流体输配管网课件

第1章流体输配管网型式与装置自然界中的流体输配管网：人体呼吸系统血液循环系统植物水分输配系统江河水系工程中的流体输配管网：西气东输南水北调城市供热、给水排水、燃气建筑物采暖、上下水、燃气、空调送排风、空调冷冻水与冷却水工厂通风1.1举例认识管网1.1.1居民楼厨房排烟管网1油烟机排烟罩－－收集烟气2风机－－抽烟和排烟3单向阀－－防止烟气倒流4管道－－引导烟气流动路径5风帽－－防止雨水该管网组成与功能分析该管网的特点：1流体种类：气体，极少量液体2管网型式：管内流体与环境（大气）的关系：开式每个支路管道流向的确定性：枝状管道中流体的分流与汇流：汇流归纳：流体输配管网的组成流体的源和汇管道动力装置调控装置末端装置其他附属设备1.1.2西气东输接续天然气管网

该管网的特点：1按照压力不同分级，不同的场合应用不同的压力级别。2城区管网的一些管线构成环状。3上下级管网相互影响。4是一个开式管网。1.1.3重力循环热水采暖管网1－热源2－膨胀水箱3－散热器4－管道该管网的特点：重力作用形成管网中流体流动的动力。（思考：空调冷冻水系统能否依靠自然循环？）枝状管网（注意：“闭合”不一定是“环状”）闭式管网（同程与异程）1－热源(蒸汽锅炉)2－疏水器3－散热器4－管道1.1.4蒸汽采暖管网该管网的特点：1介质：汽体、汽液混合、液体（分析在管网不同位置的流体种类及占主导地位的流体）2既有分流，又有汇流3枝状管网1.1.5气力物料输送管网该管网的特点：气固两相流，固体颗粒是流动的阻碍。风速要求高，流动阻力大，风机的压力要求大。输送距离有限。1.1.5热水供热管网系统1－热源2－循环水泵3－补水泵4－压力调节阀5－散热器6－喷射泵7－混合水泵8－热交换器9－用户循环水泵10－膨胀水箱该管网的特点：上下级管网的连接一级管网集中供热管网（外网）二级管网用户采暖管网（内网）两级管网之间的连接方式：(a)直接连接(b)装喷射泵直接连接(c)装混合水泵直接连接(d)装换热器间接连接不同级管网之间的水力相关性水力相关性的概念“水”泛指流体；“水力”指流体流动时的一些力学性质，主要是压力、速度等。“相关”指上下级管网之间的压力、速度相互影响；“无关”指上下级管网之间压力、速度不相互影响。直接连接的上下级管网是水力相关的，间接连接则水力无关。注意：水力无关的管网“热力相关”。1.2小结1.2.1流体输配管网的基本功能与基本组成基本功能从“源”取得流体，通过管道输送，按照要求将流量分配给用户的末端装置；从末端装置处按照要求收集流体，通过管道，将其输送到“汇”。基本组成：末端装置

从管道中取得一定量的流体，或将一定量的流体送入管道。如：排风罩、散热器、送风口、燃气罩；卫生器具、配水龙头等。基本组成：管道在“源”和“汇”之间，给流体流动以路径，引导流体流动。基本组成基本组成：动力

来源于“源”如锅炉；储气罐的压力；上级管网的压力；来源于重力如自然循环热水采暖；建筑排水；

来源于机械动力－－水泵与风机

机械通风、城市供热、城市给水等，应用广泛。调控设备

调节阀、关断阀安全、计量装置安全阀、报警器、流量计、温度计、压力表等其他装置与设备膨胀水箱、排气装置、疏水器、过滤器等其他装置：1.2.2流体输配管网的分类1.2.2.1单相流与多相流管网1.2.2.2重力驱动与压力驱动管网1.2.2.3开式与闭式管网1.2.2.4枝状与环状管网1.2.2.5异程式管网与同程式管网1.2.3多级管网之间的连接方式1.2.3.1直接连接－－水力相关1.2.3.2间接连接－－水力无关第一章课后要求完成习题仔细阅读并理解教材内容阅读参考书第二章气体输配管网的水力特征与水力计算重点：重力、压力及重力和压力综合作用的３种气体管流的水力特征；

流体输配管网水力计算的基本原理、方法及相关概念；环路与环路位压的概念，压损平衡与阻力平衡，动静压的相互转换。2.1气体管流的水力特征2.1.1气体重力管流的水力特征（1）竖向开口管道1-2断面的能量方程静压位压动压当1断面和2断面位于位于进口和出口处，这时静压均为0。若将出口的动压损失视为出口的一种流动局部阻力，则：以厨房排烟管网为例，当没有开启排风机、且未设防倒流阀，夏季竖井中密度低，室外空气经竖井进入室内；冬季竖井温度高，室内空气进入竖井。上式表明：流动阻力依靠位压（即重力的作用）克服。流动方向取决于管内外的密度差。厨房排烟管网（2）U型管道内的重力流通过列写断面1-D、断面D-2的能量方程，综合后得到：注意：断面1和2分别在进口和出口外；包含了进口阻力损失和出口阻力损失。（2）U型管道内的重力流进出口位于相同标高时，流动动力是竖管内的密度差与高差的乘积，与管外大气密度无关。流动方向取决于竖管内密度的相对大小。请分析1、2断面高差不等的情况。（3）闭式管道内的重力流具有与进出口断面等高的U型重力流竖管相同的水力特征。2.1.2气体压力管流水力特征2.1.3压力和重力综合作用下的气体管流水力特征

若压力（Pq1－Pq2）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时，还要克服位压，排气能力削弱，尤其是高层建筑。2.2流体输配管网水力计算的基本原理和方法

