液体管网水力特征与水力计算

1、第第3章章 液体管网水力特征与水力计算液体管网水力特征与水力计算n主要内容：主要内容：闭式闭式液体管网水力特征与水力计算液体管网水力特征与水力计算开式开式液体管网水力特征与水力计算液体管网水力特征与水力计算3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n 任意两个断面之间的能量方程任意两个断面之间的能量方程n 由于液体密度远大于气体密度，则有：由于液体密度远大于气体密度，则有：n 位压（水柱压力）大。要注意其对于液体管网运行的影响。位压（水柱压力）大。要注意其对于液体管网运行的影响。n 空气渗入会严重影响管内的正常流动，要重视空气渗入会严重影响管内的正常流动，要重视“排气排气”。212222

2、122121112)(2PvPgHHvPjaj21221211)(PPgHHPjj3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n闭式液体管网水力特征闭式液体管网水力特征n Hj:沿管段流动方向沿管段流动方向起点起点高程减去高程减去终点终点高程，绝对值；高程，绝对值；n Cj:符号数。当管段符号数。当管段流动方向流动方向与与重力方向重力方向一致为正，反之一致为正，反之为负。为负。iGiqiPPP）（1 jjjjiGiHgcldgP)(cjjljjiPPcP3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n重力循环重力循环液体管网的工作原理与水力特征液体管网的工作原理与水力特征n 忽略管道散热

3、忽略管道散热的影响：的影响：ljjjjiGiPHgcldgP lghhhhggPhghghghghghhg)()(0011H1H2H3H43.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n重力循环作用力计算方法二重力循环作用力计算方法二lghhghhhgggPhgHHgHHgHHgHHgHHgHHgHHgHHg)()()()()()()()()(2323211223344332H1H2H3H43.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n 流动动力是流动动力是散热器散热器和和锅炉锅炉之间的之间的水柱密度差水柱密度差与与高高差差的的乘积乘积。水温。水温95/7095/70,每米高差作用压力每

4、米高差作用压力156Pa.156Pa.n 环路中若积有环路中若积有空气空气，会形成，会形成气塞气塞，阻碍循环，要，阻碍循环，要重视排气重视排气设置设置膨胀水箱膨胀水箱。如在回水管中，有个如在回水管中，有个充满回水管断面、高充满回水管断面、高2cm2cm的气泡，产生约的气泡，产生约192Pa192Pa的反循环力。的反循环力。n 重力重力循环系统中，循环系统中，水流速较低水流速较低，空气空气能够能够逆逆着着水水流方向流方向，由，由供水干管供水干管汇集到系统汇集到系统最高处最高处，通过，通过膨膨胀水箱胀水箱排除。排除。3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n 供暖系统水平管道应有一定坡度，

5、坡向利于排气，供暖系统水平管道应有一定坡度，坡向利于排气，供回水供回水支、干管支、干管坡度坡度宜宜0.0030.003，不得小于不得小于0.0020.002，立管与散热器连接支管，坡度不得小于立管与散热器连接支管，坡度不得小于0.010.01。n 无法保持必要坡度时，无法保持必要坡度时，局部可无坡敷设，流速不局部可无坡敷设，流速不得小于得小于0.25m/s0.25m/s。n 汽水逆向汽水逆向流动的蒸汽管流动的蒸汽管不得小于不得小于0.0050.005。n 供暖系统管道不得小于供暖系统管道不得小于DN20。3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n 1 并联管路的水力特征并联管路的水力特

6、征n 环路环路a-S1-b-热源热源-an 环路环路a-S2-b-热源热源-a)(11ghGghP)( )(21212ghGghGghPhhgP两个回路两个回路重力作用力重力作用力不相等！不相等！3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n双管系统的双管系统的垂直失调垂直失调重直失调重直失调：建筑内同一竖向各层房间室温出现：建筑内同一竖向各层房间室温出现上、下层冷热不均的现象。上、下层冷热不均的现象。原因原因：各层散热器所在环路的循环各层散热器所在环路的循环作用动力作用动力不不同。同。解决办法解决办法：在设计时正确计算不同环路的循环在设计时正确计算不同环路的循环动力，采用不同的管道与设备

7、尺寸及调节措施。动力，采用不同的管道与设备尺寸及调节措施。3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n结论：结论：独用管段独用管段阻力阻力与独用管段作用与独用管段作用动力动力平衡。平衡。各并联独用管路各并联独用管路动力相同时动力相同时，其，其阻力才相等阻力才相等。并联环路并联环路与与最不利环路最不利环路压力关系压力关系：独用管段作用动力独用管段作用动力Pd并联环路作用动力并联环路作用动力P与最不利环路共用管段阻力与最不利环路共用管段阻力Pg3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n独用管段作用动力独用管段作用动力Pd并联环路作用动力并联环路作用动力P与与最不利环路共用管段阻力最不

