西安建筑科技大学《流体输配管网》

1、哈尔滨工业大学流体输配管网考试题及答案 一、填空题（每空1.5分，共40分）1、管网构成的三个基本要素是（ 管段 ）、（ 节点 ）、和（ 动力源 ）。管网系统在各节点处，（ 断面尺寸或流量 ）发生改变。2、克契霍夫第一定律表述为（ 管网内通过任一节点的各流量的代数和为零 ），克契霍夫第二定律表述为（管网内任一环内，各管段水头损失的代数和为零 ）。环状管网水力计算的方法主要有（解管段方程法）、（解节点方程法）和（解环方程法）。3、某系列水泵的比转数ns越大，其所提供的扬程（ 越小 ）、流量（ 越大 ），水泵形状（ 粗胖 ），H-Q曲线呈现（ 陡降 ）的趋势。4、空调建筑的卫生间排风竖井顶部装有排

2、风机，冬季比夏季排风能力强，其原因是由于（ 冬季竖井内位压的存在增加了排风的动力，而夏季竖井内位压的存在成为排风的阻力 ）。5、通风空调空气输送管网，沿流动方向风道内的全压（ 沿程下降 ），静压（可能上升、下降或相等）。实现风管侧壁孔口均匀送风的基本条件是（保持各侧孔静压相等）、（保持各侧孔流量系数相等）和（增大出流角 ）。 6、水力失调度是（管段实际流量与设计流量）的比值，水力稳定性系数是（管段规定流量与工况变化后管段最大流量）的比值。提高管网水力稳定性的只要方法是（尽可能减小网路干管压降，而增大用户系统的压降）7、泵或风机的实际运行工况点是（ 泵或风机的性能 ）曲线和（ 管路性能 ）曲线的

3、交叉点。若想改变管网系统的工作点，常用的调节手段有（ 阀门调节 ）、（ 转速调节 ）和（ 切削叶轮调节 ）等办法。二、简答和分析题（每题8分，共40分）1、试画出两台型号相同的水泵并联运行工况图示，并联后的流量是否为单台泵工作时流量的2倍？何种类型的水泵和管路性能更适合并联工作？答：如图所示，管路性能曲线为，并联后的工作点1，单台泵工作时的工作点2，可见并联后的总流量小于单台泵工作时流量的2倍。并联的意义就是为了增加流量，因此管路性能曲线越平坦（管路阻抗小）、泵的性能曲线越平坦（比转数小），并联后增加的流量越大，越适合并联工作。2、以水泵为例，写出其相似律的数学表达式，并说明相似律的意义。答：

4、流量比 扬程比 轴功率比 效率比 相似律的意义：l 建立同一系列（几何相似）的泵与风机工作参数之间的关系。l 水泵制造时，先做小模型，取得设计参数，再推广到实型设备。l 对泵与风机进行运行调节的理论依据。l3、何谓比摩阻，简要说明确定经济比摩阻的意义。答：单位长度摩擦阻力，称为比摩阻。经济比摩阻的确定涉及管径的选取，是一个技术经济问题。如选用较大的比摩阻值（流速较大），则管径可减小，管网系统初投资降低，但同时系统压力损失增加，水泵动力消耗增加，运行费增加；反之亦然。因此经济比摩阻的确定需经过全面的技术经济比较，对设计实践有指导意义。4、下图中虚线为阀门B全开时串并联管路1-2-3-4的测压管水

5、头线。1）关小阀门B以后，说明各管段流量的增减情况及其增减原因。2）试画出关小阀门B以后，各管段测压管水头线的变化情况。（用实线画在原图上）答：图中所示为串、并联混合管路，关小阀门B以后，并联管路阻抗S并 增加，管路总阻抗S总 增加，导致总流量减少，则管段1-2和管段3-4的流量减少（该段测压管水头线变缓）。并联管段上的压降增大，S21不变，则管段21的流量增加（该段测压管水头线变陡），管段22的流量减少（阀门处产生集中的能量损失，阀门前后测压管水头线变缓）。5、分别举例说明实际工程中什么管网属于开式枝状管网、闭式枝状管网和环状管网？枝状管网与环状管网的主要水力特征差别？开式枝状管网与闭式枝状