水力计算：设计计算；校核计算设计计算：根据要求的流量分配，确定管网的各段管径（或断面尺寸）和阻力。对枝状管外，求得管网特性曲线，为匹配管网动力设备准备好条件，进而确定动力设备（风机、水泵等）的型号。校核计算：根据已定的动力设备，确定保证流量输配的管道尺寸；或者根据已定的管道尺寸，确定保证流量输配的动力设备。水力计算是流体输配管网设计及其运行质量保证的基本手段。

2.2流体输配管网水力计算的基本原理和方法设计计算已知：管网系统的布置；各末端设备的风量；确定：风道的断面尺寸；风道的阻力；选择合适的动力设备（风机型号及其匹配的电机功率）。2.2流体输配管网水力计算的基本原理和方法校核计算已知：管网系统的布置；风道断面的尺寸；通风系统的动力设备；确定：各末端设备的风量是否满足要求；动力匹配是否合理。水力计算的基本理论依据：流体力学一元流动连续性方程、能量方程及串、并联管路流动规律。管网的流动动力等于管网流动总阻力。若干管段串联后的阻力，等于各管段阻力之和；各并联管段的起点（终点）相同，具有相同的压力。不包含动力源的并联管段，阻力应相等。管段阻力是构成管网阻力的基本单元。流体力学已经揭示，管段中的流体流动过程中的阻力有两种，一种是摩擦阻力，也称为沿程阻力；另一种是局部阻力。水力计算的基本原理：2.2.1摩擦阻力计算

摩擦阻力系数说明：工程上常根据自身的工程特点，编制相应的计算图表帮助计算。任何计算公式或图表，都有其制图条件和使用范围，使用时要特别注意。当工程条件与得出公式或图表的条件有差异时，常采用修正的方法。如密度和黏度修正、温度和热交换修正以及管壁粗糙度修正等。图2-3-1制图条件：标准大气压；T=20℃；密度1.204kg/m3；运动黏度：15.06×10-6m2/s；粗糙度k=0.15mm；圆形截面风管。修正方法：教材P54公式（2-3-3）~（2-3-9）2.2.1局部阻力计算产生原因：流动边界几何形状改变，使流动产生涡旋、流动方向变化，引起能量损失。局部阻力基本计算公式：局部阻力系数：局部阻力处，流动处于阻力平方区。局部阻力系数只与几何形状有关。局部阻力系数与其安装条件（受流动环境的影响）、各部分的几何尺寸有关（如突扩）。同名的局部阻力在不同的场合有不同的阻力系数值。局部阻力系数值通过一般实验获得。局部阻力系数值总是与所指的断面动压对应的，使用时必须注意。各工程设计手册给出了常用的局部阻力系数。课外兴趣作业1：开发单相流管网水力计算的通用软件。基本要求：1）基本具备完成本专业工程中常见的通风空调管网（气体输配）、供热空调管网（液体输配）的设计性水力计算；2）界面友好，使用方便；3）具有完整的使用说明，包含计算实例。2.2.3

常用的水力计算方法

假定流速法压损平均法静压复得法

假定流速法的特点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,得出需要的作用压力。假定流速法适用于作用压力未知的情况。

假定流速法的基本步骤：

（1）绘制管网轴测图，对各管段进行编号，标出长度和流量，确定最不利环路。（2）合理确定最不利环路各管段的管内流体流速。（3）根据各管段的流量和确定的流速，确定最不利环路各管段的断面尺寸。（4）计算最不利环路各管段的阻力。（5）平衡并联管路。确定并联管路的管径，使各并联管路的计算阻力与各自的资用压力相等，可用压损平均法计算。这是保证流量按要求分配的关键。若并联管路计算阻力与各自的资用压力不相等，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与各自的资用压力相等。这时各并联管路的流量不是要求的流量。（6）计算管网的总阻力，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，综合考虑为管网匹配动力设备（风机、水泵等），确定动力设备所需的参数。

压损平均法的特点将已定的总作用压力，按干管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。当管道系统的动力已定时进行水力计算，此法较为方便。当然，也可按其他技术经济性更好的方法将已定作用压力分配给各管段。压损平均法的基本步骤：（1）绘制管网轴测图，对各管段进行编号，标出长度和流量，确定最不利环路。（2）根据确定的最不利环路的资用动力，计算最不利环路单位管长的压力损失。（3）根据最不利环路单位管长压力损失和各管段流量，确定其各管段管径或断面尺寸。（4）确定其他支路的资用动力，计算单位管长的压力损失。（5）根据各支路单位管长压力损失和各管段流量，确定其他各管段管径。

资用动力已知的情况静压复得法的特点通过调整管道断面尺寸，维持管道在不同断面处的管内静压。送风管道若要求各个风口风量均匀，常用此方法保证要求的风口风速。

静压复得法的基本步骤：不论采用何种方法，水力计算前必须完成管网系统和设备的布置，确定管道材料及每个管段的流量，然后循着各种方法所要求的步骤进行计算。水力计算中，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。

说明：2.3.1通风空调工程气体输配管网水力计算

以通风空调工程的空气输配管网为例，学习开式枝状气体输配管网水力计算的具体方法。设计计算要确定管径和动力大小，主要采用假定流速法。

需先完成空气输配管网的布置，确定设备和各送排风点位置的确定；各送排风点要求的风量；管道布置、各管段的输送风量。制作风管的水力计算表格。

【例2-3】图2-3-2所示的通风除尘管网。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。当地气压接近标准大气压力。除尘器清灰前阻力ΔPc=1200Pa。对该管网进行水力计算，获得管网特性曲线。计算表格格式见表2-3-5。同学们可利用电子表格(Excel)进行制作。2.3.1.1确定最不利环路的管内流速和管道断面尺寸

