Ch4多相流管网水力特征及水力计算课件

Ch4多相流管网水力特征与水力计算4.2汽液两相流管网水力特征与水力计算4.4枝状管网水力共性与计算通用方法4.1液气两相流管网水力特征与水力计算Ch4多相流管网水力特征与水力计算4.2汽液两相流管网水4.1液气两相流管网水力特征与水力计算一、水力特征1、建筑内部排水流动特点水量、气压随时间变化幅度大。流速随空间变化剧烈。2、水封水封：一般在存水弯内保持一定高度的水柱，抵抗排水管内气压变化，防止管内气体进入室内。水封位置：卫生器具、空调集水盘出水口处。水封高度：一般50~100mm。水封强度：抵抗系统内压力变化的能力。4.1液气两相流管网水力特征与水力计算一、水力特征水封破坏：水封高度减小，不能抵抗管道内允许的压力变化时，管内气体进入室内。原因：自虹吸损失、诱导虹吸损失、静态损失。二、横管内的水流状态1、能量变化V0——竖直下落末端水流速度；he——横管断面水深；v——he水深时的水流速度；K——与连接形式有关的能量损失系数。水封破坏：水封高度减小，不能抵抗管道内允许的压力变化时，管内2、流动状态3、压力变化1）横支管内压力变化2）横干管内压力变化横管内水流状态示意图1-水膜状高速水流；2-气体2、流动状态横管内水流状态示意图Ch4多相流管网水力特征及水力计算课件三、立管中的水流状态1、特点断续的非均匀流水气两相流管内压力变化剧烈2、流态附壁螺旋流：排水量较小，立管中心气流仍旧正常，气压较稳定。水膜流：有一定厚度的带有横向隔膜的附壁环状流。终限流速终限长度三、立管中的水流状态1、特点Ch4多相流管网水力特征及水力计算课件这3个阶段流动状态的形成与管径和排水量有关，即立管充满率。排水立管内的水流状态应为水膜流。实验表明，在设有专用通气立管的排水系统中：水塞流：随排水量继续增加，水膜厚度不断增加，隔膜下部压力不能冲破水膜，最后形成较稳定的水塞。这3个阶段流动状态的形成与管径和排水量有关，即立管充满率。水3、水膜流的力学分析及通水能力水膜区以水为主的水气两相流，忽略气；气核区以气为主的气水两相流，忽略水。经分析推导，得出：3、水膜流的力学分析及通水能力工作高度：横支管与立管连接处至排出管中心的距离。工作高度：横支管与立管连接处至排出管中心的距离。4、压力波动因素及防止措施因素确保立管内通水能力和防止水封破坏是建筑内部排水系统中两个最重要的问题，这两个问题都与立管内压力有关。最大负压与立管内粗糙度和管径成反比，与排水量、终限流速和空气总阻力系数成正比。空气总阻力系数中水舌阻力系数最大，与排水量、横支管与立管的连接方式有关。防止措施：减小终限流速减小水舌阻力系数4、压力波动因素及防止措施Ch4多相流管网水力特征及水力计算课件二、建筑排水管网水力计算1、横管水力计算设计规定（1）充满度—规定最大设计充满度（2）自净流速—规定的最小流速（3）管道坡度—通用坡度，最小坡度（4）最小管径—防止堵塞的最小管径厨房：75mm，100mm医院：75mm大便器：100mm小便槽：75mm二、建筑排水管网水力计算1、横管水力计算水力计算：明渠均匀流2、立管水力计算排水立管按通气方式分为普通伸顶通气、专用通气立管通气、特制配件伸顶通气和无通气四种情况。根据设计秒流量查最大允许排水流量表，查管径。水力计算：明渠均匀流3、通气管道计算单立管伸顶通气管与污水管同管径。寒冷地区管径放大一号。双立管通气管管径≥1/2污水管径，最小管径查表。通气立管长度＞50m时，管径同污水管。三立管和多立管系统的通气管按最大一根排水立管径查表确定，同时≥其余排水管径。结合通气管≥通气立管径。汇合通气管不需逐段改变管径。3、通气管道计算例4-1某9层饭店排水系统采用污废水分流制，管材为排水铸铁管。每根立管每层设洗脸盆、虹吸式坐便器和浴盆各2个，设计管路。解：1）计算各管段排水设计秒流量2）查表确定立管管径3）查表确定排水横干管和排出管管径4）专用通气立管管径5）汇合通气管及伸顶通气管计算6）结合通气管管径例4-1某9层饭店排水系统采用污废水分流制，管材为排水铸三、空调冷凝水管路设计各种空调设备（例如风机盘管机组，柜式空调机，新风机组，组合式空调箱等）在运行过程中产生凝结水。