多相流体输配管网水力特征与水力计算

1、第四章 多相流体输配管网水力特征与水力计算 多相流体输配管多相流体输配管网网汽液两相流管网汽液两相流管网液气两相流管网液气两相流管网气固两相流管网气固两相流管网气固两相流管网水力特征-气固两相流水力计算-气固两相流管网布置设计汽液两相流管网水力特征-室内外蒸汽管网水力计算-凝结管网水力计算液气两相流管网水力特征-建筑排水管网水力计算-空调凝结管网水力计算4.1汽液两相流管网水力特征与水力计算一、室内蒸汽管网的基本形式与水力特征（1）室内蒸汽管路的基本形式 室内蒸汽管网系统主要由蒸汽发生器（锅炉）、供气管道、换热设备、疏水器、凝结水输送管道、凝结水泵及阀门等组成。其中凝结水管道尤为特殊，分为干式

2、凝水管和湿式凝水管。常用的室内蒸汽管路分为：-重力回水低压蒸汽管路系统（供气表压70kPa）；-机械回水低压蒸汽管路系统（供气表压70kPa）；-中压（供气表压70kPa）蒸汽管路系统 疏水器的种类： -机械型（利用蒸汽和凝水的密度不同实现疏水工作）； -热动力型（利用蒸汽和凝水流动特性不同实现疏水工作）； -热静力（恒温）型（利用蒸汽和凝水温度不同引起恒温元件膨胀或变形实现疏水工作）疏水器：具有自动阻止蒸汽逸漏、迅速排走用热设备和管道中的凝结水，并同时排除系统中积留的空气和其他不凝性气体的作用。疏水器安装要求：l疏水器多为水平安装；l疏水器前后需设置阀；l疏水器必须设置冲洗管和检查管，冲洗管

3、位于疏水器阀门的前面，检察管位于疏水器与后阀门之间；l多数情况设置旁通管。（2）室内蒸汽管路的水力特征汽、液相的相互转变： 蒸汽凝水；凝结水二次汽化。高速蒸汽流携带水滴和掀起管内凝水容易形成“水塞”，成为流动阻碍。水击 蒸汽管路中的凝水，在高速下（20m/s)与管壁、管件撞击产生“水击”。 尽量汽、水同向流，逆向流时采用低流速；及时排除凝水。蒸汽凝结放热系数大 供热中达到相同的热负荷，蒸汽质量流量远小于热水质量流量，同时节约散热面积。蒸汽比体积大、密度小 向高层建筑输送时不会像输送水那样产生很大的静水压力。蒸汽输送是靠热源（锅炉）压力实现，减少了泵的投资和运行能耗。二、室内蒸汽管路系统的凝结水

4、（1 1）蒸汽在散热器和管道内凝结状态a.正常工作的散热器，内部充满蒸汽并在散热器内表面冷凝散热，形成一层凝水薄膜；b.若供气压力较低，蒸汽不能充满整个散热器，散热器中的空气不能排净或由于负压吸入空气；c.蒸汽在水平管道中流动时，会在不同管段发生不同程度的凝结，凝结水沉积在管道底部，但流速高的蒸汽会裹带凝水，形成随蒸汽流动的高速水滴。 保证散热器入口阀门前的蒸汽剩余压力通常为1500-2000Pa。 在每个散热器出口或在每根凝水立管下端安装疏水器。 干凝水管路中的凝水通过管路坡度靠重力使其流回凝水箱。 （2 2）凝结水排除措施注意水平铺设的供汽管路，必须具有足够坡度，并尽可能保持汽、水同向流动

5、（蒸汽干管坡度z0. 002，进入散热器支管坡度i0.01-0. 02）；供汽干管向上拐弯处，必须设置疏水装置；干管沿途产生的凝水，设干管末端凝水装置排除；供汽立管宜从供汽干管的上方或下方侧接出；在每个散热器上设置蒸汽自动排气阀，停止供气时自动排气阀迅速补入空气，注意自动排气阀应安装在散热器的1/3的高度处；中压蒸汽管网系统大多采用双管上供下回布置，各散热器的凝水通过室内凝水管路进入集中的疏水器，实现阻汽排水的功能，并靠疏水器后余压将凝水送回凝水箱； 中压蒸汽管网系统中，疏水器后的管道内流动状态属于两相流（蒸汽和凝水），多采用余压回水（疏水器后的余压输送凝水），为了减小不同余压两相流汇合时的相

