室内热水供暖系统的水力计算课件

1、第一篇供 暖 工 程河北工业大学能源环境与工程学院建筑环境与设备工程系明确设计对象，由建筑和结构提供相关的设计图纸及甲方要求确立地点，查找相关气象参数，熟悉图纸，进行负荷计算确立系统形式，设计系统进行散热器计算确定各个房间散热器片数进行水力计算，确定管径，确定压头值选择相关设备：水箱，集气罐，阀门，水泵等，完成设计第四章 室内热水供暖系统水力计算目的 选择合适的管径d，通过阻力计算，使进入各立管、散热器的水流量符合设计要求4-1 热水供暖系统管道水力计算基本原理一、水力计算基本公式流体流动阻力 P= PY+PJ=RL+Z Pa (4-1)式中 PY计算管段的沿程阻力损失， Pa PJ、Z 计算

2、管段的局部损失，Pa R 每米管长的沿程损失，Pam L 管段长度，m。（一）沿程阻力损失比摩阻R Pa/m (4-2)式中 d 管子内径m； 热媒在管道内的流速，ms； 热媒的密度，kgm3； 管段的摩擦阻力系数。摩擦阻力系数值取决于管内热媒的流动状态和管壁的粗糙程度，其表达式为： =(Re,) Re=d/ =K/d式中Re雷诺数(Re2320，流动为紊流) 热媒的运动粘滞系数m2/s； K管壁的当量绝对粗糙度，m；管壁的相对粗糙度。.层流区（ Re 2320 ） Re 对于在热水采暖系统中，很少遇到层流问题，仅仅在重力循环系统中个别的一些流量很小，管径很细的管段中才有可能遇到层流的流动状态

3、。 对于紊流区，整个系统区可以分为3个区域。（）水力光滑管区（布拉修斯公式） Re 2320 ）()紊流过度区（洛巴耶夫公式）在Re=11d/K Re=445d/K的范围我们可以认为是过度区，其计算可以应用洛巴耶夫公式 （）紊流粗糙区（阻力平方区）尼古拉兹公式 Re445d/D当管径d40mm时，采用希弗林松推荐的公式=0.11(K/d)0.25（）流态判别临界流速m/s临界雷诺数(5)紊流区统一公式柯列勃洛克公式阿里特舒里公式 阿里特舒里公式是布拉修斯公式和希弗林公式的综合 当量绝对粗糙度K对于室内的热水供暖系统K=0.2mm=0.0002m对于室外热水系统K=0.5mm=0.0005m对于

4、流态的确定，工程人员可以直接根据已经计算出来的表格来确定，而不需要自己计算室内热水供暖系统的设计供回水温度多用9570，整个采暖季的平均水温如按t60考虑，从表4-1可见，当K02mm时，过渡区的临界速度为0.026m/s1.066m/s。在设计热水供暖系统时，管段冲的流速通常都不会超过1.066m/s值，也不大可能低于0.026m/s。因此，热水在室内供暖系统管路冈的流动状态，几乎都处在过渡区内。室外热水同路(K0.5mm)，设计那采用较高的流速(流速常大于0.5m/s)，因此，水在热水网路中的流动状态，大多处于阻力平力区内、.实用计算公式 把代入公式（），得出 Pa/m（）公式（4-3）反

5、映了比摩阻、管径d、流量三者之间的关系。只要已知其中的两个，便可求出第三个参数。利用公式（4-3）制成的热水管道水力计算表详见附表4-1局部阻力损失公式：a（）式中 局部阻力系数之和水流过热水供暖系统管路的附件(如三通、弯头、阀门等)的局部阻力系数值，可查附录42。表中所给定的数值，都是用实验方法确定的。附录43给出热水供暖系统局部阻力系数=1时的局部损失P值。（二） 局部阻力损失二、水力计算方法.一般方法 P= PY+PJ=RL+Z 其中值选择计算有如下两种方法：(1)预定压头法最不利环路平均比摩阻计算公式 a （）式中 P 预定的作用压头沿程阻力占总阻力百分比最不利环路总长，m(2)推荐流

6、速法推荐常用流速（对应比摩阻值为a/m）2.当量阻力法(动压头法) 当量局部阻力法当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程损失转变为局部损失来计算。P=RL+Z其中的沿程损失RL写成局部阻力损失形式有:RL= ，而依据公式（）可以得出从而有：（）如已知管段的水流量G(kgh)时，则根据有关公式管段的总压力损失P可改写为P RL+Z（）把代入前式得出：P令则有P 式中为折算的局部阻力系数，于是P 令，则有 P a(4-7)式中 S-管段的阻力特性数(简称阻力数) /d、 值见附录见附录（）（） 3.当量长度法当量长度法的基本原理是将管段的局部阻力损失折合为管段的沿程损失来计算。P=RL+Z 其中的