较之建筑排水管网，凝结水管网内的流动稳定性要好得多，气压波动小。设计要点：管材；坡度；水封；通气；保温；冲洗的可能性。三、空调冷凝水管路设计各种空调设备（例如风机盘管机组，柜式空通常，可以根据机组的冷负荷Q（kW）按下列数据近似选定冷凝水管的公称直径：Q≤7kW时，DN=20mmQ=7.1～17.6kW时，DN=25mmQ=17.7～100kW时，DN=32mmQ=101～176kW时，DN=40mmQ=177～598kW时，DN=50mmQ=599～1055kW时，DN=80mmQ=1056～1512kW时，DN100mmQ=1513～12462kW时，DN=125mQ＞12462kW时，DN=150mm通常，可以根据机组的冷负荷Q（kW）按下列数据近似选定冷凝水4.2汽液两相流管网水力特征与水力计算一、汽液两相流管网水力特征1、蒸汽供热管网高速水滴，水塞，水击坡度要求：汽水同向时，干管i=0.003，支管i=0.01~0.02疏水装置：耐水击疏水器或水封上供式系统：供汽干管需排凝水，立管从干管上方或上方侧接出4.2汽液两相流管网水力特征与水力计算一、汽液两相流管网水力下供式系统：汽水逆向管道，流速应小，管径应大散热器与立管连接点低于散热器出口，阀门应用转心阀或球阀散热器上设自动排气阀，高度在1/3处2、凝结水管网二次汽化，疏水器后汽液两相流凝水回流：重力回水、余压回水、机械回水二次蒸汽利用下供式系统：二、室内低压蒸汽供暖管网水力计算方法：压损平均法紊流过渡区、阻力平方区，柯氏、阿氏公式，K=0.2mm，密度认为不变步骤：1、计算系统资用动力锅炉出口（或建筑物采暖管网入口）蒸汽压力。2、计算最不利环路平均比摩阻确定管径P0一般取2000Pa；Pg较大时，Rm可能很大，导致流速过大。这时，控制比压降<100Pa/m。二、室内低压蒸汽供暖管网水力计算3、计算并联管路资用动力，确定管径。流速限制：汽水同向时v<30m/s；汽水逆向时v<20m/s。实际采用更低。注：此处不进行压损或阻力平衡计算，原因是蒸汽采暖的自调节性和周期性，与疏水器的作用有关。4、凝结水管径确定排气前为干式：根据输热量查手册。排气后为湿式：查手册，同负荷下管径小于干式。3、计算并联管路资用动力，确定管径。三、室内高压蒸汽供暖系统水力计算紊流过渡区、阻力平方区，K=0.2mm，局阻按当量长度算，密度也可认为不变。方法：1、压损平均法管路阻力损失≤1/4系统起始压力2、假定流速法汽、水同向流动时v<80m/s汽、水逆向流动时v<60m/s推荐采用15～40m/s（小管径取低值）三、室内高压蒸汽供暖系统水力计算3、限制平均比摩阻法高压蒸汽供暖的干管的总压降不应超过凝水干管总压降的1.2～1.5倍。一般选用管径较粗，但工作可靠。四、室外蒸汽管网的水力计算计算公式：同室外热水供热管网。注意：密度变化。采用图表计算要注意修正：密度修正；粗糙度修正。3、限制平均比摩阻法例4-2重力回水低压蒸汽采暖系统一个支路。每个散热器热负荷为4000W。每根立管及每个散热器的蒸汽支管上均装有截止阀。每个散热器凝水支管上安装有一个恒温式疏水器。总蒸汽立管保温。要求确定管径及锅炉蒸汽压力。解：1）确定锅炉压力按推荐比压降估算2）计算最不利环路计算比摩阻，查表3）计算并联支路计算支路资用压力、比摩阻，查表4）凝水管管径选择按输热能力查表例4-2重力回水低压蒸汽采暖系统一个支路。每个散热器热负4.4枝状管网水力共性与计算通用方法一、环路、共用管路和独用管路1、环路：以管网内任一点为起点，沿流向必定回到起点，沿途经过的所有管路构成环路。开式管网与虚拟的管道构成虚拟闭合的环路。2、共用管路：在多个环路中共存的管路。3、独用管路：只出现在一个环路中的管路。4.4枝状管网水力共性与计算通用方法一、环路、共用管路和独用二、环路的动力源环路动力：1、全压来源泵或风机上级管网压力容器环境流体的动压二、环路的动力源环路动力：2、重力作用动力来源闭合环路中，当密度为常数时，即闭式管网密度不变或开式管网流体与环境流体密度相同，重力不做功。水平管路中，2、重力作用动力来源竖直管路中，向上流动重力做负功，位压上升向下流动重力做正功，位压减小对闭合环路，若重力加强循环反之，重力阻碍循环。