（1）绘制风管系统轴测图，并划分管段，对各管段进行编号，标注其长度和设计风量。管段：管内流量和管道断面均不变化。管段长度按中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。图2-3-2通风除尘管网轴测图

〔例2-3〕（2）确定管内流速和管道断面尺寸管内的流速对通风、空调系统的经济性有较大的影响，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；但是系统的阻力大，动力消耗增大，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。根据工程经验，总结出了通风空调工程中风管内较为合理的空气流速。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。

解释：环路；最不利环路。根据表2-3-3，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（思考？），取5%的漏风系数，管段6及7的计算风量为6300×1.05=6615m3/h。〔例2-3〕1包含有水平风管，初定流速为14m/s。管径计算：没有这个标准规格，取为d=0.2m=200mm则实际风速为：同理确定出3、5、6、7的管内流速和管径。管内流速和管径：〔例2-3〕2.3.1.2

风管摩擦阻力计算

公式计算：

对于圆管，4Rs＝D图表计算制成计算表或线算图。图2-3-1所示的线算图，可供计算管道阻力时使用。只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余的两个参数。该图是按过渡区的λ值，在压力B0=101.3kPa、温度t0=20℃、空气密度ρ0=1.204kg/m3、运动粘度ν0=15.06×10-6m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm、圆形风管、气流与管壁间无热交换等条件下得出的。当实际条件与上述条件不相符时，应进行修正。注意：密度、粘度修正；温度、大气压力和热交换修正；壁面粗糙度修正。非圆管利用图表－－引入“当量直径”流速当量直径：假设某一圆形风管中的空气流速与非圆形风管中的空气流速相等，并且两者的单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为此矩形风管的流速当量直径，以Dv表示。根据这一定义,断面为a×b的矩形风管的流速当量直径Dv用下式计算，查表时用矩形风管中的流速。

流量当量直径设某一圆形风管中的空气流量与非圆形风管的空气流量相等，并且单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为非圆形风管的流量当量直径，以DL表示。根据推导，矩形风管的流量当量直径可近似按下式计算。查表时用矩形风管中的流量。

查图得管段1的比摩阻为12.5Pa/m，填入计算表中，并计算管段的摩擦阻力。同理查得3、5、6、7管段的比摩阻和摩擦阻力填入计算表中。检查是否需要修正。本例无需进行修正。如需修正的情况，在水力计算表中留出填写这些参数的位置。摩擦阻力：〔例2-3〕2.3.1.3风管局部阻力计算

计算公式：各种管件（弯头、三通等）的局部阻力系数ξ通常查图表确定。查图表时要注意依据的参数值。还要注意对应的特征速度。各种设备的局部阻力或局部阻力系数，由设备生产厂商提供。

局部阻力计算：（1）管段1设备密闭罩ζ=1.0（对应接管动压）90°弯头（R/D=1.5）一个ζ=0.17直流三通（1→3）（见图2-3-3）（参见《工业通风》第三版p232）根据F1+F2≈F3

，α=30°，查得ζ13=0.20Σζ=1.0+0.17+0.20=1.37

计算出管段1的局部阻力损失为：147.5Pa。同理计算出3、5、6、7各管段的局部阻力，填入表中。〔例2-3〕各管段的总阻力

＝沿程阻力＋局部阻力。2.3.1.4并联管路的平衡

（1）开式管网的虚拟闭合

引入虚拟管路的概念，将开式管网变为虚拟的闭式管网。虚拟管路是连接开式管网出口和进口的虚设管路，该管路中的流体为开式管网出口和进口高度之间的环境流体，从管网出口流向进口，其水力和热力参数都与环境流体相同，虚拟管路的管径趋于无限大，流动阻力为零。

图2-3-2虚拟管路与流动环路

〔例2-3〕（2）枝状管网的环路、共用管路和独用管路

枝状管网中，管段的流向是唯一的。以管网的源为起点，沿着管路（含虚拟管路），顺着流向（虚拟管路中的流向是从开式管网的真实出口到真实进口）前进，最终必定回到起点。沿途所经过的所有管路（含虚拟管路）构成了枝状管网的一个流动环路。〔例2-3〕管网的环路有：1-3-5-6-7-虚拟管路－1（流动环路I）2-3-5-6-7-虚拟管路－2（流动环路II）4-5-6-7-虚拟管路－4（流动环路III）管段与环路之间的隶属关系有两种情况。其一，共用；其二，独用。若某管路出现在两个及以上的环路中，该管路称为这些环路的共用管路，若管路只出现在某环路中，该管路称为这一环路的独用管路。图2-3-2中，管段1、2、4分别是环路I、II、III的独用管路；管段3为环路I、II的共用管路；管段5、6、7为环路I、II、III的共用管路。

(3)环路动力来源流体力学表明，管网中的流动动力有压力、惯性力和重力3种。在管网工程中，压力称为静压，惯性力称为动压，二者可以互相转换，二者之和称为全压。重力则在不同的工程中有不同的名称，如位压、势压、热压等。