6、管网的主要水力特征差别？答：通风空调空气输送管网、建筑室内给水管网等属于开式枝状管网；室内热水供暖管网、室内闭式空调冷热水管网等属于闭式枝状管网；城市供水、供燃气管网的干线通常布置成环状管网。枝状管网与环状管网水力特征差别如下：1）只要是枝状管网，各管段内的流量大小和流动方向就可以预先确定；而环状管网内管段的实际流量大小和流动方向均未知，需经水力计算确定，这也正是环状管网的复杂所在。2）枝状管网初投资小、水力可靠性差；环状管网初投资较大、水力可靠性好。开式枝状管网与闭式枝状管网的水力特征差别如下：1）开式枝状管网有开口与大气相通，管路内各断面压强可以确定；闭式枝状管网没有开口与大气相通，管路内

7、各断面压强为不定值，必须人为确定定压点。2）与闭式液体管网相比，开式液体管网的动力设备（如水泵）除了克服流体在管网内的流动阻力外，还应克服一定高度的静水压力。三、计算题（每题10分，共20分）1、已知4-72型 NO 6C离心风机在转速为n=1250转/分 时实测参数如下表所示：12345678P(Pa)Q(m3/h)N(kW)843.459201.69823.866401.77814.073601.86794.381001.96755.188002.03696.395002.08637.4102502.12578.6110002.15管路性能曲线经过原点。1）求出各点效率，并画出该风机性能曲

8、线图（P-Q、N-Q、-Q曲线） 2）设风机原来在Q=9500 m3/h 下工作，现需将其流量减少15，若采用阀门调节，求调节后的轴功率；若采用转速调节，求调节后的轴功率及风机转速？解：1） 由 有 1=0.821、2=0.858、3=0.895、4=0.912、5=0.909、6=0.883、7=0.856、8=0.822（性能曲线图略）2）采用阀门调节（风机性能曲线不变，管路性能曲线变化）风机原来风量9500 m3/h（工况点6）调整后的风量为 m3/h8100 m3/h （接近工况点4）则采用阀门调节后的轴功率应为1.96 kW若采用转速调节（管路性能曲线不变，风机性能曲线变化）因为管路

9、性能曲线经过原点，所以转速调节后新的工作点6与原工作点6为相似工况点，则有根据相似律， 转/分 kW2、有一台进口直径D1=600 mm 的单级泵，输送常温清水，其工作流量Q=800 l / s，允许真空高度 Hs=3.5 m，吸水管水头损失hw吸=0.4 m，试问1） 如果水泵的几何安装高度h几吸=3 m，该水泵能否正常工作？2） 若将该泵安装在海拔1000 m的地区（当地大气压为9.2 mH2O），输送40清水（其汽化压力为0.75 mH2O），此时该泵的允许几何安装高度应为多少？解：1） m / s如果水泵的几何安装高度h几吸=3 m，则超过了上述允许安装高度，会使水泵吸入口处真空度增加

10、，产生气蚀，影响水泵正常工作。2） 此时允许真空高度发生变化 m则 一、什么是枝状管网？什么是环状管网？分别画一个枝状管网和一个环状管网的示意图，说明其主要区别。（10分）二、高层建筑竖向液体输配管网为什么要竖向分区？画出1个竖向分区的示意图，说明其作用。（5分）三、说明公式的使用条件。为什么不同的管网，的计算公式可能会不相同？（5分）四、简述均匀送风管道设计的原理和主要步骤。（10分）五、影响建筑排水管网的排水能力的主要因素有哪些？怎样提高排水能力？（10分）六、以气力输配管网为例，描述气固两相流管网的水力特征。气固两相流管网水力计算的主要特点是什么？（10分）七、写出比转数的数学表达式。比