8、利环路共用管段阻力Pgn 例题例题：独用管路：独用管路a-S1-b动力动力环路环路a-S1-b-c-a作用作用动力动力 减去减去共用管路共用管路b-c-a阻力阻力c3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n并联管路的阻力与流量分配并联管路的阻力与流量分配n 共用管路共用管路是是b-热源热源-a，独用管路独用管路a-S1-b和和a-S2-b处于并联关系，它们的动力分别为：处于并联关系，它们的动力分别为：abghbaSabghbaSPhhgPPghP热源热源)()(21121独用独用Pa-S2-b独用独用Pa-S1-b3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n很明显，很明显，并联管

9、路并联管路a-S1-b和和a-S2-b的的动力动力不相等不相等。n并联的并联的独用管路独用管路的的阻力阻力等于各自的等于各自的作用动作用动力力，故它们之间的流量分配：，故它们之间的流量分配：21211:1:SSLL2SLP 用这两个管路构用这两个管路构成的回路分析可成的回路分析可知，该回路中重知，该回路中重力作用力不为零！力作用力不为零！3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n独用管路独用管路的的阻力阻力与独用管路的与独用管路的作用动力作用动力相相等。等。n只有只有并联的独用管路作用并联的独用管路作用动力相等动力相等时，它时，它们的们的阻力才相等阻力才相等（平衡）。（平衡）。l Pi

10、:第第i个个并联循环管路并联循环管路作用动力；作用动力；l PG,i:第第i个并联循环管路与最不利环路的个并联循环管路与最不利环路的共用管共用管路路的阻力。的阻力。GiiDiPPP3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n2 串联管路的水力特征串联管路的水力特征n 环路动力：环路动力：回水密度不同，回水管分段！回水密度不同，回水管分段！)()()()()(211222211222111112221gHgHghghhghghghghghghhgPggggggGniiiinigiiGgHghP111)()(3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征nhi为散热器为散热器Si与散热器与

11、散热器Si-1的垂直的垂直距离距离，i=1时，时，h1表示表示散热器散热器与与锅炉锅炉垂直垂直距离距离。nHi为散热器为散热器Si与与锅炉锅炉的垂直的垂直距离距离。ni+1为为进入进入散热器散热器Si中的水的中的水的密度密度，i=N时，时，i+1= gn注意：换热器由下向上逆着水流方向编号。注意：换热器由下向上逆着水流方向编号。3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n串联串联系统，各个散热器处于系统，各个散热器处于同一环路同一环路，循，循环环动力动力相同。相同。n需要计算需要计算从从各个各个散热器散热器流出流出的流体的的流体的密度密度,才可计算才可计算串联管路重力循环串联管路重力循环

12、作用动力作用动力。3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n 散热器进出口水的密度推算。散热器进出口水的密度推算。n 已知：各散热器的散热量已知：各散热器的散热量Qj（w）、总供水温度）、总供水温度tg、总回水温度总回水温度th，按照热平衡关系式推算。，按照热平衡关系式推算。n 质量流量质量流量GL（kg/h）：）：n 通过第通过第i（i1）层散热器的流量：）层散热器的流量：)(86. 0)(hghgLttQttCQGignikkigniLttQttQQQG86. 0)(86. 033.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n 流出第流出第i个散热器的水温：个散热器的水温：n 注

13、意：换热器由下向上逆着水流方向编号。注意：换热器由下向上逆着水流方向编号。)(1hgnkknikkgLnikkgittQQtGQtt第第i i组组散散热器热器上上游游全部散热全部散热量。量。3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n单管系统的垂直失调单管系统的垂直失调并联环路并联环路中各层进出口水温相同，中各层进出口水温相同，作用动力不作用动力不同同，越往下越低越往下越低。在在串联环路串联环路中，各层散热器循环中，各层散热器循环作用压力相同作用压力相同，但进出口但进出口水温不相同水温不相同，越越在在下层下层，进水温度，进水温度越越低低。由于各层散热器的由于各层散热器的传热系数传热系数K

14、随各层散热器平随各层散热器平均计算均计算温差温差变化，在选择设备时变化，在选择设备时没有考虑没有考虑这一这一点，也会带来各个散热器的散热量达不到设计点，也会带来各个散热器的散热量达不到设计要求，引起要求，引起垂直失调垂直失调。3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n3 水在管路中沿途冷却的影响水在管路中沿途冷却的影响水温沿循环环路变化水温沿循环环路变化，影响影响各层散热器的各层散热器的进出进出口水温口水温和和循环动力循环动力。由于重力作用形成的循环。由于重力作用形成的循环动力不大，在确定实际循环动力大小时，动力不大，在确定实际循环动力大小时，必须必须考虑考虑。精确计算精确计算：明确：

15、明确密度密度沿程变化沿程变化关系式。关系式。3.1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n 工程中，根据系统工程中，根据系统供水管路供水管路布置状况、楼层高度、布置状况、楼层高度、计算冷却中心与加热中心的水平距离等因素计算冷却中心与加热中心的水平距离等因素, ,增增加一个考虑水在循环管路中冷却的加一个考虑水在循环管路中冷却的附加作用压力附加作用压力，其数值可由其数值可由供暖设计手册供暖设计手册查取。查取。n 系统系统总的重力循环作用动力总的重力循环作用动力P Pzhzh为：水冷却产生为：水冷却产生的重力作用力的重力作用力P Ph h + +附加作用力附加作用力P Pf ffhzhPPP3.