全压的来源与性质来源于风机水泵等流体机械。来源于压力容器。来源于上级管网。性质：在一个位置上提供，沿整个环路中起作用。提供动力的位置在共用管段上，则共用该管路的所有环路都获得相同大小的全压动力。重力产生的环路动力及其性质重力产生的环路动力是在整个环路上形成的。它作用在整个环路上。各个环路因重力作用产生的环路动力不相同。（4）环路的需用压力与资用动力任意环路的动力与阻力平衡，是流体流动的基本规律。要实现要求的流量输送与分配任务，就必须在设计状态，使管网满足这一规律。如果设计计算参数不满足这一规律，管网运行时会按照这一规律的要求，改变流动参数，来满足这一规律，这样，就得不到需要的流量。需用压力：管网需用压力一般按照“最不利环路”来确定管网的需用压力。在有重力作用的情况下，不应只根据管路的长短和局部阻力部件的多少选定最不利环路，而应综合考虑流动阻力和重力作用，选管路长、部件多，重力推动作用小（甚至是为负）的环路为最不利环路。各环路的资用动力管网的需用压力作用在所有环路的共用管路上，则这些环路得到的全压作用是相同的。各环路的资用动力为：（5）环路资用动力的分配最不利环路各管段分配的动力与其流动阻力相等，在最不利环路计算时已经完成了资用动力的分配。（5）环路资用动力的分配其他环路其他环路=与最不利环路共用的管路+不与最不利环路共用的独用管路与最不利环路共用的管路上，分配的资用动力等于其流动阻力：：i环路与最不利环路的共用管段的流动阻力独用管路的资用动力：独用管路的压损平衡共用管路的阻力与资用动力已实现了平衡。要实现设计的流量输配，要让独用管路的阻力与资用动力相等。在设计中通过对管路几何参数（主要是管道断面尺寸）的调整，改变管内流速，来实现上述要求。并联管路阻力平衡管路处于并联地位时，若它们各自所在的环路的重力作用形成的动力相等，则这些并联管路的资用动力相等。那么，它们的阻力也应相等。可见，并联管路阻力平衡是压损平衡的特例。在环路的重力作用形成的动力相等时适用。管段2的压损平衡所在环路II的资用动力：管段2是II环路中不与最不利环路共用的管段，其资用动力：〔例2-3〕管段2的压损平衡按压损平均法：按流量0.22m3/s和比摩阻31.7Pa/m，查线算图，得：取标准规格130mm。查图：速度16.7m/s，局部阻力100.9Pa管段2的压损平衡在设计流量下的总阻力为256.9Pa；资用动力285Pa；不平衡率：基本符合要求。按相同步骤，对管段4进行压损平衡，确定其管径。2.3.2均匀送风管道设计

（1）设计原理均匀送风管道设计原理图2-3-6从条缝口吹出和吸入的速度分布

（2）实现管道均匀送风的条件保持各个侧孔静压相等。保持各个侧孔流量系数相等。增大出流角。注意：增大出流角度除了保证出流量均匀之外，对于送风的作用地点还有重要影响。（3）均匀送风管道的计算方法采用静压复得法。[例2-4]如图所示总风量为8000m3/h的圆形均匀送风管道，采用8个等面积的侧孔送风，孔间距为1.5m。试确定其孔口面积、各断面直径及总阻力。按照上述过程，依次确定后续各管段的断面尺寸。2.3.3室内燃气管网水力计算

（1）管段的计算流量根据负责的燃具数目、考虑同时工作系数进行计算。（2）属于可压缩气体，摩阻计算公式有所不同。（3）并联管路无需进行平衡。（？）（4）局部阻力采用当量长度法计算。（5）位压作用不容忽略。局部阻力的当量长度课后要求：自学：教材〔例2-4〕、〔例2-5〕；《燃气输配》（第三版）P116例〔6-4〕完成习题2-11,2-14。第3章液体输配管网

水力特征与水力计算基本水力特征任意两个断面之间的能量方程位压（水柱压力）大。要注意其对于液体管网运行的影响。空气渗入会严重影响管内的正常流动，要重视“排气”。

3.1.1闭式液体管网水力特征——沿管段流动方向起点高程减去终点高程；——符号数。当管段流动方向与环路方向一致为正，反之为负。3.1.1.1重力循环液体管网的工作原理与水力特征忽略管道散热的影响：起循环作用的是散热器（冷却中心）和锅炉（加热中心）之间的水柱密度差与高差的乘积。如供水温度为95℃，回水70℃，则每米高差可产生的作用压力为156Pa。重力循环的作用压力不大，环路中若积有空气，会形成气塞，阻碍循环。例如在下降的回水管中，有个充满回水管断面，高仅2cm的气泡，就可产生约192Pa的反循环力。因此要特别重视排气。为了排气，系统的供水干管必须有0.5～1.0%向膨胀水箱方向上坡度，散热器支管的坡度一般取1%。在重力循环系统中，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。

（1）并联管路的水力特征环路a-S1-b-热源-a环路a-S2-b-热源-a双管系统的垂直失调当上下层环路的管道、散热器尺寸一致时，必然出现上层的流量大于下层的情况。在供热系统中，称为垂直失调。解决办法：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尺寸及调节措施。并联管路的阻力与流量分配共用管路是b-热源-a，独用管路a-S1-b和a-S2-b处于并联，它们的阻力分别为：并联的独用管路的阻力等于各自的资用动力。它们之间的流量分配：（2）串联管路的水力特征环路动力：各个散热中心处于同一环路，循环动力相同。需要计算从各个散热中心流出的流体的密度。密度推算：tj是第j组散热器出流流体的温度。根据温度，求取各个密度值。单管系统的垂直失调在串联环路中，各层散热器循环作用压力是同一个，但进出口水温不相同，越在下层，进水温度越低。

