机械专业应知应会学习rev0113-01水力计算

1、流体输配管网水力计算的基本原理和方法 编制者：万成伟 目 录1、气体输配管网水力特征与水力计算 1.1 气体管流水力特征 1.1.1 气体重力管流水力特征 1.1.2 气体压力管流水力特征 1.1.3 压力和重力综合作用下的气体管流水力特征 1.2 流体输配管网水力计算的基本原理和方法 1.2.1 摩擦阻力的计算 1.2.2 局部阻力计算 1.2.3 常用的水力计算方法 1.3 气体输配管网的水力计算 1.3.1开式枝状气体输配管网的水力计算 目 录2、闭式液体管网水力特征与水力计算 2.1 水力计算的基本公式 2.2 液体管网水力计算的主要任务和方法 2.3 自然循环热水供暖系统的水力计算

2、2.4 机械循环异程式系统水力计算方法和步骤 2.5 枝状室外供热管网的水力计算 2.6 机械循环同程式系统水力计算方法和步骤 2.7 空调冷冻水系统水力计算方法3、开式液体管网水力特征与水力计算 3.1 开式管网与闭式管网 3.2 开式液体管网的水力特征与闭式管网的主要区别 3.3 建筑给水管网水力计算1、气体输配管网水力特征与水力计算 1.1 气体管流水力特征流体的水力特征流体的水力特征指流体在某种情况下在管道中流动的特征： 产生这种流动的动力源是什么？ 动力源强度以及其影响因素有哪些？ 动力源的作用方向与流体流动方向的关系？解决以上问题的关键手段就是描述流体流动与受力相互关系的流体能量方

3、程，即伯努力方程。流体力学基本知识流体力学基本知识流体的主要物理特性 惯性 重力特性 粘滞性（理想流体） 压缩性和热胀性 表面张力特性流体运动基本方程质量守恒方程（连续性方程）动量守恒方程（动量方程）能量守恒方程（Bernoulli方程）1.1.1 气体重力管流水力特征竖管内的重力流如图2-1-1，管道内气体由断面1流向断面2。其流动的能量方程式为：212221221122PvPHHgvPjaj静压；静压；动压动压位压，反映重力位压，反映重力对流动的作用；对流动的作用；当管内外流体密度相同时，位压为当管内外流体密度相同时，位压为0 0；当密度差由温度造成时，工程上称为热压当密度差由温度造成时，

4、工程上称为热压从断面从断面1 1到断到断面面2 2的流动能的流动能量损失。量损失。其中，pj1、pj2分别是管内断面1、2的静压；v1、v2分别是管内断面1、2的流速；H分别是断面1、2的位置标高；a、 为环境空气密度和管内气体密度；g为重力加速度；p12为从断面1到断面2的流动能量损失。工程上称 为断面1、2处的动压； 称为位压，它实际上是重力对流动的作用。当管内外流体密度相同，位压为零。当密度上 由温度差造成时，工程上称位压为势压，或热压。221v222v12HHgaa若1、2断面分别在管道的进口处和出口处，则有pj1=0,pj2=0,v1=0,(2-1-1)式变形为(2-1-2）式表明，

5、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。即由断面1到 2的流动是由重力引起的，属重力流，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。如卫生间排气竖井内，气体密度冬季小于室外，夏季大于室外，若无排气风机，则竖井内冬季气流向上运动，夏季气流向下运动，倒灌入位于低层的卫生间内。2122122PvHHga*结论：流动损失的压力来源于进出口之间的位压。位压动力大小取决于管道进出口高差和内外气体密度差当密度小于室外空气密度，流动向上；当密度大于室外空气密度，流动向下。u U形管内

6、的重力流u 例2：如右图示，假设管内气体由1流向2断面，断面1和D间能量方程为：DDjDajPvPHHgvP122211211122其中，1、2分别为管道1-D和D-2中的气体密度；pjD、VD为断面D处的静压和流速； 分别是管流由1到D和D到2中的能量损失，将以上两式相加得： 22211212221221vPvHHg断面D 和2之间的能量方程为：222221222222DjaDjDPvPHHgvPDP12DP*结论：U型管道内的气体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（H2H1）之积。密度相对较大的竖管内气体下流，相对较小的竖管内气体上流。u 闭式环型管内的重力流u 例

7、3：如把例2图变为右图，形成封闭循环管道，其能量方程为：u 其中Pl是流过闭式循环管道的能量损失，lPHHg1221*结论：无机械动力的闭式管道中，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（H2H1）之积。密度相对较大的竖管内气体下流，相对较小的竖管内气体上流。212221221122PvPHHgvPjaj变为：2122221122PvPvPjj同一断面上静压与动压之和称为全压pq,即：2121PPPqq1.1.2 气体压力管流水力特征 当管道内部、管道内外不存在密度差，或是水平管网，则有： g（a-）（H2-H1）= 0 即位压为零，则式：结论1： 位压为0的管道中，是两断

8、面的全压差克服流动阻力造成流动，上游断面全压减去上、下游断面间的流动阻力等于下游断面的全压，即2122221122PvPvPjj变为变为2212221122jjPvvPP2211qqPPP 因此，流速的变化，引起动压变化，也必然引起静压变化。上游断面静压减去上、下游断面间的流动阻力与上下游断面动压变化之和等于下游断面的静压。对公式：变为：*结论：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的全压； 当 ，下游断面的静压低于上游断面的静压； 当 ，两断面的静压相等 当 ，下游断面的静压大于上游断面的静压022212221vvP022212221vvP022212221vvP1.1.