11、转数有什么应用价值？高比转数泵与风机和低比转数泵与风机有什么主要区别？（10分）八、某空调冷冻水管网的循环水泵转速2900，所配电机功率2.2KW。流量扬程性能如下表：流量（）7.512.515扬程（）222018.5管网在设计工况下运行时，流量为15，扬程为18.5。（1） 画出设计工况下水泵的性能曲线和管网特性曲线，并标出工况点。（2） 在部分负荷时，只需流量7.5。有哪些方法可将管网流量调节到7.5？（3） 哪种方法最节能？为什么？（20分）九、如图所示通风系统，各管段的设计流速和计算阻力如下表。（1） 系统风机的全压和风量应为多少？（2） 各设计风量能否实现？若运行时，测得1#排风口的

12、风量为4000，2#、3#排风口的风量是多少？（3） 若运行中需要增加1#排风口的风量，应怎样调节？（20分）管段142445355678设计流量（）400060001000050001500015000设计流速（）661081012计算阻力（）180120602001202501枝状管网：管网有起点和终点、主管和支管，如图1；环状管网：管网起点和终点重合，构成闭合回路，如图2； 图1 图2区别：枝状管网：系统简单，运行管理方便，但管网后备性差，管网某处发生故障时，该点后面管网部分将受影响而不能正常工作；环状管网：管网系统比较复杂，管网后备性好；某处发生故障时，流体可以通过环状管网从另一个方向

13、流动，因此故障影响范围小。一、 高层建筑高度大，底层管道中的静水压力较大。为了克服静水压力过大的弊病，保证管网正常运行和设备可靠性，对高层建筑竖向流体输配管网进行分区。以高层建筑给水为例，竖向按串联式分为高、中、低三区,如图3。水箱1、2、3分别向低、中、高三区供水，各区管网中的静水压力都适中，系统耐压要求降低，费用减小，启停时产生水锤的危险性减小，水流噪音小，运行稳定可靠。图3二、 公式的使用条件为：管网特性（如：管道材料、断面尺寸、连接方式等）不变，并且流体密度和流速也不随流程变化。从流体力学知识知：是雷诺数和相对粗糙度的函数，即：，在不同的流态下，的计算式不同。实际工程中各种流体输配管网

14、的流态有明显差别，雷诺数范围不相同，造成了不同管网的计算式可能不同。三、 均匀送风管道设计的原理：保证各送风口流量系数相等，并且使各送风口处静压相等，使两送风口间的动压降等于两送风口间的流动阻力。实现均匀送风的主要步骤：a. 根据送风量确定送风口个数、间距、风口风量等，画出均匀送风系统图，对各段编号；b. 选定系统起始端静压、动压，计算初始全压，确定初始断面尺寸；c. 计算第1、2风口间阻力，求出风口2处全压；d. 根据计算风口2处动压，求风口2处断面尺寸；e. 计算风口23间阻力，求出风口3处全压；f. 根据计算风口3处动压，求出风口3处断面尺寸；g. 其余类推，参照步骤cd。四、 影响建筑

15、排水管网排水能力的主要因素有：管径、过水断面与管道断面之比、管网壁粗糙度。要提高其排水能力，应想法稳定排水立短中的压力，减小其压力波动。可从以下两方面入手：（1） 减小终限流速。具体措施有：a. 增加管内壁粗糙度；b. 立管上隔一定距离（如5层）消能；c. 在横支管与立管连接处采用特殊构造，发生溅水现象，减小水下降流速；d. 横支管排出水流沿切线进入立管，使水旋流而下；e. 对立管作特殊处理，增加水与管内壁的附着力。（2） 减小水舌阻力系数。具体措施有：a. 设置通气立管；b. 在横支管上设单路进气阀；c. 在横支管与立管连接处设挡板；d. 横支管与立管错开半个管径连接，水流沿切线方向进入立管

16、；e. 立管与横支管连接处采用形成水舌面积小，两侧气孔面积大的斜三通或异径三通。五、 气固两相流体管网的水力特征：a. 管网中流动介质为物料与空气形成的两相流体；b. 物料颗粒在悬浮状态下进行输送；c. 输送管内气固两相的运动状态随气流速度和料气比的不同而改变，可能出现悬浮流、底密流、疏密流、停滞流、部分流和柱塞流等几种不同的输送状态；d. 两相流的流动阻力比单相流的阻力要大，并且二者阻力与流速的关系也不同。单相流阻力与流速成单调递增关系，气固两相流阻力随流速增大先增大，再减小，最后再增大。气固两相流管网水力计算的主要特点是：把两相流和单相流的运动形式看作是相同的，物料被看作是一种特殊的流体，