由于各层散热器的传热系数K随各层散热器平均计算温度差变化，在选择设备时没有正确考虑这一点，也会带来各个散热器的散热量达不到设计要求，引起垂直失调。（3）水在管路中沿途冷却的影响上述分析，没有考虑水在管路中沿途冷却的因素。水的温度和密度沿循环环路不断变化，不仅影响各层散热器的进、出口水温，同时也影响到循环动力。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，必须加以考虑。精确计算：必须明确密度沿程变化的关系式。在工程中，采用简化处理。首先只考虑水在散热器内冷却，然后根据不同情况，增加一个考虑水在循环管路中冷却的附加作用压力。它的大小与系统供水管路布置状况、楼层高度、所计算的冷却中心与加热中心之间的水平距离等因素有关。其数值可从相关采暖设计手册查取。3.1.1.2机械循环液体管网的工作原理与水力特征3.1.2闭式液体管网水力计算

液体管网和气体管网在水力计算的主要目的、基本原理和方法上是相同的。只是因为液体的物性参数与气体有显著差别，液体管网的工作参数也与气体管网有一定区别，所以二者水力计算使用的计算公式和技术数据有所不同。

3.1.2.1液体管网水力计算的基本公式

（1）摩擦阻力：室内管网，常处于紊流过渡区：室外管网，常处于阻力平方区：（2）局部阻力3.1.2.2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和循环动力，确定各管段的管径。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。然后根据各管段流量和Rmp，用公式或图表计算管径，选择接近的标准管径，然后根据流量和选定管径计算阻力损失，并核算资用动力和计算阻力的不平衡率是否满足要求。任务（2）：已知各管段的流量和管径，确定管网的需要压力。方法：首先计算最不利环路各管段的压力损失，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用压力：然后计算其他环路的资用压力，用压损平均法对各个环路不与最不利环路共用的各个管段进行压损平衡。任务（3）：已知各管段的流量，确定各管段的管径和管网的需用压力。方法：首先用假定流速法计算最不利环路。根据管网的技术经济要求，选用经济流速或经济比摩阻，用公式或图表确定管径，计算各个管段的阻力损失，进而确定管网的需用压力。然后计算其他环路的资用压力，用压损平均法对各个环路不与最不利环路共用的各个管段进行压损平衡。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：60~120Pa/m.室外供热管网的经济比摩阻：主干线：30~70pa/m支线：<300Pa/m任务（4）：已知管网各管段的管径和该管段的允许压降，确定通过该管段的水流量。方法：利用公式和图表计算。“不等温降法”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允许压降确定流量，可以得到满足环路压力平衡的流量（实际运行流量）。然后可根据流量，选择合适的换热设备，来满足需要的散热量。3.1.2.3重力循环双管系统管网水力计算

〔例3-2〕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）选最不利环路：通过立管Ⅰ的最底层散热器Ⅰ1（1500W）的环路。这个环路从散热器Ⅰ1顺序地经过管段①、②、③、④、⑤、⑥，进入锅炉，再经管段⑦、⑧、⑨、⑩、⑾、⑿、⒀、⒁进入散热器Ⅰ1。（2）计算最不利环路循环动力：

（3）确定最不利环路各管段的管径1）计算平均比摩阻（控制值）。2）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②，流量272kg/h，Rpj＝3.84Pa/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环路的所有管段的管径。（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）计算最不利环路的总阻力。（7）核算压力富余值。至此，最不利环路计算完成。（8）其他环路计算确定通过立管Ⅰ第二层散热器环路中各管段管径。

不与最不利环路共用的管段是15、16，共用的管段是2-13。管段15、16的资用动力：

用同样的方法，根据管段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。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。

用同样的方法，依次计算I立管第3层、II、III、IV、V各立管各层的管路。说明：有的环路中，可能有的管段已选用了最小管径，仍不能实现允许的不平衡率，可通过调节装置在运行时进行调节。离热源较远的立管、各层支管及共用管段选用较大的管径，便于离热源较近立管各个环路实现平衡。3.1.2.4机械循环液体管网的水力计算方法

（1）室内热水采暖管网与上级管网采用直接连接的管网循环动力由上级管网提供。室内管网的资用压力往往比较大，特别是距离循环动力比较近的建筑物。此时，按资用压力计算得出的最不利环路的平均比摩阻较大，按此选用管径，造成管内流速高、噪音大，且其他环路难于平衡。故一般按控制比摩阻60～120Pa/m进行计算，剩余压力靠入口减压装置消耗。与上级管网采用间接连接的室内管网水力计算的目的是确定管网的需用压力和各管段管径。仍按控制比摩阻进行计算。关于重力循环动力水在管道内冷却的附加作用压力可不考虑。对双管系统，要考虑水在散热器冷却的重力循环动力；单管系统，若各立管楼层数相同，可不考虑；若不同，要考虑。（2）空调冷冻水管网一般是建筑物自成系统（现在也有区域供冷，如北京的中关村）。水力计算目的是确定管网的需用压力。按照推荐流速或控制比摩阻选择最不利环路的管径，再对其他环路进行压损平衡。供回水温差小，不考虑重力作用形成的循环动力。（3）关于同程式系统管网当管网较大时，常采用同程式管网。按控制比摩阻，先计算最远立管，再计算最近立管。这样，所有干管管径即被确定。校核二者的不平衡率。然后计算其他立管，确定其管径。按压损平衡方法进行。最后计算管网的需用压力。提醒：注意阻力计算公式的选用及修正。注意粗糙度等基础参数的取值。灵活应用各种计算参考资料（图表）。阅读有关规范的相关条文。《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003（4）枝状室外供热管网的水力计算《城市热力网设计规范》CJJ34-2002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环路，再对其他环路进行压损平衡。不考虑重力作用形成的动力。基本公式（流动常处于阻力平方区）：流量的单位是t/h；K=0.5mm.〔例3-3〕某工厂厂区热水供热系统，其网路平面布置图（各管段的长度、阀门及方形补偿器的布置）见图3-1-7。网路的计算供水温度t1′=130℃，计算回水温度t2′=70℃。用户E、F、D的设计热负荷Qn′分别为：3.518GJ/h、2.513GJ/h和5.025GJ/h。热用户内部的阻力为ΔP=5×104