竖直管路中，三、需用压力与资用动力稳态时，1、需用压力全压来源需要提供的压力（泵、风机、调压器等）先求出阻力损失，减去重力作用动力即得需用压力。2、资用动力可供环路使用的总动力。选择最不利环路时，应选需用压力最大的环路。即管路长、部件多、重力推动力小甚至阻碍流动。三、需用压力与资用动力四、资用动力分配1、按最不利环路长度分配资用动力2、确定共用管路的资用动力=共用管路的阻力损失3、计算独用管路的资用动力=总资用动力-共用管路资用动力4、分配给独用管路每一段四、资用动力分配1、按最不利环路长度分配资用动力五、压损平衡与阻力平衡1、独用管路的压损平衡独用管路的阻力损失与其资用动力相等。设计时，调整管径，使其阻力损失与资用动力相等。普遍适用。2、并联管路阻力平衡当并联管路资用动力相等时，它们的阻力损失也相等。有条件适用。五、压损平衡与阻力平衡1、独用管路的压损平衡Ch4多相流管网水力特征与水力计算4.2汽液两相流管网水力特征与水力计算4.4枝状管网水力共性与计算通用方法4.1液气两相流管网水力特征与水力计算Ch4多相流管网水力特征与水力计算4.2汽液两相流管网水4.1液气两相流管网水力特征与水力计算一、水力特征1、建筑内部排水流动特点水量、气压随时间变化幅度大。流速随空间变化剧烈。2、水封水封：一般在存水弯内保持一定高度的水柱，抵抗排水管内气压变化，防止管内气体进入室内。水封位置：卫生器具、空调集水盘出水口处。水封高度：一般50~100mm。水封强度：抵抗系统内压力变化的能力。4.1液气两相流管网水力特征与水力计算一、水力特征水封破坏：水封高度减小，不能抵抗管道内允许的压力变化时，管内气体进入室内。原因：自虹吸损失、诱导虹吸损失、静态损失。二、横管内的水流状态1、能量变化V0——竖直下落末端水流速度；he——横管断面水深；v——he水深时的水流速度；K——与连接形式有关的能量损失系数。水封破坏：水封高度减小，不能抵抗管道内允许的压力变化时，管内2、流动状态3、压力变化1）横支管内压力变化2）横干管内压力变化横管内水流状态示意图1-水膜状高速水流；2-气体2、流动状态横管内水流状态示意图Ch4多相流管网水力特征及水力计算课件三、立管中的水流状态1、特点断续的非均匀流水气两相流管内压力变化剧烈2、流态附壁螺旋流：排水量较小，立管中心气流仍旧正常，气压较稳定。水膜流：有一定厚度的带有横向隔膜的附壁环状流。终限流速终限长度三、立管中的水流状态1、特点Ch4多相流管网水力特征及水力计算课件这3个阶段流动状态的形成与管径和排水量有关，即立管充满率。排水立管内的水流状态应为水膜流。实验表明，在设有专用通气立管的排水系统中：水塞流：随排水量继续增加，水膜厚度不断增加，隔膜下部压力不能冲破水膜，最后形成较稳定的水塞。这3个阶段流动状态的形成与管径和排水量有关，即立管充满率。水3、水膜流的力学分析及通水能力水膜区以水为主的水气两相流，忽略气；气核区以气为主的气水两相流，忽略水。经分析推导，得出：3、水膜流的力学分析及通水能力工作高度：横支管与立管连接处至排出管中心的距离。工作高度：横支管与立管连接处至排出管中心的距离。4、压力波动因素及防止措施因素确保立管内通水能力和防止水封破坏是建筑内部排水系统中两个最重要的问题，这两个问题都与立管内压力有关。最大负压与立管内粗糙度和管径成反比，与排水量、终限流速和空气总阻力系数成正比。空气总阻力系数中水舌阻力系数最大，与排水量、横支管与立管的连接方式有关。防止措施：减小终限流速减小水舌阻力系数4、压力波动因素及防止措施Ch4多相流管网水力特征及水力计算课件二、建筑排水管网水力计算1、横管水力计算设计规定（1）充满度—规定最大设计充满度（2）自净流速—规定的最小流速（3）管道坡度—通用坡度，最小坡度（4）最小管径—防止堵塞的最小管径厨房：75mm，100mm医院：75mm大便器：100mm小便槽：75mm二、建筑排水管网水力计算1、横管水力计算水力计算：明渠均匀流2、立管水力计算排水立管按通气方式分为普通伸顶通气、专用通气立管通气、特制配件伸顶通气和无通气四种情况。根据设计秒流量查最大允许排水流量表，查管径。水力计算：明渠均匀流3、通气管道计算单立管伸顶通气管与污水管同管径。