的建筑，如工業(yè)企業(yè)生活間、公共浴室、洗衣房、食堂餐廳、實(shí)驗(yàn)室、影劇院、體育場(chǎng)等。,（2）用水時(shí)間長，用水設(shè)備使用不集中，同時(shí)給水百分?jǐn)?shù)隨用水器具數(shù)量增加而減少的建筑，如住宅、賓館、醫(yī)院、學(xué)校、辦公樓等，用水器具種類多，且各種用水器具的額定流量又不盡相同，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將安裝在污水盆上，管徑為15mm的配水龍頭的額定流量0.2L/s作為一個(gè)當(dāng)量，其它用水器具的額定流量對(duì)它的比值，即為該用水器具的當(dāng)量值。用下式計(jì)算管段的給水設(shè)計(jì)秒流量qg：,管徑的確定,按控制流速范圍來確定。 設(shè)計(jì)時(shí)給水管道流速應(yīng)控制在正常范圍內(nèi)：生活或生產(chǎn)給水管道，不宜大于2.0m/s，當(dāng)有防噪聲要求，且管徑小于或等于25mm時(shí)，生活給水管道內(nèi)的水流速度，可采用0.81.0m/s；消火栓系統(tǒng)，消防給水管道，不宜大于2.5m/s；自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)給水管道，不宜大于5.0m/s，但其配水支管在個(gè)別情況下，可控制在10m/s以內(nèi)。按流量和流速確定管徑規(guī)格后，需按確