9、3 压力和重力综合作用下的气体管流水力特征由 211221)(PHHgPPaqq得：212221221122PvPHHgvPjaj12 H2H1全压差反映压力作用位压反映重力作用结论：第一项两断面之间的全压差反映压力作用；第2项位压反映重力的作用；二者综合作用，克服流动阻力P12，维持管内流动。二者的综合作用并非总是相互加强的。当H1),阻挡向下流动。反之，管内气体密度大时，位压驱动气体向下流动(H2H1),阻挡向上流动。在闭式循环管路内，位压驱动密度小的气体向上流动，密度大的气体向下流动；阻挡相反方向的流动。若压力 驱动的流动方向与位压一致，则二者综合作用加强管内气体流动，若驱动方向相反，则

10、由绝对值大者决定管流方向；绝对值小者实际上成为另加流动阻力。如空调建筑装有排气风机的卫生间排气竖井，冬季在位压的辅助作用下，排气能力明显加强，夏季排气风机除克服竖井的阻力外，还要克服位压，排气能力削弱，尤其是高层建筑。21qqPP1.2 流体输配管网水力计算的基本原理和方法u流体输配管网水力计算的目的：根据要求的流量分配确定管网的管径或阻力；求得管网特性曲线，为匹配管网动力设备准备条件，进而确定动力设备 设计或者根据已定的动力设备，确定保证流量分配的管道尺寸。校核u流体输配管网水力计算的理论依据： 流体力学一元流体流动连续性方程和能量方程及串、并联管路流动规律。 动力设备（风机、水泵）提供的压

11、力等于管网总阻力，串联管路总阻力等于各段管路阻力之和。 管段中的流动阻力包括沿程阻力（摩擦阻力）和局部阻力。1.2.1 摩擦阻力的计算lRvdlPmml222其中：为摩阻系数， l为管长m，d为管径或流速当量直径（4Rs，Rs=f/x），Rm为单位长度摩擦阻力,又称为比摩阻，Pa/m 。 对高中压燃气管网（P10KPa）由动量方程、气体状态方程和连续方程得：lPdLPP00520222162.1（2-2-1）摩擦阻力 流体在管道中流动，由于其本身具有粘滞性和管道内表面的粗糙性等原因，在流体内部及流体与管壁之间产生的流动阻力称摩擦阻力或沿程阻力。沿程损失 克服沿程阻力引起的能量损失称为沿程损失，

12、沿程损失与管段的长度成正比。 以上公式表明，必须注意正确选择适合管流特征摩擦阻力计算公式。确定计算公式后，需计算摩擦阻力系数。 是管流雷诺数Re和管道相对粗糙度的函数。 式中K为管道材料的绝对粗糙度。ldLP05202181.0 对低压燃气管网（P10KPa）式2-2-1可简化为：,f Re K d1、层流区Re2000eR642、临界区Re=2000-400030025. 0eR3、紊流区Re400025. 06811. 0dKRedKRe7 . 351. 2lg21摩阻系数的确定：摩阻系数的确定：实际工程中，各种流体输配管网的流动状态有明显差别，雷诺数范围不相同。这就造成同一基本原理下，不

13、能用统一的计算公式或图表计算各种流体输配管网的摩擦阻力。因此必须特别注意各公式和计算图表的使用条件和修正方法。1.2.2 局部阻力计算局部阻力系数:22vP局部阻力 流体流经管道中的部件（弯头、三通、变径）和设备（如空气处理设备、消声器、净化器和阀门等）时，造成比较集中的能量损失，称之为局部阻力。局部阻力计算局部阻力系数一般实验方法确定。实际工程中，管件、部件或设备处的流动，通常都处于自模区，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，一般不考虑相对粗糙度和雷诺数的影响。1.2.3 常用的水力计算方法 流体输配管网水力计算的常用方法有假定流速法、压损平均法和静压复得法等，目前常用的

14、是假定流速法。*1、假定流速法(按照技术经济比较确定推荐的风道流速（经济流速），然后根据风道内的风量来确定风道断面尺寸和阻力损失) 特点是先按技术经济要求选定管内流速,再结合所需输送的流量，确定管道断面尺寸，进而计算管道阻力。*2、压损平均法(风管系统的风机压头已知或对分支管进行阻力平衡) 特点是将已知总作用水头，按管道长度平均分配给每一管段，以此确定管段阻力，再根据每一管段的流量确定管道断面尺寸。当管道系统所用的动力设备型号已定，或对分支管路进行阻力平衡计算，此法较为简便。环状管网水力计算常用此法。*3、静压复得法(特别适合于多条主风道，而每条主风道又有很多分支道，出风口或末端装置均有相同的