Pa。试进行该热水网路的水力计算。

（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的设计流量计算如下：水力计算表表3-1-5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ΔP（Pa）123456789主干线AB4420048.44248.441500.7444.811130BC3018042.34222.341250.7354.612140CD2015034.68184.681000.7679.214627支线BE147018.688.6701.09278.524675CF108018.698.6700.77142.214021（2）最不利环路计算说明：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）。最不利环路的管线也称为“主干线”。本例选A-B-C-D为主干线。控制比摩阻30~70Pa/m。管段AB：流量44t/h。查表，取d=150mm，R=44.8Pa/m闸阀1个，方形补偿器3个，当量长度：相同方法计算管段BC、CD。（3）计算其他支路对其他环路进行压损平衡。管段BE：同理计算管段CF。3.2开式液体管网水力特征与水力计算

水泵扬程需要克服进出口的高差。3.2.1建筑给水管网水力计算

3.2.1.1确定设计流量与管径

流量的确定要考虑末端用水器具的同时用水系数（即同时给水百分数），分两种情况采用不同的计算公式。

（1）用水时间集中，用水设备使用集中，同时给水百分数高的建筑，如工业企业生活间、公共浴室、洗衣房、食堂餐厅、实验室、影剧院、体育场等。（2）用水时间长，用水设备使用不集中，同时给水百分数随用水器具数量增加而减少的建筑，如住宅、宾馆、医院、学校、办公楼等，用水器具种类多，且各种用水器具的额定流量又不尽相同，为简化计算，将安装在污水盆上，管径为15mm的配水龙头的额定流量0.2L/s作为一个当量，其它用水器具的额定流量对它的比值，即为该用水器具的当量值。用下式计算管段的给水设计秒流量qg：

管径的确定按控制流速范围来确定。设计时给水管道流速应控制在正常范围内：生活或生产给水管道，不宜大于2.0m/s，当有防噪声要求，且管径小于或等于25mm时，生活给水管道内的水流速度，可采用0.8～1.0m/s；消火栓系统，消防给水管道，不宜大于2.5m/s；自动喷水灭火系统给水管道，不宜大于5.0m/s，但其配水支管在个别情况下，可控制在10m/s以内。按流量和流速确定管径规格后，需按确定的管径核算实际流速。

3.2.1.2建筑给水管网水头损失计算

（1）沿程阻力选用公式或图表计算。注意它们的使用条件。参考书《建筑给水排水工程》（第四版）王增长主编（2）局部阻力一般不作详细计算，可按下列管网沿程水头损失的百分数采用；生活给水管网为25%～30%；生产给水管网；生活、消防共用给水管网；生活、生产、消防共用给水管网为20%；消火栓系统消防给水管网为10%；自动喷水灭火系统消防给水管网为20%；生产、消防共用给水管网为15%。（3）水表阻力是较为特殊的局部阻力。（4）管网需用压力自学【例3-4】

第4章多相流管网水力特征与水力计算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，固体物较少，可视为液气两相流。水量、气压随时间变化幅度大。流速随空间变化剧烈。横支管进入立管，流速激增，水、气混合；立管进入横总管，流速急降，水、气分离。（2）水封

水封水封位置水封高度水封破坏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；（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。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

图4-1-3排水管内压力分布示意图（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。

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：（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：

4.1.1.4排水管在水膜流时的通水能力

工作高度：横支管与立管连接处至排除管中心的距离。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：（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K4.1.2建筑排水管网的水力计算

4.1.2.1横管的水力计算

设计规定

（1）充满度—规定最大计算充满度（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6-24.1.2.2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。

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。自学【例4-1】

参考书：

《建筑给水排水工程》（第四版）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，气压波动小。设计要点：管材；坡度；水封；通气；保温；冲洗的可能性。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=150mm4.2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。系统中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。凝结水回收重力回水余压回水机械回水二次蒸汽利用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：近似为常数。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。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（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：保证坡度>=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）附录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：最不利管路的总压力损失不超过起始压力的25%。

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）限制干管的总压降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。（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。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：密度修正；粗糙度修正。4.2.4室外蒸汽管网的水力计算

4.2.5凝结水管网的水力计算方法

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（沿图中兰色管道路径）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。管段C—D饱和凝水。按资用动力确定平均比摩阻，利用室外供热管道计算表确定管径。管段D—E凝水泵输送凝水，满管流。按流速1~2m/s，用室外供热管道计算表确定管径并计算阻力、确定水泵所需扬程。注意修正。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，阻力系数CR有不同的计算公式。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。（2）气固两相流中物料的运动状态

实际的竖直管道中，要使物料悬浮，所需速度比理论悬浮速度大得多；水平管中，气流速度不是使物料悬浮的直接动力，所需速度更大。输料管内气固两相流的运动状态，随气流速度和料气比的不同而改变：分别呈悬浮流、底密流、疏密流、停滞流、部分流、柱塞流状态。（3）气固两相流的阻力特征

c点是临界状态点，此时颗粒群刚处于完全悬浮状态，阻力最小。临界状态的流速称为临界流速。

图4-3-3两相流阻力与流速的关系（4）气固两相流管网的主要参数

1）料气比：单位时间内通过管道的物料量与空气量的比值。根据经验，一般低压吸送式系统μ1=1～4，低压压送式系统μ1=1～10，循环式系统μ1=1左右，高真空吸送式系统μ1=20～70。