7、沿程损失Z写成局部阻力损失形式有:Z=RLd 而局部阻力 依据公式（4-2） 从而可得出 Ld，整理后得到局部阻力当量长度Ld： m (4-8) 于是P=RL+RLd=R(L+Ld)=RLZhLzh称为折算长度 m。二、水力计算任务 1已知系统各管段的流量G和系统的循环作用压力 (压头) P ，确定各管段的管径d； 2已知系统各管段的流量G和各管段的管径d，确定 系统所必需的循环作用压力(压头) P ; 3按已知系统各管段的管径G和该管段的允许压降 P ，确定通过该管段的水流量G。 其中任务1、2为设计计算，任务3为校核计算第2种情况的水力计算，常用于校核计算，根据最不利循环环路各管段改变后的

8、流量和已知各管段的管径，利用水力计算图表，确定该循环坏环路各管段的压力损失以及系统必需的循环作用压力，以检查循环水泵扬程是否满足要求。进行第3种情况的水力计算，就是根据管段的管径d和该管段的允许压降，来确定通过该管段(例如通过系统的某一立管)的流量。对已有的热水供暖系统，在管段已知作用压头下，校该各管段通过的水流量的能力；以及热水供暖系统采用所谓“不等温降” 水力计算方法，就是按此方法进行计算的。这个问题将在本章第五节“不等温降”计算方法和例题中详细阐述。四、水力计算步骤首先画出管路系统图，并在图上划分管段（流量和管径都相等的），标注管段号、热负荷Q、流量G和管段长L1.确定最不利环路。指允许

9、比摩阻最小的环路，一般为最远立管环路。2.确定最不利环路作用压力。自然循环系统按有关公式计算得出（式3-3）；机械循环系统一般取10000Pa。3.计算最不利环路平均比摩阻，采用预定压头法（式4-5 ） 或推荐比摩阻60-120Pa/m。4.利用附表4-1，已知G、RP查表选择合适的管径d，并得出相应d条件下的比摩阻R、流速u5.根据管道布置，利用附表4-2查出管径d对应下的局部阻力损失系数 。6.根据上述数据和有关公式计算管段的阻力损失 沿程损失RL、局部损失Z，总损失RL+Z7.计算最不利环路各管段总阻力损失（RL+Z）8.按照并联环路阻力损失相等的原则计算分支环路各管段。各并联环路(不包

10、括共同管段)阻力不平衡率为 15%。各支路在平衡计算时，应注意管内流速的限制：民用建筑 1.2m/s;生产厂房辅助建筑 2m/s;生产厂房 3m/s。第二节 重力循环双管系统管路水力计算方法和例题【例题4-1】确定重力循环双管热水供暖系统管路的管径（见图4-7）。热媒参数：供水温度=95，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。第三节 机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算方法和例题【例题42】确定图42机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路的管径。热媒参数：供、回水温度为95/70。系统与外网连接。在引入口处外网的供回水压差为30kP

11、a。图42表示出系统两个支路中的一个支路。散热器内的数表示散热器的热负荷。解:(1)确定最不利环路为最远立管环路，包括管段-。 (2)确定最不利环路比摩阻，由于入口作用压力过大 （30000Pa）因此不采用预定压头法，而采用推荐的平均 比摩阻60-120Pa/m。 （3）确定最不利环路管径 各管段流量G=0.86Q/（tg-th）,依据各管段流量G、比摩阻RP查附表4-1，详细的计算结果见水力计算表主干线总阻力损失为8638Pa 。 （4）计算分支环路的管径立管管段，资用压力为（RL+Z）6-7=1312+1408=2720平均比摩阻 查附表4-1选取管径15-15，总阻力损失2941。不平衡

12、率为：（2720-2941）/2720=-8.2%。在允许的15%之内。计算立管管段，其与管段-并联。资用压力为: （RL+Z）5-8=2720+2403=3526。选择管径15-15，总阻力损失2941。不平衡率为（3526-2941）/3526=16.5%15%。用阀门节流。计算立管管段，其与管段-并联。资用压力为: （RL+Z）5-8=3526+2207=3941。选择管径15-15，总阻力损失2940。不平衡率为（3940-2941）/3940=25.3%15%。用阀门节流。 计算立管管段，其与管段-并联。资用压力为: （RL+Z）5-8=3940+2354=4648。选择管径15-1