16、1 闭式闭式液体管网水力特征液体管网水力特征n作业：作业：完成例完成例3.1（供回水温度改为（供回水温度改为75和和50 ，每两个散热器间距均改为，每两个散热器间距均改为4.5m）。）。3.2 闭式液体管网水力计算闭式液体管网水力计算 u液体管网液体管网和和气体管网气体管网在在水力计算水力计算的主要目的主要目的、基本原理和方法上是的、基本原理和方法上是相同相同的。的。u只是因为液体的只是因为液体的物性参数物性参数与气体有显著差与气体有显著差别，液体管网的别，液体管网的工作参数工作参数也与气体管网也与气体管网有有一定区别一定区别，所以二者水力计算使用的计算，所以二者水力计算使用的计算公式和技术数

17、据有所不同。公式和技术数据有所不同。 3.2 闭式液体管网水力计算闭式液体管网水力计算n任务任务1 1 ：已知已知管网各管段的管网各管段的流量流量和和循环动循环动力力，确定各管段的，确定各管段的管径管径。n 方法：方法：压损平均法压损平均法。预先。预先求求出管段的出管段的平均比摩阻平均比摩阻，作为作为选择管径选择管径的控制参数。的控制参数。n 式中，式中，为沿程损失占总压力损失的百分数。为沿程损失占总压力损失的百分数。lPRzhpj3.2 闭式液体管网水力计算闭式液体管网水力计算n步骤步骤：根据各管段根据各管段流量流量和和平均比摩阻平均比摩阻，用公式或图表，用公式或图表计算管径，选择接近的标准

18、计算管径，选择接近的标准管径管径，然后根据流，然后根据流量和选定管径计算量和选定管径计算阻力损失阻力损失，并，并核算核算资用动力资用动力和计算和计算阻力阻力的的不平衡率不平衡率是否满足要求。是否满足要求。3.2 闭式液体管网水力计算闭式液体管网水力计算n任务任务2 ： 已知各管段的已知各管段的流量流量和和管径管径，确定，确定管网的管网的需需用压力用压力。n 方法：方法： 首先利用水力计算表，计算首先利用水力计算表，计算最不利环路最不利环路各各管段的管段的压力损失压力损失，如果不能忽略重力作用，计算，如果不能忽略重力作用，计算重力作用形成的循环动力。按下式确定管网的需重力作用形成的循环动力。按下

19、式确定管网的需用压力：用压力：n 然后然后计算其他环路计算其他环路的的资用压力资用压力，用，用压损平均法压损平均法对对各个环路各个环路独用管段独用管段进行进行压损平衡压损平衡。zbLGzbLqPpp,3.2 闭式液体管网水力计算闭式液体管网水力计算n 任务任务3 3：已知各管段的：已知各管段的流量流量，确定各管段的，确定各管段的管径管径和管网所需的和管网所需的循环作循环作用压力用压力。u方法：方法：首先首先用用假定流速法假定流速法或或控制比摩阻控制比摩阻计算计算最不最不利环路利环路。选用。选用经济流速经济流速或或经济比摩阻经济比摩阻，用公式或，用公式或图表确定图表确定管径管径，计算各个管段的，

20、计算各个管段的阻力损失阻力损失，进而，进而确定管网确定管网循环作循环作用压力用压力。u然后然后计算计算其他环路的其他环路的资用压力资用压力，用，用压损平均法压损平均法对对各个环路各个环路独用管段独用管段进行进行压损平衡压损平衡。3.2 闭式液体管网水力计算闭式液体管网水力计算n并联环路平衡实际上是并联环路的并联环路平衡实际上是并联环路的独用管独用管段段平衡，不平衡率平衡，不平衡率15%以内。以内。P87P87n作业作业1：查阅GB50736关于水泵选择与布置的规定，注意变速与定速风机的选择区别。n作业作业2:查阅“建筑节能标准建筑节能标准”和“水泵水泵”设备标准关于能效比、耗电输冷（热）比的规定。3.2 闭式液体管网水力计算闭式液体管网水力计算n并联环路平衡实例：并联环路平衡实例：环路环路a-S1-b-c-a和环路和环路a-S2-b-c-a并联。并联。最不利回路最不利回路平衡：动力与平衡：动力与计算阻力平衡计算阻力平衡环路环路 平衡：平衡： 动力与动力与计算阻力平衡计算阻力平衡n流程：先计算环路流程：先计算环路 动力，再计算动力。动力，再计算动力。c3.2 闭式液体管网水力计算闭式液体管网水力计算n 动力动力 动力动力