15、静压) 特点是利用管道分段，改变管道断面尺寸，降低流速，克服管段阻力，重新获得静压。 不论采用何种方法，水力计算必须完成管网系统和设备的布置，确定管材，确定各个接受流量的管网末端的位置和所需分配的流量。然后循着各种方法所要求的步骤进行计算。u 假定流速法的提出2222vvdlpppjml已知条件lQ未知条件vddKRe7.351.2lg21vdQ只有先假定一个合适的流速V，计算才可以进行 水力计算步骤（假定流速法） 水力计算步骤（假定流速法）（1）绘制管网轴测图，对各管段进行编号，标出长度和流量。（2）合理假定管内流体流速。（3）根据各管段流量和确定的流速，校核比摩阻，确定各管段断面尺寸或管径

16、。（4）计算各管段的阻力（5）平衡并联管路（使各并联管路的计算阻力相等）。这是保证流量按要求分配的关键。若并联管路计算阻力不相等，在实际运行时，管网会自动调整各并联管路流量，使并联管路的实际流动阻力相等。但这时各并联管路的流量不是要求的流量。（6）计算管网总阻力，求取管网特性曲线。（7）根据管网特性曲线，所要求输送的总流量以及所输送流体的种类、性质等诸因素，综合考虑匹配的动力设备（风机、水泵等），确定动力设备参数。水力计算前，完成管网系统布置，确定流量分配； 水力计算步骤（平均压损法）计算前，完成管网布置，确定流量分配绘系统图，编号，标管段L和Q，定最不利环路。根据资用动力，计算其平均Rm。根

17、据Rm和各管段Q，确定其各管段管径。确定各并联支路的资用动力，计算其Rm 。根据各并联支路Rm和各管段Q，确定其管径。 水力计算步骤（静压复得法）计算前，完成管网布置确定管道上各孔口的出流速度。计算各孔口处的管内静压Pj和流量。顺流向定第一孔口处管内流速、全压和管道尺寸。计算第一孔口到第二孔口的阻力P1-2。计算第二孔口处的动压Pd2。计算第二孔口处的管内流速，确定该处的管道尺寸。以此类推，直到确定最后一个孔口处的管道断面尺寸。以上各方法，不论采用何种方法，水力计算必须完成管网系统和设备的布置，确定管材，确定各个接受流量的管网末端的位置和所需分配的流量。然后循着各种方法所要求的步骤进行计算。水

18、力计算中，各种计算公式和基础数据的选取，应遵循相关规范、标准的规定。 1.3气体输配管网的水力计算1.3.1开式枝状气体输配管网的水力计算首先完成空气输配管网布置，包括系统划分、管道布置、设备和各排送风点位置的确定；各送、排风点风量和各管段风量的确定完成上述前期准备工作之后，方可按假定流速法的基本步骤进行水力计算。计算步骤见1.2.31.3.1.1管道流速和管道断面尺寸的确定（1）绘制风管系统图 绘制风管系统轴测图，并划分好管段，对各管段进行编号，标注长度和风量。 管段划分原则：管内流量或断面发生变化之处是管段的起点或终点 管段长度按管段的中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。

19、（2）确定管内流速 管内的流速对通风、空调系统的经济性有较大影响，对系统的技术条件也有影响。流速高，风管断面小，占用的空间小，材料耗用少，建造费用小；但系统阻力大，动力消耗大，运行费用增加，且增加噪声。 若气流中含有粉尘等，会增加设备和管道 的磨损。反之，流速低，阻力小，动力消耗少；但是风管断面大，材料和建造费用大，风管占用的空间也增大。流速过低会使粉尘沉积而堵塞管道。因此，必须通过全面的技术经济比较选定合理的流速。根据经验总结，风管内的空气流速可按表1-3-1、表1-3-2确定。若输送的是含尘气流，流速不应低于教材中P48页 表2-3-3所列的值（3）根据确定流速确定风管管径，计算阻力（包括

20、摩擦阻力(沿程阻力)和局部阻力） 根据风管的风量和选择的流速初步确定风管断面尺寸，并适当调整使其符合通风管道统一规格。然后，按调整好的断面尺寸计算管内实际流速。 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) m/s) 表表1-3-11-3-1建筑类别动力类别及风管材料干管支管室内进风口室内回风口新鲜空气入口工业建筑机械通风薄钢板614281.53.52.53.55.56.5机械通风混凝土、砖412261.53.02.03.056民用及工业辅助建筑自然通风0.51.00.50.70.21.0机械通风582524按形状划分按风道材料分风道圆形风道矩形风道金属风道非金属风道土

21、建风道按 风 道 内 的空气流速分低速风道高速风道8m/s20m/s30m/s空调系统低速风管内的空气流速（空调系统低速风管内的空气流速（m/s) m/s) 表表1-3-21-3-2风速部位低速风道高速风道推荐风速最大风速推荐风速最大风速居住公共居住公共居住公共新风入口2.52.54.04.53.05.0风机入口3.54.04.55.08.516.5风机出口586.5108.57.51112.525主风道3.54.556.54.06.05.58.012.530水平支风道3.03.04.53.54.04.06.51022.5垂直支风道2.53.03.53.254.04.06.01022.5送风口

