多相流管网水力特征与水力计算

多相流管网水力特征与水力计算第一页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.1液气两相流管网水力特征与水力计算工程背景：建筑排水管网空调凝结水管网蒸汽供暖管网第二页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.1.1液气两相流管网水力特征

4.1.1.1建筑内部排水流动特点及水封

（1）流动特点

气、液、固均存在，固较少，视为液气两相流。水量、气压时变幅度大。流速随空间变化剧烈。横支管进入立管，流速激增，水汽混合；立管进入横总管，流速急降，水气分离。第三页，共三十七页，编辑于2023年，星期五（2）水封

水封水封位置水封高度水封破坏第四页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.1.1.2横管内水流状态

（1）能量（2）状态图4-1-1横管内水流状态示意图1-水膜状高速水流；2-气体第五页，共三十七页，编辑于2023年，星期五（3）管内压力

1）横支管内压力变化2）横干管内压力变化

更为剧烈。特别注意对建筑下部几层横支管的影响，要与横干管保持一定的垂直距离。第六页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.1.1.3立管中水流状态

排水立管上接各层排水横支管，下接横干管或排出管，立管内水流呈竖直下落流动状态，水流能量转换和管内压力变化剧烈。（1）排水立管水流特点

1）断续的非均匀流

2）水气两相流

3）管内压力变化

第七页，共三十七页，编辑于2023年，星期五图4-1-3排水管内压力分布示意图第八页，共三十七页，编辑于2023年，星期五（2）排水立管中水流流动状态

1）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。这种状态历时很短。2）水膜流

有一定厚度的带有横向隔膜的附壁环状流。随水流下降流速的增加，水膜所受管壁摩擦力增加。当水膜受向上的管壁摩擦力与重力达到平衡时，下降速度和厚度不再发生变化，这时的流速叫终限流速（vt）。从横支管水流入口至终限流速形成处的高度叫终限长度（lt）。横向隔膜不稳定，形成与破坏交替进行。在水膜流阶段，立管内气压有波动，但其变化不会破坏水封。

3）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。水塞向下运动，管内气体压力波动剧烈，水封破坏，整个排水系统不能正常使用。

第九页，共三十七页，编辑于2023年，星期五这3个阶段流动状态的形成与管径和排水量有关。也就是与水流充满立管断面的大小有关。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：第十页，共三十七页，编辑于2023年，星期五（3）水膜流运动的力学分析

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：

第十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.1.1.4排水管在水膜流时的通水能力

第十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期五第十三页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.1.1.5影响立管内压力波动的因素及防止措施

(1)影响排水立管内部压力的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：第十四页，共三十七页，编辑于2023年，星期五（2）稳定立管压力增大通水能力的措施

减小终限流速减小水舌阻力系数K第十五页，共三十七页，编辑于2023年，星期五第十六页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.1.2建筑排水管网的水力计算

4.1.2.1横管的水力计算

1、设计规定

（1）充满度

（2）自净流速

（3）管道坡度

（4）最小管径

第十七页，共三十七页，编辑于2023年，星期五2.横管水力计算方法

对于横干管和连接多个卫生用水器具的横支管，应逐段计算各管段的排水设计秒流量，通过水力计算来确定各管段的管径和坡度。建筑内部横向管道按明渠均匀流公式计算。水力计算表见《建筑给水排水工程》（第四版）附录6-1和6-2第十八页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.1.2.2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。

四种情况的排水立管最大允许通水能力见表4-1-9，设计时先计算立管的设计秒流量，然后查表4-1-9确定管径。

第十九页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.1.2.3通气管道计算

按工程实际情况，查取有关手册、参考资料确定。第二十页，共三十七页，编辑于2023年，星期五自学【例4-1】

参考书：

《建筑给水排水工程》（第四版）第二十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.1.3空调凝结水管路系统的设计

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，气压波动很小。设计要点：管材；坡度；水封；通气；保温；冲洗的可能性。第二十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期五

