流体输配管网CH2气体管网水力特征及水力计算

1、CH2 气体管网水力特征与水力计算气体管网水力特征与水力计算2.1 流体输配管网水力计算原理和方法流体输配管网水力计算原理和方法2.2 气体输配管网水力特征气体输配管网水力特征2.3 气体输配管网水力计算气体输配管网水力计算2.1 流体输配管网水力计算原理和方法流体输配管网水力计算原理和方法一、水力计算的基本任务1、设计计算阶段根据流量，确定管径和压力损失求管网特性曲线，选择动力设备，计算动力消耗2、校核计算阶段根据动力设备大小，确定管径3、运行调节阶段根据流量和管径，计算压力损失求管网特性曲线、水压线，调节动力设备或调节装置二、常用水力计算方法1、假定流速法特点：按技术经济要求选定管内流速，

2、结合流量，确定管道断面尺寸，计算管道阻力。适于设计管道动力未知时。2、压损平均法特点：已知总作用水头，按管道长度平均分配，确定管段阻力，再根据流量，确定管道尺寸。适于并联支路压力平衡时或校核计算。3、静压复得法特点：利用管道分段改变断面尺寸，降低流速，减小管段阻力，维持管内静压。适于风管系统需要保证风口风速时设计管道尺寸。水力计算的重点：管网阻力计算及管网特性曲线管网动力设备匹配假定流速法基本步骤（1）绘制管网轴测图，编号，标长度和流量。（2）合理确定管内流速。（3）确定最不利环路各管段尺寸。（4）计算最不利环路阻力。（5）平衡并联管路。（6）计算管网的总阻力，求管网特性曲线。（7）为管网匹配

3、动力设备，确定动力设备所需参数。压损平均法基本步骤（1）绘制管网轴测图，编号，标长度和流量，确定最不利环路。（2）根据最不利环路的资用动力，计算最不利环路单位管长的压损。（3）确定最不利环路各段尺寸。（4）确定各并联支路的资用动力，计算单位管长压力损失。（5）计算并联支路各段尺寸。静压复得法基本步骤（1）确定管道上各孔口的出流速度。（2）计算各孔口处管内静压和流量。（3）沿着流向，确定第一个孔口处管内流速，计算此处管道全压和管道尺寸。（4）计算一二孔口之间阻力。（5）计算二孔口处动压。（6）计算二孔口处管内流速，确定此处管道尺寸。（7）依次类推，计算出最末端孔口处管道尺寸。三、阻力损失计算1、

4、沿程阻力计算普适公式：不可压缩流体可压缩流体242mlslvpdlR242mlmsvplR lR201 20500.81LTpldT沿程阻力系数层流区2000Re4000时为临界区或临界过渡区紊流区，包括水力光滑区、紊流过渡区和阻力平方区Re,Kfd64Re30.0025 Re12.512lg3.71ReKd 阿里特苏里公式适于紊流区钢管及其他光滑管道。谢维列夫公式对于新钢管水力光滑区过渡区（ ）阻力平方区（ ）0.25680.11ReKd120.2260.25ReK K0.2266120.2260.231.9 10K KdV52.4 10V52.4 10V120.2260.0121K Kd对

5、于新铸铁管水力光滑管（ ）过渡区（ ）阻力平方区（ ）60.176 10V10.2840.77ReK62.7 10V62.7 10V0.284610.2840.750.55 10ReKV10.2840.0134Kd谢维列夫建议适用铸铁管紊流三个区的综合公式为注意：各公式和计算图表的使用条件和修正方法。0.284110.28470.2840.2840.01250.752.089 100.3633ReRedd2、局部阻力计算局部阻力损失：局部阻力系数一般由实验方法确定。实际工程中，管件、部件或设备处的流动，通常都处于自动模拟区，局部阻力系数只取决于管件部件或设备流动通道的几何参数，一般不考虑相对粗

6、糙度和Re的影响。22Vp 2.2 气体管流水力特征一、重力管流1、开口竖直管段列气体管流伯努利方程221212121 222jajvvpgHHpP22211 22avgHHP结论：出口的动压和断面1、2之间流动损失的压力来源于进出口之间的位压。动力大小取决于进出口的高差和管道内外密度差之积。流动方向取决于管道内外气体密度的相对大小，若管道内气体密度小（ a）,管道内气流向上，反之气流向下。2、U形管1-D伯努利方程D-2伯努利方程1-2伯努利方程221 111112122DjajDDvvpgHHpP221222212222DjDajDvvpgHHpP22221 112211 222vvgHH