22、121.53.52.03.03.05.04.0-1.3.1.2 风管摩擦阻力计算按管内实际流速计算阻力。阻力计算应从最不利环路（即最长、局部阻力件最多的环路）开始。通风空调管道中，气流大多属于紊流光滑区到粗糙区之间的过渡区 。值的确定 DKRe7 . 351. 2lg21 式中 K-风管内壁粗糙，mm; D-风管直径，mm. 可根据上面2个公式制成的计算图表或线算图，可供计算管道阻力时使用。Rm值的计算和修正 制成图表，已知流量、管径、流速、阻力四个参数中两个，可查得其余两个，是在一定条件下得出Rm值的计算和查取（标准状态下）：22000vDRm222vdRm已知流量、管径、流速和阻力中的任意

23、两个均可查出其余的两个参数。1.0091.000mmRR 该图是按过渡区的值，在压力B0=101.3kPa、温度t0=200C、空气密度0=1.24kg/m3、运动粘度=15.0610-6m2/s、壁粗糙度K=0.15mm、圆形风管、气流与管壁间无热量交换等条件下得的。当实际条件与上述不符时，应进行修正。（1）密度和粘度的修正式中： Rm-实际的单位长度摩擦阻力，Pa/m； Rm0-图上查出的单位长度摩擦阻力，Pa/m； -实际的空气密度，kg/m3; -实际的空气运动粘度，m2/s。返回（2）空气温度、大气压力和热交换修正继续式中Kt-温度修正系数； KB-大气压力修正系数； KH-热交换修

24、正系数。HBtmmKKKRR0212TTKbH825.027320273tKt9.03.101BKB式中 t-实际的空气温度，oc. B-实际的大气压力，kPa。 T-气流绝对温度，K； Tb-管壁绝对温度，K。25.0KvKttmmKRR0（3）管壁粗糙度的修正 在通风空调正程中，常采用不同材料制作风管，各种材料的粗糙度K见表2-3-4。 当风管管壁的粗糙度K0.15mm时，可先由图查Rm0，再近似按下式修正。KHBtmmKKKKRR1.0091.000Kt管壁粗糙度修正系数；K-管壁粗糙度，mm。V-管内空气流速，m/s。u 矩形风管的摩擦阻力计算u主要考虑当量直径的确定，有流速当量直径和

25、流量当量直径u（1）流速当量直径u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。据此定义可推得为：baabDv2根据矩形风管的流速当量直径Dv和实际流速V，由图2-3-1查得的Rm即为矩形风管的单位长度摩擦阻力。例2-1有一表面光滑的砖砌风道（K3mm），断面500400mm，L1m3/s，求Rm解：矩道风道内空气流速 v1(0.4 0.5)=5 m/s流速当量直径:Dv=2ab/(a+b)=444mm由V=5m/s、Dv=444mm查图2-3-1(P51)得 Rm00.62Pa/m粗糙度修正系数 Kt= （

26、Kv）0.25=(35)0.25=1.96则该风管单位长度摩擦阻力 Rm=1.96 0.62=1.22 Pa/m25.0625.0)()(27.1baabDL（2）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当量直径，以DL表示。根据推导，流量当量直径可近似按下式计算： 以流量当量直径DL和矩形风管的流量L，查图2-3-1所得的单位长度的摩擦阻力Rm，即为矩形风管的单位长度的摩擦阻力。例2-2 例2-1改用流量当量直径求矩形风管单位长度摩擦阻力。根据L=1m3/s、DL=494mm；由通风管单位长度摩擦阻力线算图查

27、得：Rm0=0.61Pa/m粗糙度修正系数 Kt=（Kv）0.25=（3*5）0.25=1.96 则该风管单位长度摩擦阻力 Rm=1.96*0.62=1.22Pa/m 解：（方法二） 矩形风管的流量当量直径：DL=494mmRm0=0.62Pa/m根据L=1m3/s；Dv=494mm。 风管沿程阻力的简化算法075021001750.VD.9251211210051.mVD.R适用于内壁绝对粗糙度为mm.K150的钢板D为流速当量直径当内壁绝对粗糙度不等于0.15mm时，需将单位长度比摩阻按下表进行修正：1.3.1.3 风管局部阻力计算首先确定局部阻力系数 和它对应的特征速度V ,然后代入 式

28、计算局部阻力。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。各管段摩擦阻力和局部阻力之和即为该管段的阻力。各管段阻力计算完成后，应进行并联管路的阻力平衡，以保证实际流量分配满足要求。 22vP局部阻力系数；可由设计手册和厂家样本计算。1.3.1.4 并联管路的阻力平衡 为了保证各管路达到预期的风量，使并联支管的计算阻力相等，称为并联管路阻力平衡。 对一般的通风系统，两支管的计算阻力差应不超过15%；含尘风管应不超过10%。若超过上述规定，采用下述方法进行阻力平衡。（1）调整支管管径 这种方法通过改变支管管径来调整支管阻力，达到阻力平衡。调整后的管径按

29、下式计算：225.0PPDD式中 D-调整后的管径；D-原设计的管径，mm; p-原设计的支管阻力，Pa; p-要求达到的支管阻力，Pa。应当指出，采用本方法时，不宜改变三通支管直径，可在三通支管上先增设一节渐扩（缩）管，以免引起三通局部阻力的变化。（2）阀门调节通过改变阀门开度，调节阀门阻力，从理论上讲是最简单易行的方法。但对一个多支管的通风的空调管网，是一项复杂的技术工作。必须进行反复调整、测试才能实现预期的流量分配。1.3.1.5 计算系统总阻力和获得管网特性曲线管网系统总阻力：最不利环路所有串联管段阻力（包括设备）之和，即为管网系统的总阻力p。 管网的特性曲线方程为： p=SQ2 式中