6、互干扰，即采用中压引射或多孔射流于低压管内的结构。 中压蒸汽管网系统中，凝水通过疏水器的排水孔和沿疏水器后面的凝水管流动时，产生二次蒸汽（压力降低的缘故），高温凝结水被引入专门设置的二次蒸发（箱）器，分离出来的二次蒸汽再就地利用，余下的纯凝水返回凝水箱。三、室内蒸汽管路系统的水力计算方法压损平均法： 绘制室内蒸汽供热管网轴测图，对管段编号，标出长度和热负荷，确定最不利环路（从锅炉至最远端散热器的管路）； 确定最不利管路的资用压力（锅炉出口压力）。按比压降取100Pa/m、散热器前蒸汽 剩余压力取2000Pa计算； 最不利管路的水力计算，根据预计的平均比摩阻和各管段的热负荷，选择各管段的管径并计

7、算其压力损失。 其他立管的水力计算。确定其他立管的资用压力，据此选定立管和支管的管径。 蒸汽管路系统凝结水管管径选择。据管段所承担热量查“凝结水管径选择表，选定计算结果汇总于表格形式。 注： -室内中压蒸汽管路系统的水力计算与低压蒸汽完全相同； -室外高压蒸汽管网的水力计算方法与室外热水管网的基本相同。例题4-2（P118）图4-2为重力回水的低压蒸汽供暖管路系统的一个支路。锅炉房设在车间一侧。每个散热器的热负荷均为4000W。四、凝结水管网的水力计算方法 凝结水管道有多种形式，以一典型凝结水回收系统为例分析凝结水管网的水力计算方法。即，采用管网按不同流动状态分段计算的方法。（1）管段A-B

8、用汽设备出口至疏水器入口管段。凝水流动状态为非满管流。采用室内中压蒸汽管网水。 （2）管段B-C 疏水器出口至二次蒸发箱（或高位水箱）或凝水箱入口管段。凝水流动状态属于汽液两相流，并可能呈现乳状混合、汽水分层或水膜等多种形态，主要取决于凝水和蒸汽的流动速度和流量的比例以及工作条件等因素。 一般按照蒸汽和凝水的满管乳状混合流动状态处理，要计算混合物的密度，可以按文献l中的公式计算。对于疏水器出口至二次蒸发箱的管段，距离较短，按余压凝水管道计算表计算、修正；对于疏水器出口至凝水箱入口的管段，按室外热水管网水力计算表，或按理论计算公式进行计算、修正。管网的局部阻力按占总阻力的百分数估算。余压凝水管的

9、自用压力可以按照文献1中公式计算。（3）管段C-D 二次蒸发箱（或高位水箱）出口至凝水箱入口管段。管内为饱和凝水满管沆状态。按资用压力确定平均比摩阻，利用室外热水管网水力计算表确定管径。该管段的资用动力可以按照文献1中公式计算。（4）管段D-E 利用凝水泵输送凝水的管段。管中流过纯凝水，处于满管流动状态。按流速l-2m/s，用室外热水管网水力计算表确定管径并计算阻力、确定水泵所需扬程，特别注意修正。4.2液气两相流管网水力特征与水力计算一、液气两相管网水力特征（1）建筑内部排水流动特点 建筑内部排水管道中，存在气、液、固三相介质的复杂运动，属于急变的非稳态流动； 水量、气压随时间变化幅度大，管

10、内水面和气压不稳定，水气容易掺和； 横支管进入立管，流速激增，水、气混合；立管进入横总管，流速急降，水、气分离。（2）水封 利用一定高度的静水压力来抵抗排水管内气压变化，防止管内气体进入室内的措施称为水封。 水封高度设置应适度，过高存水弯易堵塞，过低管道内污浊气体易进入室内。水封破坏的原因： 瞬时大量排水造成的自虹吸损失； 相邻管道大量排水造成的诱导虹吸损失； 自然蒸发和纤维物质的毛细作用而产生的静态损失。（3）排水管内流动状态 室内蒸汽管网系统主要由蒸汽发生器（锅炉）、供气管道、换热设备、疏水器、凝结水输送管道、凝结水泵及阀门等组成。其中凝结水管道尤为特殊，分为干式凝水管和湿式凝水管。常用的室内蒸汽管路分为：-重力回水低压蒸汽管路系统（供气表压70kPa）；-机械回水低压蒸汽管路系统（供气表压70kPa）；-中压（供气表压70kPa）蒸汽管路系统 中压蒸汽管网系统中，疏水器后的管道内流动状态属于两相流（蒸汽和凝水），多采用余压回水（疏水器后的余压输送凝水），为了减小不同余压两相流汇合时的相互干扰，即采用中压