2）输送风速：可以按悬浮速度的某一倍数来定，一般取2.4～4.0倍，对大密度粘结性物料取5～10倍。输送风速也可按临界风速来定，例如砂子等粒状物料，其输送风速为临界风速的1.2～2.0倍。通常参考经验数据，见表4-3-1。

3）物料速度和速比：物料速度指管道中颗粒群的最大速度。气流必须用一部分能量使物料颗粒悬浮，然后再推动颗粒运动，因此，物料速度v1小于输送风速v。物料速度与输送风速之比称为速比。4.3.2气固两相流管网水力计算

两相流的阻力看作是单相气流的阻力与物料颗粒引起的附加阻力之和。分别计算：1）喉管或吸嘴的阻力2）物料的加速阻力3）物料的悬浮阻力4）物料的提升阻力5）管道的摩擦阻力

6）弯管阻力

7）分离器阻力8）其他部件的阻力讨论：

1）水力计算在流体输配管网设计及运行管理中的作用。

2）各种类型工程管网水力计算的共同点与不同之处。

3）各种水力计算方法的共同点与不同之处。第5章泵与风机的理论基础5.1离心式泵与风机的基本结构5.1.1离心式风机的基本结构（1）叶轮前盘、叶片（2）机壳蜗壳、进风口（3）进气箱（4）前导器（5）扩散器（6）电动机5.1.2离心式泵的基本结构（1）叶轮（2）泵壳（3）泵座（4）轴封装置5.2离心式泵与风机的工作原理及性能参数5.2.1离心式泵与风机的工作原理过程：流体受到离心力的作用——经叶片被甩出叶轮——挤入机（泵）壳——流体压强增高——排出——叶轮中心形成真空——外界的流体吸入叶轮——不断地输送流体。实质：能量的传递和转化过程。电动机高速旋转的机械能——被输送流体的动能和势能。在这个能量的传递和转化过程中，必然伴随着诸多的能量损失，这种损失越大，该泵或风机的性能就越差，工作效率越低。5.2.2离心式泵与风机的性能参数（1）流量Q(m3/s,m3/h)（2）扬程H/全压P(mH2O,Pa)（3）功率：有效功率；轴功率(kW)（4）效率η(%)（5）转速n(r/min)5.3.1绝对速度与相对速度、圆周速度5.3离心式泵与风机的基本方程—欧拉方程5.3.2流体在叶轮中的运动与速度三角形流体在叶轮中运动的速度三角形已知流量和叶轮的转速，求速度三角形：5.3.3欧拉方程基本假定（1）恒定流（2）不可压缩流（3）叶片数目无限多，厚度无限薄（4）理想流动（无能量损失）欧拉方程欧拉方程分析（1）理论扬程HT∞，单位是输送流体的“流体柱高度”。仅与流体的速度三角形有关，与流动过程无关。（2）流体所获得的理论扬程HT∞与被输送流体的种类无关。只要叶片进、出口处的速度三角形相同，都可以得到相同的液柱或气柱高度（扬程）。（3）代表的是单位重量流量获得的全部能量，包括压力能和动能。

5.3.4欧拉方程的修正恒定流不可压缩叶片无限多，无限薄理想流动K称为环流系数。它说明轴向涡流的影响，有限多叶片比无限多叶片作功小，这并非粘性的缘故，对离心式泵与风机来说，K值一般在0.78~0.85之间。

1＝90

时，进口切向分速vu1＝v1

cos

1＝0。

理论扬程将达到最大值。这时流体按径向进入叶片的流道，理论扬程方程式就简化为：

为简明起见，将流体运动诸量中用来表示理想条件的下角标“T”去掉：5.3.4欧拉方程的物理意义第一项是离心力作功，使流体自进口到出口产生一个向外的压能增量。第二项是由于叶片间流道展宽、相对速度降低而获得的压能增量，它代表叶轮中动能转化为压能的份额。由于相对速度变化不大，故其增量较小。

第三项是单位重量流体的动能增量。利用导流器及蜗壳的扩压作用，可取得一部分静压。

5.4泵与风机的损失与效率5.4.1流动损失与流动效率流体在进口前预旋；相对速度并非沿叶片切向；叶轮进口——出口的摩擦损失；边界层分离及涡流损失等。5.4泵与风机的损失与效率5.4.2泄漏损失与泄漏效率5.4泵与风机的损失与效率5.4.3轮阻损失与轮阻效率