30、 S-管网阻抗，kg/m7; Q-管网总流量，m3/s。 管网阻抗与管网几何尺寸及管网中的摩擦阻力系数，局部阻力系数，流体密度有关。当这些因素不变时，管网阻抗S为常数。根据计算的的管网总阻力和要求的总风量Q，即可用式p=SQ2计算管网阻抗，获得管网特性曲线。不计算管段阻力和管网总阻力，而先计算各管段阻抗，再按如下串联管路的阻抗关系计算管网阻抗，也可获得管网特性曲线。管段i阻抗:(2-3-13)2QPS42)1(8iiiiddS管网中任一管段的有关参数变化，会引起Si的变化，从而改变管网总流量和管段的流量分配。串联管路：并联管路：上述公式表明，管网中任一管段的有关参数变化，都会引起整个管网特性曲

31、线的变化，从而改变管网总流量和管段的流量分配，这决定了管网调整的复杂性。进一步从理论上可以证明，管网设计时不作好阻力平衡，完全依靠阀门调节流量的作法难以奏效，尤其是并联管路较多的管网。获得管网特性曲线后即可结合动力设备（风机）的性能曲线匹配动力设备。(2-3-16)(2-3-17)iSS2121iSS1.3.1.6 计算例题例2-3 如图所示通风管网。风管用钢板制作，输送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。除尘器阻力为1200Pa，对该管网进行水力计算，并获得管网特性曲线。绘图、管段编号、长度和风量标注； 确定最不利环路：1-3-5-除尘器-6-7；确定与最不利管路并联的管线：2-3、4-5

32、;选定各管段流速，确定各管段断面尺寸和单位长度比摩阻，计算摩擦阻力；计算查找各管段局部阻力系数，计算局部阻力；对各并联管路进行阻力平衡；计算系统总阻力，获得管网特性曲线。图1-3-2 通风除尘系统的系统图解：1.对各管段进行编号，标出管段长度和风点的排风量。2.选定最不利环路。本系统选择1-3-5-除尘器- 6-风机-7为最不利环路。3.根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。根据表2-2-3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的计算量为63001.05

33、=6615m3/h.管段1 有水平风管，初定流速为14m/s。根据Q1=1500m/h(0.42m3/s)、V1=14m/s所选管径按通风管道统一规格调整为 D1=200mm：实际流速V1=13.4m3/S;由图2-3-1查得，Rml=12.5Pa/m。 同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，具体结果见表2-3-5。4.确定管段2、4的管径及单位长度摩擦力，见表2-3-5 5.从阻力手册、暖通设计手册等资料查各管段的局部阻力系数。（1）管段1 设备密闭罩=1.0（对应接管动压）900 弯头（R/D=1.5）一个=0.17直流三通（13）（见图2-3-3）根据F1+F2=F3，=300,F

34、2/F3=(140/240)2=0.340Q2/Q3=800/2300=0.384,查得13=0.20=1.0+0.17+0.20=1.37V3,F3V1,F1V2,F2图2-3-3合流三通（2）管段2 圆形伞形罩=600,3=0.0990o弯头（R/D=1.5）1个，=0.1760o弯头（R/D=1.5）1个，=0.14合流三通（23）（见图2-3-3）23=0.20=0.09+0.17+0.14+0.20=0.60 （3）管段3 直流三通（3 5）（见图2-3-4）根据F3+F4=F5， =300，F4/F5=(300/380)2=0.62Q4/Q5=4000/6300=0.634,查得3

35、5=-0.05 =-0.05（4）管段4设备密闭罩=1.0（对应接管动压）900 弯头（R/D=1.5）一个=0.17合流三通（45）（见图2-3-4）45=0.24=1.0+0.17+0.24=1.41（5）管段5除尘器进口变径管（渐扩管）除尘器出口尺寸300mm800mm变径管长度L=400mm,tan =0.475,=25.4o, =0.10900 弯头（R/D=1.5）2个,=20.17=0.34800300400风机进口渐扩管按要求的总风量和估计的管网总阻力先近似选出一台风机，风机进口直径D0=500mm,变径管长度L=300mmF0/F6=(500/420)2=1.41tan =0

36、.13,=7.6o, =0.03 =0.10+0.34+0.03=0.47（6）管段7风机出口渐扩管风机出口尺寸410mm315mm，D7=420mmF7/F出=0.138/0.129)=1.07，0带扩散管的伞形风帽（h/D=0.5） =0.60, =0.606.计算各管段的沿程摩擦阻力局部阻力。计算结果见表2-3-5。7.对并联管段进行阻力平衡（1）汇合点A420410*315 改变管道2直径 根据通风管道统一规格，取D2”=130mm, 此时仍不平衡，只好取 D2=130mm ，在运行时辅以阀门调节，消除不平衡。1285apP2181.6apP121285181.636.3%10%285

37、ppp0.2250.2252222181.6140126.5285pDDmmp121285252.412.1%10%285ppp（2）汇合点B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 D4=290mm 制作，使1、3处于平衡。1328554339appP4292.7ap713.7%10%339ppppp0.2254292.7300290339Dmm0.2254292.7300290339Dmm4290DmmkgQPS53822538QP 管段编号流量(m3/h)(m3/s)管长(m)管径(mm)流速(m/s)动压(Pa)比摩阻(Pa