17、利用单相流的阻力公式进行计算，两相流的阻力可以看作是单相流的阻力与物料颗粒引起的附加阻力之和，计算中在阻力系数加入料气比项。七、。比转数是表明泵与风机性能参数、的综合特性指标；可用来划分泵与风机的类型，反映叶轮的几何形状以及用来指导泵与风机的相似设计；高比转数的风机，说明风机的流量大、压力低，叶轮出口相对宽度大；低比转数的风机，说明流量小、压力高，叶轮出口相对宽度小。高低比转数的泵与风机其性能曲线形状也有差异。八、（1）A图中为水泵性能曲线；为管网特性曲线；交叉点A为工况点。 （2）调节管网流量到7.5的方法有：a.改变管网特性曲线（可关小阀门）至性能曲线；b.减小水泵转速；c.采用水泵进口导

18、流器调节；d.切削叶轮调节。 （3）在以上四种调节方法中，减小水泵转速的方法最节能。因为水泵功率N与转速成三次方关系，减小后，水泵功率下降非常明显；调节阀门开度则增加了额外的压力损失，水泵耗能有大部分消耗在阀门上，是不经济的；采用进口导流器调节，使进水产生预旋，会降低水泵的性能，增加进口损失，不如变速调节的节能效果好；采用切削叶轮的方法调节，虽然达到改变水泵性能曲线的目的，但水泵的效率已下降，其节能效果不及转速调节。九、（1）最不利环路选择为：145678，最不利环路计算阻力，考虑10%的富裕量，风机全压；系统所有风量之和为15000，考虑10%的富裕量，选用风机风量。（2）各设计风量不能实现

19、，因为各并联环路未实现压力平衡。当1#风口风量为4000时，可知；因为管段14与管段24并联，所以；从而，对管段24有：；计算可得。管段45中风量；从而，同理可计算得到。从而，同理可计算得到。综上，当1#风口风量为4000时，2#为7348，3#为5523。(3)运行中如要增加1#风口的排风量，可以提高风机转速或在保持风机全压和流量不变的前提下，关小并联支路24的阀门开度，增大支路24的阻力；当关小支路35的阀门开度时，同样也可以部分增大1#排风口风量（2#排风口风量也同时增加）；同时关小24、35支路阀门开度，则1#排风口增加排风量更加明显。一、什么是开式管网？什么是闭式管网？各举两例。（5

20、分）二、假定某建筑的热水采暖系统和给水系统的管径、管网高度相同，管内流速也相同，两系统所需的水泵扬程是否相同？为什么？（5分）三、为什么供暖空调冷热水管网要设排气装置？排气装置设在什么地方？为什么建筑给水管网不设排气装置？（5分）四、什么说管内流速是流体输配管网设计和运行的重要参数？在确定管内流速时，应考虑哪些因素？空调风管和除尘风管哪个的管内流速高？为什么？（10分）五、确定图中管网的最不利环路。（5分） 六、泵与风机的理论扬程方程为：。请回答：在什么条件下理论扬程方程可简化为：，这有何指导意义？（10分）七、述风机性能试验的标准方法，并回答为什么试验风机的吸入管段中要设阻尼网和蜂窝器。（1

21、0分）八、3台相同的风机并联运行，单台风机性能如下表：全压（）530510490460410流量（）19902540282030903370当1台风机运行时，风量为2820。问；（1） 请作出3台风机并联运行的性能表；（2） 3台风机同时运行时的风量为多少？（15分）九、流体输配管网为什么要进行水力计算？水力计算有哪些主要步骤？不同流体的输配管网，水力计算的主要区别是什么？（15分）十、写出泵与风机的流量系数、全压系数、功率系数。写出流量、全压、功率换算公式。分析泵与风机提高转速后有哪些利弊？（10分）十一、为什么风机进出口与弯头连接会使风机性能下降？（6分）十二、图中阀A、B、C分别关小后，