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第二十三页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.2汽液两相流管网水力特征与水力计算

4.2.1汽液两相流管网水力特征与保障正常流动的技术措施汽、液相的相互转变：

蒸汽－－凝水；凝结水－－二次汽化。形成流动阻碍。水击产生及防止

蒸汽管路中的凝水不能顺利排走，遇到阻碍，在高速下（>20m/s)与管壁、管件撞击。尽量汽、水同向流，逆向流时采用低流速；及时排除凝水。系统引入和排除空气

停止运行时，引入空气以排除凝水；开始运行，排除空气。第二十四页，共三十七页，编辑于2023年，星期五凝结水回收重力回水余压回水机械回水二次蒸汽利用第二十五页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.2.2室内低压蒸汽供暖管网水力计算（1）蒸汽管路资用动力锅炉出口（或建筑物采暖管网入口）蒸汽压力。密度：常数。计算方法压损平均法－－平均比摩阻P0一般取2000Pa；Pg较大时，Rm可能很大，可能导致流速过大。这时，控制比摩阻<100Pa/m。第二十六页，共三十七页，编辑于2023年，星期五计算次序

最不利管路－－其他管路流速限制

汽水同向：<30m/s

汽水逆向：<20m/s

实际采用更低。蒸汽供暖管网的“周期性”和“自调节性”

原因：疏水器的作用第二十七页，共三十七页，编辑于2023年，星期五（2）凝水管路干凝水管路

非满管流。按负担的热负荷查表确定管径。前提：坡度0.005。湿凝水管路

按负担的热负荷查表确定管径。计算表参考《供热工程》（第三版）第二十八页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.2.3室内高压蒸汽供暖管网水力计算

（1）蒸汽管道：压损平均法

假定流速法汽、水同向流动时<80m/s

汽、水逆向流动时<60m/s

推荐采用15～40m/s（小管径取低值）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

第二十九页，共三十七页，编辑于2023年，星期五（2）凝水管道散热设备——疏水器

非满管流的，保证坡降I>0.005，查表选用管径。疏水器以后：余压回水，在室外凝水管网中介绍。第三十页，共三十七页，编辑于2023年，星期五计算公式：同室外供热管网。注意：密度变化。采用图表计算要注意修正：密度；粗糙度。4.2.4室外蒸汽管网的水力计算

第三十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.2.5凝结水管网的水力计算方法

第三十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期五管段A—B

散热设备—疏水器。非满管流。前面已在“室内高压蒸汽供暖管网水力计算”中介绍。管段B—C

乳状混合物的两相流。要计算混合物的密度。按（4-2-13）（4-2-14）。

1）疏水器—二次蒸发箱

2）疏水器—凝结水箱（沿图中绿色管道路径）对于1），距离较短，按余压凝水管道计算表计算、修正；对于2），按室外热水管网水力计算表计算、修正。局部阻力按百分数估计。第三十三页，共三十七页，编辑于2023年，星期五管段C—D

饱和凝水。按资用动力确定平均比摩阻，利用室外供热计算表确定管径。管段D—E

凝水泵输送凝水，满管流。按流速1~2m/s，用室外供热计算表确定管径并计算阻力、确定水泵所需扬程。注意修正。第三十四页，共三十七页，编辑于2023年，星期五4.3气固两相流管网水力特征与水力计算4.3.1气固两相流水力特征（1）物料的沉降速度和悬浮速度

粉状物料与粒状物料，根据不同的雷诺数，可得不同的计算公式。若气体处于静止状态，则vf是颗粒的沉降速度；若颗粒处于悬浮状态，则vf是使颗粒处于悬浮状态的竖直向上的气流速度，称为颗粒的悬浮速度。第三十五页，共三十七页，编辑于2023年，星期五（2）气固两相流中物料的运动状态

竖直管道中，要使物料悬浮，所需速度比理论悬浮