38、/m)摩擦阻力(Pa)局部阻力系数局部阻力(Pa)管段阻力(Pa)备注11500(0.42)1119014.713014.51601.37178337.8系统总阻力：1876Pa；系统总阻抗：553kg/m3系统总流量:1.84m3/h32300(0.64)524014.121201260-0.05-653.9956300(1.75)438015.431435.5220.686.1108.166615(1.84)442013.261064.5180.4749.867.8176615(1.84)842013.261064.5360.663.699.592800612019.65233除尘器阻力为

39、除尘器阻力为1200Pa1200Pa363.744000628018.0196399.4表表2-3-5 2-3-5 管路水力计算表管路水力计算表1.3.1.7 均匀送风管道设计用途：根据工业与民用建筑的使用要求，通风和空调系统的风管，有时需要把等量的空气沿风管侧壁成排的孔口或短管均匀送出。如车间、体育馆、会堂、冷库和气幕装置。设计原理：静压复得法设计。设计原理：静压复得法设计。理论基础：气体管网伯努利方程。理论基础：气体管网伯努利方程。1212apvp2vZZg()-(p2222211）12pvp2vp222221112qqppp12一、设计原理静压产生的流速为：jjpv2空气在风管内的流速为

40、：DDpv2空气从孔口出流时的流速为：sinjvv如图所示：出流角为：DjDjPPvvtg孔口出流风量：jjpfvvvfvffvL236003600sin360036000000由上式得f0上的平均流速v0为：jjpvfLv23600000风口的流速分布如图：（矩形送风管断面不变）v*要实现均匀送风可采取的措施（如图）v 1、设阻体；v 2、改变断面积；v 3、改变送风口断面积；v 4、增大F，减小f0。二、实现均匀送风的基本条件：保持各侧孔静压、流量系数相等, 增大出流角。1、保持各侧孔静压Pj相等；2、保持各侧孔流量系数相等； 与孔口形状、流角以及L0/L= 有关，当大于600， 一般等于

41、0.60L3、增大出流角，大于600，接近900。三、直流三通局部阻力系数和侧孔流量系数1、直流三通局部阻力系数：由L0/L查表2-3-6；2、侧孔流量系数=0.60.65；四、均匀送风管道计算方法确定侧孔个数、侧孔间距、每个孔的风量计算侧孔面积计算送风管道直径和阻力五、计算例题如图所示：总风量为8000m3/h的圆形均匀送风管道采用8个等面积的侧孔均匀送风，孔间距为1.5M，确定其孔口面积、风管各断面直径及总阻力。 解：1、确定孔口平均流速v0， 侧孔面积 拟定侧孔的平均出流速度为 侧孔流量系数为 侧孔面积为 侧孔静压流速为s /m.v54020000.062m4.5360088000v36

42、00Lf0.6smv/7.50.65.4v0jjPjv注意：把每一段起始断面的动压作为该管段的平均动压，并假设、为常数，将产生一定误差，但在工程实际是允许的。断面1断面2断面3断面4断面5断面6断面7断面8孔口流量10001000100010001000100010001000断面流量80007000600050004000300020001000孔口流速4.54.54.54.54.54.54.54.5孔口面积0.062 0.062 0.062 0.062 0.062 0.062 0.062 0.062 静压速度7.500 7.500 7.500 7.500 7.500 7.500 7.500

43、 7.500 孔口静压33.7533.7533.7533.7533.7533.7533.7533.75断面流速4.0 3.86 3.74 3.64 3.57 3.52 3.47 2.92 断面动压9.6 8.94 8.38 7.96 7.65 7.42 7.21 5.11 比摩阻0.0 0.170.1540.110.10.080.061.06摩擦阻力0.0 0.26 0.23 0.17 0.15 0.12 0.09 1.59 局部阻力系数0.0 0.0420.0370.030.020.0150.01660.07局部阻力0.0 0.4 0.3 0.3 0.2 0.1 0.1 0.5 总阻力0.0

44、 0.66 0.56 0.42 0.31 0.23 0.21 2.09 断面全压43.35 42.69 42.13 41.71 41.40 41.17 40.96 38.86 断面直径840800 750 700 630 550 450 350 表2-3-6 均匀送风管道水力计算表2、闭式液体管网水力特征与水力计算 液体管网与气体管网的区别12222122112)()(2pvpZZgvpa气体管网能量方程1222221122pvp)ZZ(gvp21液体管网能量方程（1）管内外流体存在较大的密度差（根本区别）称为水柱压头称为水柱压头（2）液体管道内会渗入空气空气的渗入会影响管内液体的正常流动在大

45、气压力下，1kg水在5时，水中含气量超过30mg， 加热到95 时，水中含气量只有3mg。 管路中空气应保证顺利排出 供水干管必须有0.5%1.0%的反向向上坡度； 散热器支管坡度1.0%； 回水干管应有向锅炉方向向下的坡度。 系统末端最高处设置排气装置。环路中若积有空气，会形成气塞，阻碍循环。在下降的回水管路中，有个充满回水管断面，高仅为2cm的气泡，可产生约192Pa的反循环力。重力循环中，水的流速较低，空气能逆着水流方向，经过供水干管聚集到系统的最高处，通过膨胀水箱排除。液体管网与气体管网的区别划划2.1 水力计算的基本公式 （1）沿程压力损失-摩擦阻力： 流体在管道内流动时，由于流体与