22、流量Q、Q1Q4怎样变化，说明理由。（14分）一、开式管网与大气直接相通的管网，如；建筑给排水管网、冷却水管网； 闭式管网不与大气直接相通的管网，如：空调冷冻水管网、热水采暖管网；二、两系统所需水泵扬程不相同。热水采暖系统是闭式管网，给水系统是开式管网。开式管网水泵扬程应包括高差，而闭式管网水泵扬程不含次项。因此，即使其他条件相同，热水采暖系统和给水系统水泵扬程也不相同。三、供暖空调冷热水管网中通常会有少量气体（空气）产生，这些气体汇集后会减少管道的过流断面，甚至产生气塞，影响管网的正常运行，加快管网的腐蚀。因此，通常需要对气体进行集中排放，排气装置设在系统的最高处。建筑给水管网是开式管网，各

23、水龙头防水时，管网中的气体可一并排出，因此给水管网不需要设排气装置。四、管内流速的取定，对系统的经济性和技术性都有关系。合理的管内流速能够保证系统正常、经济地运行，达到设计的流量要求。确定管内流速应考虑以下几个因素：（1）管内流体种类 不同流体的流速范围不同，取定合理的流速范围；（2）经济性 流速大，管道断面小，占用空间小，基建费用少，但相应系统阻力大，动力消耗多，运行费用高；反之亦然。从而，在选择流速时，应使初投资和运行费的综合效果最佳。（3）运行可靠性 流速的选定与阻力、噪声都有关，选定的流速应使阻力容易平衡，达到设计的流量，并且尽量减少运行噪声。空调风管和除尘风管内流速相比，除尘风管流速

24、高。因为除尘风管需要将尘粒输送至除尘设备，防止尘粒在风管内聚积，堵塞风道；而空调风管为考虑噪声要求和风量分配平衡，大多属低速风管。五、最不利环路：通风管网：12347或125610； 燃气管网：abefj六、当进口切向分速度时，理论扬程方程可简化为。这说明在泵或风机的设计时，使进口绝对速度与圆周速度之间工作角时，可以获得最大的理论扬程，此时流体按径向进入叶片的流道。七、泵与风机性能试验的标准方法：采用吸入式试验装置，吸入管前端微压计用来测风量Q，风机吸入口前的微压计测入口静压，用来计算全压P。电机电路上连接功率表用来计算轴功率N，电机轴头上用闪光测速仪测转速。试验步骤：（1）试验前先检查仪表，

25、使之处于正常状态，关闭吸风口，启动风机，待正常运转后打开全部吸风口面积，开始测定。（2）记录最大流量下的各参数、；（3）在节流网处用贴纸片的方法，改变流量Q（从逐渐减小到0），不少于7次流量调整。在不同的流量下，记录各自、并记录各自进气参数（干球温度和大气压力）。（4）测定完毕，关闭吸风口和微压计，停机整理仪器。（5）整理实验数据，将结果换算成标准状态的性能曲线图或表。在风机吸入管段中设置阻尼网地的作用是使进口气流均匀稳定，设置蜂窝器的作用是将大旋涡变成小旋涡，并对气流进行梳直导向，减小进气扰动涡流对性能的影响。八、（1）3台风机并联运行性能表全压 530510490460410单台流量（m3

26、/h）19902540282030903370并联流量（m3/h）597076208460927010110（2）按上述性能表作出性能曲线，对并联运行进行工况分析。管网特性曲线并联曲线单台曲线A图中A点为工作状态点，从图中知3台并联运行风量约为3600 m3/h；每台风量各1200 m3/h，可见并联运行时总风量小于单台运行风量的3倍，但比单台运行风量大。九、流体输配管网进行水力计算的原因：根据设计要求的流量分配，通过水力计算，确定管网各管段的管径或断面尺寸，计算出各管段阻力，求得管网的特性曲线，为管网动力设备的选定作准备。同时，通过水力计算也可以提高管网运行的可靠性和经济性。水力计算的主要步骤有：（1）绘制管网轴侧图，对管段进行标定端号；（2）确定合理的管内流速；（3）根据流量和流