7、P 结论：U型管道内的重力流，与管道外的空气密度无关。流动动力取决于两竖直管段内的气体密度差（1-2）和管道高度（H2-H1）之积。密度相对较小的竖管内气体向上流。3、循环管路列伯努利方程结论：无机械动力的闭式管道中，流动动力取决于竖管段内的气体密度差和竖直管段高度之积。密度较大的竖管内气流向下，密度较小的竖管内气流向上。1221LgHHP 二、气体压力管流当管道内部、管道内外不存在密度差，或是水平管网，则有位压为零的管流中，两断面的全压差克服流动阻力促进流动。流速的变化，引起动压变化，也必然引起静压变化。当管段中没有外界动力输入时，下游断面的全压总是低于上游断面。210agHH2212121

8、 222jjvvppP121 2qqppP 222111 2222jjvvpPp 三、压力和重力共同作用下的气体管流在压力和重力共同作用的管路中选取两个断面列伯努利方程全压差反映压力作用，位压反映重力作用，二者综合作用，克服流动阻力。二者的综合作用并非总是相互加强的。若压力驱动的流动方向与位压一致，则综合作用加强管内气体流动。若驱动方向相反，则由绝对值大者决定管流方向；绝对值小者实际上成为 “流动阻力”。12211 2qqappgHHP 2.3 气体输配管网水力计算一、通风空调系统气体输配管网设计计算方法：假定流速法。目的：确定管径、求取管网特性曲线、匹配动力设备1、确定最不利环路的管道流速和

9、尺寸。（1）绘制风管系统轴测图（2）确定管内流速（3）确定各管段的断面尺寸一般通风系统中常用的空气流速（一般通风系统中常用的空气流速（m/s)建筑建筑类别类别动力类别动力类别风管材料风管材料干管干管支管支管室内进室内进风口风口室内回室内回风口风口新鲜空新鲜空气入口气入口工业工业建筑建筑机械通风机械通风薄钢板薄钢板614281.53.5 2.53.5 5.56.5机械通风机械通风混凝土、混凝土、砖砖412261.53.0 2.03.056民用民用及工及工业辅业辅助建助建筑筑自然通风自然通风 0.51.0 0.50.70.21.0机械通风机械通风5825242、沿程阻力计算（1）公式计算通风空调管

10、道中，气流大多处于紊流过渡区。沿程阻力系数可按下式计算：比摩阻 （2）查图表只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，可查图表确定比摩阻。注意图表的适用条件，否则需要修正。12.512lg3.71ReKd 22mVRD 适用条件：标准大气压；T=20；密度1.204kg/m3；运动黏度：15.0610-6m2/s；粗糙度K=0.15mm；圆形截面风管。修正方法：1）密度和粘度的修正2）空气温度、 大气压力和热交换修正3）管壁粗糙度的修正0.910.1000mmRR 0mtBHmRK K K R0.82527320273tKt0.9101.3BKB221HbKTT（）0mrmRK R0

11、.25rKKV4）非圆管修正矩形风管按当量直径计算比摩阻a）流速当量直径假设某一圆形风管中的空气与矩形风管中的空气流速相等，并且两者的单位长度摩阻力也相等，则该圆管的直径就称为流速当量直径，以DV表示。根据矩形风管的流速当量直径Dv和实际流速V查图得到比摩阻。2VabDabb）流量当量直径设某一圆形风管中的流量与矩形风管的流量相等，并且单位长度摩擦阻力也相等，则该圆管的直径就称为矩形风管的流量当量直径，以DL表示。以流量当量直径DL和矩形风管的流量L，查图求得比摩阻Rm。0.6250.251.3LabDab例2-1有一表面光滑的砖砌风道（K=3mm），横断面尺寸为500mm 400mm,流量L

12、=1m3/s(3600m3/h)，求比摩阻。 解：矩道风道内空气流速查图得Rm0=0.62Pa/m粗糙度修正系数15/0.5 0.4LVm sab22 500 400444500400VabDmmab0.250.2503 51.961.22/rmrmKKVRK RPa ml由L=1m3/S、DL=487mm查图得Rm0=0.61Pa/mlRm=1.960.61=1.2 Pa/m例例2-2改用流量当量直径求矩形风管单位长度摩擦改用流量当量直径求矩形风管单位长度摩擦阻力。阻力。解：矩形风道的流量当量直径0.6250.250.6250.251.30.4 0.51.30.40.50.487LabDab