46、管壁间的摩擦，产生能量损失，称为沿程损失，可用沿程水头损失和沿程压力损失表示。沿程阻力系数:/:其中225281025.6hkgGLvdLdGLmRmlP 系统的最不利环路平均比摩阻对整个管网经济性起决定作用。这就需要确定一个经济的比摩阻，使得在规定的计算年限内总费用为最小，因此推荐经济平均比摩阻。 沿程阻力系数与流体的流态和管壁的粗糙度有关，即,f Re K d阿里特苏里公式25.0Re6811.0柯列勃洛克公式Re51.271.3lg21dkdk室内管网，常处于紊流过渡区：室内管网，常处于紊流过渡区：室外管网，常处于阻力平方区：室外管网，常处于阻力平方区：希弗林松公式11.025.0dk

47、对于室内闭式冷热水管网（热水采暖和空调冷冻水等） 钢管K=0.2mm；开式及室外管网K=0.5mm。水管路比摩阻计算图（1mmH2O9.807Pa）局部阻力（2）局部压力损失）局部压力损失-局部阻力：局部阻力： 当流体通过管道的一些附件如阀门、弯头、三通、散热器、盘管等时，由于当流体通过管道的一些附件如阀门、弯头、三通、散热器、盘管等时，由于流体速度的大小或方向改变，发生局部旋涡和撞击，产生能量损失，称为局部流体速度的大小或方向改变，发生局部旋涡和撞击，产生能量损失，称为局部损失。损失。3）总压力损失 任何一个冷热水循环系统都是由很多串联、并联的管段组成，通常将流量和管径不变的一段管路称为一个

48、计算管段。 各个计算管段的总压力损失应等于该管段沿程压力损失与该管段局部压力损失之和，即22vcPLmRPcmlPlP22v2.2 液体管网水力计算的主要任务和方法 任务（1）：已知管网各管段的流量G、循环动力Pl ，确定各管段的管径D。方法：压损平均法。预先求出管段的平均比摩阻，作为选择管径的控制参数。平均比摩阻:pjlpjRLPR损失的百分比。沿程损失占总阻力1、根据各管段流量和Rpj，用公式或图表计算管径，选择接近的标准管径;2、然后根据流量和选定管径计算最不利环路或分支环路中各管段的实际阻力损失和整个环路总压力损失值；3、核算资用动力和计算阻力的不平衡率是否满足要求。供暖系统中摩擦损失

49、与局部损失的概略分配比例供暖系统形式摩擦损失局部损失重力循环热水供暖系统机械循环热水供暖系统低压蒸汽供暖系统高压蒸汽供暖系统室内高压凝水管路系统50506080805050402020任务（2）：已知各管段的流量G，确定各管段的管径D和管网所需用的动力Pl 。方法：1）首先计算最不利环路。采用假定流速法或控制比摩阻法。计算确定各管段的管径与阻力。2）计算其他管路。按回路压力平衡原理，采用压损平衡法进行压损平衡，计算确定各管段的管径与阻力，并校核不平衡率。3）按照回路压力平衡原理，计算确定管网的需用动力。pjR 最不利环路一般选为60120Pa/m； 最不利环路水力计算完成后，对分支环路进行水力

50、计算； 最不利环路与各并联环路之间（不包括共同管段）的计算压力损失 相对差额不应大于允许值，否则调整分支管段的Rm和v； 最大允许流速：民用建筑1.2m/s，生产厂房3m/s，生产厂房的辅助建筑2m/s； 总压力损失宜增加10的附加值，以此值为系统的总循环作用压力。室内采暖管网最大允许的水流速：民用建筑 1.2m/s生产厂房的辅助建筑物 2m/s生产厂房 3m/s。室外供热管网最大允许的水流速： 3.5m/s室内供热、空调水管网的经济比摩阻：60120Pa/m.室外供热管网的经济比摩阻：主干线：3070pa/m支线：300Pa/m任务（3）：已知管段的管径D和允许的压降Pl ，确定通过的流量G

51、。方法：利用公式和图表计算。 “不等温降法” 不等温降法就是在垂直单管系统中，各立管采用不同的温降进行水力计算。等温降法是基于每根立管温降相等进行计算的，而不等温降法是在各立管温降不相等的前提下计算的。 适用于异程式垂直单管系统 在用水流量携带热量（冷量）的工程中，实际上要求满足的是末端设备的散热量（或吸热量）。 此方法根据管段的实际压降确定通过的流量，得到满足回路压力平衡的流量（实际运行流量）。然后根据流量，选择合适的换热设备，来满足需要的散热量。 2.3 自然循环热水供暖系统的水力计算 以自然循环双管热水管路系统为例，说明自然循环热水管路的水力计算具体步骤。【例题3-2】 图3-33为自然