寒冷地区管径放大一号。双立管通气管管径≥1/2污水管径，最小管径查表。通气立管长度＞50m时，管径同污水管。三立管和多立管系统的通气管按最大一根排水立管径查表确定，同时≥其余排水管径。结合通气管≥通气立管径。汇合通气管不需逐段改变管径。3、通气管道计算例4-1某9层饭店排水系统采用污废水分流制，管材为排水铸铁管。每根立管每层设洗脸盆、虹吸式坐便器和浴盆各2个，设计管路。解：1）计算各管段排水设计秒流量2）查表确定立管管径3）查表确定排水横干管和排出管管径4）专用通气立管管径5）汇合通气管及伸顶通气管计算6）结合通气管管径例4-1某9层饭店排水系统采用污废水分流制，管材为排水铸三、空调冷凝水管路设计各种空调设备（例如风机盘管机组，柜式空调机，新风机组，组合式空调箱等）在运行过程中产生凝结水。较之建筑排水管网，凝结水管网内的流动稳定性要好得多，气压波动小。设计要点：管材；坡度；水封；通气；保温；冲洗的可能性。三、空调冷凝水管路设计各种空调设备（例如风机盘管机组，柜式空通常，可以根据机组的冷负荷Q（kW）按下列数据近似选定冷凝水管的公称直径：Q≤7kW时，DN=20mmQ=7.1～17.6kW时，DN=25mmQ=17.7～100kW时，DN=32mmQ=101～176kW时，DN=40mmQ=177～598kW时，DN=50mmQ=599～1055kW时，DN=80mmQ=1056～1512kW时，DN100mmQ=1513～12462kW时，DN=125mQ＞12462kW时，DN=150mm通常，可以根据机组的冷负荷Q（kW）按下列数据近似选定冷凝水4.2汽液两相流管网水力特征与水力计算一、汽液两相流管网水力特征1、蒸汽供热管网高速水滴，水塞，水击坡度要求：汽水同向时，干管i=0.003，支管i=0.01~0.02疏水装置：耐水击疏水器或水封上供式系统：供汽干管需排凝水，立管从干管上方或上方侧接出4.2汽液两相流管网水力特征与水力计算一、汽液两相流管网水力下供式系统：汽水逆向管道，流速应小，管径应大散热器与立管连接点低于散热器出口，阀门应用转心阀或球阀散热器上设自动排气阀，高度在1/3处2、凝结水管网二次汽化，疏水器后汽液两相流凝水回流：重力回水、余压回水、机械回水二次蒸汽利用下供式系统：二、室内低压蒸汽供暖管网水力计算方法：压损平均法紊流过渡区、阻力平方区，柯氏、阿氏公式，K=0.2mm，密度认为不变步骤：1、计算系统资用动力锅炉出口（或建筑物采暖管网入口）蒸汽压力。2、计算最不利环路平均比摩阻确定管径P0一般取2000Pa；Pg较大时，Rm可能很大，导致流速过大。这时，控制比压降<100Pa/m。二、室内低压蒸汽供暖管网水力计算3、计算并联管路资用动力，确定管径。流速限制：汽水同向时v<30m/s；汽水逆向时v<20m/s。实际采用更低。注：此处不进行压损或阻力平衡计算，原因是蒸汽采暖的自调节性和周期性，与疏水器的作用有关。4、凝结水管径确定排气前为干式：根据输热量查手册。排气后为湿式：查手册，同负荷下管径小于干式。3、计算并联管路资用动力，确定管径。三、室内高压蒸汽供暖系统水力计算紊流过渡区、阻力平方区，K=0.2mm，局阻按当量长度算，密度也可认为不变。方法：1、压损平均法管路阻力损失≤1/4系统起始压力2、假定流速法汽、水同向流动时v<80m/s汽、水逆向流动时v<60m/s推荐采用15～40m/s（小管径取低值）三、室内高压蒸汽供暖系统水力计算3、限制平均比摩阻法高压蒸汽供暖的干管的总压降不应超过凝水干管总压降的1.2～1.5倍。一般选用管径较粗，但工作可靠。四、室外蒸汽管网的水力计算计算公式：同室外热水供热管网。注意：密度变化。采用图表计算要注意修正：密度修正；粗糙度修正。3、限制平均比摩阻法例4-2重力回水低压蒸汽采暖系统一个支路。每个散热器热负荷为4000W。每根立管及每个散热器的蒸汽支管上均装有截止阀。每个散热器凝水支管上安装有一个恒温式疏水器。总蒸汽立管保温。要求确定管径及锅炉蒸汽压力。解：1）确定锅炉压力按推荐比压降估算2）计算最不利环路计算比摩阻，查表3）计算并联支路计算支路资用压力、比摩阻，查表4）凝水管管径选择按输热能力查表例4