13、5，总阻力损失3517。不平衡率为（4648-3517）/4648=24.3%15%。用阀门节流。4.3 散热器的进流系数一、定义:进入散热器的水流量与连接散热器立管水流量之比称为该散热器的进流系数二、影响因素 1.两侧散热器热负荷不相等-出口水温度不相等-重力循环作用压力不相等，从而引起两侧流量不相等。2.两侧管道及附件阻力不相等-在相同的作用压力下，由于阻力不相等，其流量分配必然不相等。对于机械循环热水供暖系统，其作用压力远大于自然循环系统的作用压力，因此由两侧热负荷不相等造成的重力循环作用压力不相等的因素可以忽略。 因此，可以认为：影响散热器进流系数的主要因素就是连接散热器的管道及其附件

14、的阻力大小。三、进流系数公式 由并联环路节点压力平衡有P1 = P2 即（R1L1+Z1）=（R2L2+Z2）整理后 R1（ L1+Ld1）=R2（ L2+Ld2）当两侧管径相等、流动状态相同时，d1=d2; 1=2。此时比摩阻R与流量G的平方成正比，上式可改写为：开方后： 令：进流系数 则 （4-9） 当 1.4时，近似认为进流系数 =0.5 第四节 机械循环同程式热水供暖系统管路的水力计算方法和例题【例题4-3】将例题42的异程式系统改为同程式系统。已知条件与例题4-2相同。管路系统图见下图第五节 不等温降的水力计算原理和方法不等温降的水力计算：在单管系统中各立管的温降各不相等的前提下进行

15、水力计算。它以并联环路节点压力平衡的基本原理进行水力计算。在热水供暖系统的并联环路上，当其中一个并联支路节点压力损失确定以后，对于另一个并联支路预先给定管径，从而确定通过该立管的流量以及该立管的实际温降优点：对各立管间的流量分配完全遵循并联环路节点压力平衡的水力学规律，能使设计工况与实际工况基本一致。在设计时就解决了水平失调的问题缺点：工作量比较大应用：计算机软件常常选用这种方法。一.热水管路的阻力数P a(4-19)式中 S-管段的阻力特性数(简称阻力数)其物理意义：表示当管段通过1kg/h水流量时的压力损失值。对于一个热水系统的阻力数称为热水管路的总阻力数。对于一个系统中会有管路的串联和并

16、联现象，向对应的S的计算方法也有不同。二.不等温降水力计算方法和步骤1.给出最远立管的温降（一般是最不利环路上的立管），一般按照设计温降增加25。求出最远立管的计算流量Gj。根据该立管流量，选用R和v，确定最远立管的管径和环路末端供回水干管的管径及相应得压力损失值。2.确定环路最末端的第二根立管的管径。该立管的与上述计算管段为并联立管。根据已知节点的压力损失给定该立管的管径，从而确定通过环路的最末端的第二根立管的计算流量及其计算温降。3.按照上面的方法，有远到近，依次确定出该环路上供回水干管个管段的管径及其相应的压力损失以及各立管的管径、计算流量、计算温降。4.系统中有多个分支循环环路时，按照

17、上述方法计算各分支循环环路。计算得出的各循环环路在节点压力平衡状况下的流量总和，一般都不会等于设计要求的总流量，最后需要根据并联环路流量分配和压降变化的规律，对初步设计出的各循环环路的流量、温降和压降进行调整。整个水力计算才告结束。最后确定各立管散热器所需面积。【例题42】确定图42机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路的管径。热媒参数：供、回水温度为95/70。系统与外网连接。在引入口处外网的供回水压差为30kPa。图42表示出系统两个支路中的一个支路。散热器内的数表示散热器的热负荷。第四节 分户采暖热水供暖系统管路的水力计算原则与方法建筑非生产性民用建筑住宅建筑公共建筑生产性工业建筑农业建

18、筑一、分户采暖系统水力工况特点1、室内有人，散热器正常，室温18；室内无人，按值班温度2、不同环路不同室温要求，甚至同一环路不同房间室温要求3、用户环路还有被调节与关闭的可能若户内阻力远远大于供回水干管阻力，则系统的水力稳定性越好，即某用户所做的任何调节对于其他用户影响越小。分户采暖系统的户内水平管的平均比摩阻应取得可能大一些：一般取100-120Pa，亦可以通过阀门等局部阻力的方法来实现。供水立管的平均比摩阻取小一些，尽可能的抵消重力循环自然附加压头的影响，一般取40-60Pa。二、户内水平采暖系统的水力计算原则与方法水平跨越管式的进流系数例题4-5三、单元立管与水平干管采暖系统的水力计算应考虑的原则与方法（一）单元立管的水力计算必须要考虑重力循环自然附加压头的影响1、重力循环自然附加压头产生的原因成因；大小：156Pa/m；方向：向上。2、重力循环自然压力在分户采暖系统中不可忽略3、运行中减小重力循环自然压力影响的方法（二）水平干管的水力计算的方法（三）分户采暖的最大允许不平衡率的控制例题4-6：Your Topic Goes HereYour subtopic goes her