13、m3、局部阻力计算各种局部阻力系数通常查设计手册等确定。各种设备的局部阻力或局部阻力系数，由设备生产厂提供。最不利环路总阻力：22jVP2()2imi iiVPR l4、并联管路阻力平衡对一般的通风系统，两支并联管的计算阻力差应不超过15%；含尘风管应不超过10%。偏差过大时，应调整支管管径，或调节阀门。支管管径确定：1）利用假定流速确定支管管径。2）计算并联管路不平衡率若 可行否则再调整并联支路管径12115%(10%)PPP或0.225pDDp5、求取管网特性曲线管网的特性曲线为2PSL7228/iiiildSkg mdiSS 1122iSS 例2-3 图中所示为一通风除尘管网。风管用钢板

14、制作，输送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。除尘器阻力Pc=1200Pa。对该管网进行水力计算，获得管网特性曲线。解：1）编号，标出长度和风点的排风量。2）选定最不利环路，1-3-5-除尘器-6-风机-7。3）确定最不利环路管段断面尺寸和比摩阻。输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内最小风速为垂直风管12m/s、水平风管14m/s。考虑到除尘器及风管漏风，取5%的漏风系数，管段6及7的计算风量为63001.05=6615m3/h。管段1水平风管，初定流速14m/s。根据Q1=1500m3/h查得D1=200mm：实际流速V1=13.4m/s，Rml=12.5Pa/m。同理可查得管段3、5、6、

15、7的管径及比摩阻，具体结果见表2-3-5。4）确定并联支管尺寸。确定管段2、4的管径及比摩阻，填入表中。5）局部阻力计算。管段1设备密闭罩=1.0900 弯头（R/D=1.5）=0.17直流三通（13）根据F1+F2=F3，=300 ， F2/F3=(140/240)2=0.340，Q2/Q3=800/2300=0.384，查得13=0.20=1.0+0.17+0.20=1.37同理查得其他管段局部阻力系数填入表中。6）计算管段阻力。7）并联管路阻力平衡。点A处，改变管道2直径根据通风管道统一规格，取仍不平衡，只好取 ，在运行时辅以阀门调节，消除不平衡。1285apP2181.6apP1212

16、85 181.636.3%10%285ppp0.2250.2252222181.6140126.5285pDDmmp2130Dmm121285252.412.1%10%285ppp2130Dmm点B处，为使阻力平衡，改变管段4的管径通风管道统一规格中没有此规格，但管段4不长，按 制作，使1、3处于平衡。1328554339appP4292.7ap713.7%10%339ppppp0.2254292.7300290339Dmm4290Dmm8）管网特性曲线。28554 112.967.999.7 12001819.6mlpR lpPa 7221820538/1.84pS

17、kg mL2538pLPa 二、均匀送风管道设计静压复得法1、计算原理1）基本概念静压流速动压流速孔口实际出流速度2jjpV2ddpVsinjVVtanjjddVpVp孔口流出风量L0=3600fV孔口平均流速00sinjVfffV00003600sin360036002jjLfVf Vfp0003600jLVVf2）管道及孔口结构对于断面不变的矩形风管，送风管内流量不断减小，动压下降，静压增大，条缝口流速不断增大。回风管动压增大，静压减小，风口内外静压差大，条缝口流速不断增大。实现均匀送风的措施：a）F和f0不变时，改变流量系数b）和f0不变时，改变F，锥形风管c）F和不变时，改变f0 ，减小末端风口尺寸d）增大F，减小f0 ，条缝型风口， f0/F0.4。2、均匀送风基本条件。f0不变时，Pj和不变，且60。1）各侧孔静压相等。两孔静压相等的条件是两孔间的动压降等于两孔间的阻力。2）保持各孔流量系数相等。当600、风量比 范围内，锐缘孔口=0.6=常数。11221 2jdjdppppp12jjpp121 2ddppp 000.1 0.5LLL3）增大出流角要保持600，必须使Pj/Pd 3.0(Vj/Vd 1.73)。可在孔口处装置垂直于侧壁的挡板或改用管嘴，调整