52、循环双管热水供暖系统两大并联环路的右侧环路，热媒参数：供水温度90，回水温度70；锅炉中心距底层散热器中心距离为3m，层高为3m；每组散热器的供水支管上有一截止阀；确定此环路的管径。 图3-33 重力循环双管热水供暖系统管路计算图计算准备：绘制管网图、管段编号、计算各个管段的设计流量。（1）选最不利回路：通过立管的最底层散热器1（1500W）的回路。这个回路从散热器1顺序地经过管段、，进入锅炉，再经管段、进入散热器1。（2）计算最不利回路循环动力： Pa818 350)92.96181.977(381.9 ）(GfghGfGhGPghPPP或其他资料。查简明供热设计手册:GfP（3）确定最不利

53、回路各管段的管径1）计算平均比摩阻（作为选择管径的控制指标）。Pa/m 84. 35 .1068185 . 0lPRGpj2）根据各个管段的流量，用热水采暖水力计算表，选择接近Rpj的标准管径，并根据流量和管径，查出实际比摩阻。 如管段，流量272kg/h， Rpj3.84Pa/m，查表选DN32的管径，根据流量272kg/h和DN32的管径，查得流速0.08m/s，比摩阻3.39Pa/m。填入表中，并计算该管段的摩擦阻力。3）相同方法确定出最不利回路所有管段的管径。（4）统计该管段的局部阻力系数，计算局部阻力。（5）求各管段的压力损失 沿程阻力损失局部阻力损失。（6）计算最不利回路的总阻力。

54、Pa 712)(141cmlzblPPP（7）核算压力富余值。%10%13%100712712818%100%zblzblGzblPPP至此，最不利回路计算完成。至此，最不利回路计算完成。简明供热设计手册简明供热设计手册简明空调设计手册简明空调设计手册（8）其他管路计算确定通过立管第二层散热器回路中各管段管径。 Pa 1285)(222GfIghGIPgHP不与最不利回路共用的管段是15、16，共用的管段是2-13。管段15、16的资用动力： 499Pa32)-(818- 12851322)1615(PPPGIzhIPa/m 9 .4954995 . 0)1615(pjR用同样的方法，根据管段

55、15和16的流量G及平均比摩阻，确定管径d，Rm并计算摩擦阻力、局部阻力。计算得管段15和16的总阻力为524Pa。核算资用动力与计算阻力的不平衡率。 ）（允许值：15% %5%100499524499 1选择最不利环路； 2利用资用压力计算管路平均比摩阻，并与推荐比摩阻比较 3通过平均比摩阻计算通过最不立管环路总阻力； 4计算并联环路的资用压力； 5. 确定各并联环路管径，计算压力损失，控制不平衡百分率在15以内； 6. 计算管网总阻力；2.4 2.4 机械循环异程式系统水力计算方法和步骤机械循环异程式系统水力计算方法和步骤2.5 枝状室外供热管网的水力计算城市热力网设计规范CJJ34-20

56、02水力计算任务：根据已知流量，确定各个管段的管径，计算管网的需用压力。计算的基本方法： 先按控制比摩阻计算最不利回路，再对其他回路进行压损平衡。 一般不考虑重力作用动力。例3-3某工厂厂区热水供热 管网系统，其平面布置图（各管段的长度、阀门及方形补偿器的布置）见图3-1-7。计算供水温度t1=130，回水温度t2=70。用户E、F、D的设计热负荷Qn分别为：3.267 GJ/h、2.513 GJ/h和5.025GJ/h。热用户内部的阻力为P=5104 Pa。试进行该供热管网的水力计算。 （1）准备工作管网图绘制、标注管段编号、长度、管件，计算出设计流量，填入编制的计算表格。例：管段B-E的设

57、计流量计算如下： t/h31kg/h 00713C )70-130()Ckg/(kJ 187. 4kJ/h 10 10267. 3o39EBG管段编号计算流量G（t/h）管段长度 l （m）局部阻力当量长度之和ld（m）折算长度lzh（m）公称直径 d （mm）流速v（m/s）比摩阻R（Pa/m）管段的压力损失P（Pa）123456789主干线AB 4320048.44248.41500.7242.810633 BC 3018042.34222.31250.7154.612140 CD 2015034.68184.71000.7479.214627 支线 BE 137018.688.6701.

58、1330226757 CF 108018.698.6700.86179.517699 （2）最不利回路计算 说明： 室外热水管网的回水管路沿供水管路相同的路径布置，管径、管内流量与对应的供水管段相同。 一般是闭式管网（不从管网取出热水）。最不利回路的管线也称为“主干线”。 本例选A-B-C-D为主干线。控制比摩阻3070Pa/m。管段管段ABAB：流量43t/h。查表，取d=150mm，R=42.8Pa/m闸阀1个，方形补偿器3个，当量长度：Pa 1063348.44242.8管段压力损失 m44.24844.48200折算长度 m44.4834.15124.2dl相同方法计算管段BC、CD，列入表中。（3）计算其他管路（支路）按回路压力平衡原理，计算其他支路。管段BE，G=13t/h：757Pa26m6.886.1870Pa/m 023R70mmdPa/m 239)6.01(7026767R Pa 26767 pjBEzhCDBCnnBCDBEPLPPPPPP?Pn用户内部阻力。同理计算管段CF。(4)确定管网需提供的全压动力Pa221904 98075237400980710 2)( 2nCDBCABSnABCDSqP