5.4.4泵与风机的功率与效率有效功率：流体经过泵与风机后单位时间获得的能量内功率：消耗于流体的功率。轴功率：泵与风机轴上的输入功率。课堂思考题：离心水泵有轴封装置，而离心风机没有，为什么？水泵启动时，为什么要求灌满水？离心风机的基本机构叶轮结构形式示意图叶片结构形式示意图叶片形状示意图进风口形式示意图离心泵的基本机构离心泵叶轮形式示意图轴向涡流实验示意图轴向涡流对流速分布的影响轴向涡流对流速分布的影响5.5性能曲线及叶型对性能的影响泵与风机的性能曲线5.5.1理论性能曲线HT—QTNT—QT分析基础：欧拉方程HT—QT叶片形式HT—QTNT—QT（理想状况下）NT—QT前向型叶片易发生电机超载。后向型几乎不会发生超载现象。（1）叶片的几种形式（2）叶片安装角对压力的影响（3）几种叶片形式的比较5.5.2叶型对性能的影响5.5.3泵与风机的实际性能曲线离心风机的特性曲线叶片安装角对压力的影响叶片安装角对压力的影响流体径向进入叶道；叶道进口截面积等于出口。分析：扬程与vu2成正比。在其他条件相同时，采用前向叶片的叶轮给出的能量高，后向叶片的最低，而径向叶片的居中。后向叶片型叶轮的vu2较小，全部理论扬程中的动压头成分较少；前向叶型叶轮vu2较大，动压头成分较多而静压头成分减少。分析：动压头成分大，流体在扩压器中的流速大，动静压转换损失较大。在其它条件相同时，前向叶型的泵或风机的总的扬程较大，但它们的损失也大，效率较低。因此，离心式泵全部采用后向叶轮。在大型风机中，为了增加效率和降低噪声水平，也几乎都采用后向叶型。但就中小型风机而论，效率不是主要考率因素，也有采用前向叶型的，这是因为叶轮是前向叶型的风机，在相同的压头下，轮径和外形可以做得较小。根据这个原理，在微型风机中，大都采用前向叶型的多叶叶轮。至于径向叶型叶轮的泵或风机的性能，显然介于两者之间。（3）几种叶片形式的比较（1）从流体所获得的扬程看，前向叶片最大，径向叶片稍次，后向叶片最小。（2）从效率观点看，后向叶片最高，径向叶片居中，前向叶片最低。（3）从结构尺寸看，在流量和转速一定时，达到相同的压力，前向叶轮直径最小，而径向叶轮直径稍次，后向叶轮直径最大。（4）从工艺观点看，直叶片制造最简单。因此，大功率的泵与风机一般用后向叶片较多。如果对泵与风机的压力要求较高，而转速或圆周速度又受到一定限制时，则往往选用前向叶片。从摩擦和积垢角度看，选用径向直叶片较为有利。5.5.4泵与风机性能试验标准与试验方法自学试验标准和方法进行试验说明：实际性能曲线考虑了泵与风机自身的各种损失，是在标准实验装置中得出的，实验装置尽可能避免管网对泵（或风机）的影响。它们在管网中的性能曲线可能还会有所不同，这需要对泵（或风机）与管网进行合理匹配与连接，尽量减小管网对泵（或风机）的性能造成的影响。5.6相似律与比转数5.6.1泵与风机的相似原理5.6.2泵与风机的相似律及其应用5.6.3比转数5.6.4泵与风机的无因次性能曲线5.6.1泵与风机的相似原理相似条件几何相似运动相似动力相似5.6.1泵与风机的相似原理入口速度三角形相似要检查所有各对应点是否满足上述各种关系式，来判断两泵与风机的流通过程是否相似是很困难的，也是不必要的。实际上在几何相似的泵与风机中，只要能保持叶片入口速度三角形相似，且对应点的惯性力与粘性力的比值相等，则其流动过程必然相似。若流量系数相等，则入口速度三角形相似。5.6.1泵与风机的相似原理惯性力与粘性力的比值为雷诺数，泵与风机内部的流动常处于雷诺自模区。实际工程中通常并不采用相似准数判断泵或风机的相似。而是根据相似工况提出相似关系。流动过程相似的工作状况——相似工况。当两泵或风机的两个工作状况的流动过程相似，则它们的对应工况称为相似工况。即当一台泵或风机性能曲线上某点A（对应泵与风机的某个工作状况）与另一台与其相似的泵或风机性能曲线上的A'所对应的流动相似，则A与A'为相似工况点，所表示的工况为相似工况。在相似工况下，可推导出下列结果：5.6.1泵与风机的相似原理在相似工况下，其运动相似，则必然满足动力相似的条件。5.6.1泵与风机的相似原理相应地，有5.6.2泵与风机的相似律及其应用相似工况下的性能参数之间的关系。全压（扬程）关系5.6.2泵与风机的相似律及其应用流量关系5.6.2泵与风机的相似律及其应用功率关系效率关系5.6.2泵与风机的相似律及其应用5.6.3比转数1.比转数的公式5.6.3比转数无因次综合特性参数相等。5.6.3比转数说明：（1）实际计算有工程习惯问题。风机：P为换算到标准状态的全压。水泵：H为水泵扬程，mH2O5.6.3比转数(2)用最高效率点的参数计算。(3)相似工况下泵与风机的比转数相等，但比转数相等不是相似的充分条件。5.6.3比转数比转数的应用（1）用比转数划分泵与风机的类型泵与风机的比转数与流量的平方根成正比，与全压的3/4次方成反比，即比转数大，反映泵与风机的流量大、压力低；反之，比转数小，则流量小、压力高。一般可用比转数的大小来划分泵与风机的类型。例如：ns=2.7~12(15~65) 前弯型泵与风机；ns=3.6~16.6(20~90)后弯型泵与风机；ns=>16.6~17.6(90~95)单级双进气或并联离心式泵与风机；5.6.3比转数（2）比转数的大小可以反映叶轮的几何形状比转数是压力系数及流量系数的函数，一般讲，在同一类型的泵与风机中，比转数越大，流量系数越大，叶轮的出口宽度b2与其直径D2之比就越大，即叶轮出口相对宽度b2/D2大；比转数越小，流量系数越小，则相应叶轮的出口宽度b2与其直径D2之比就越小。表5-6-2反映了各种泵的几何形状与比转数的关系。5.6.3比转数（3）比转数可用于泵与风机的相似设计由于比转数具有重要的特征及实用意义，目前，我国的离心式泵与风机命名中，比转数是重要的一项。5.6.4泵与风机的无因次性能曲线例题。第6章泵、风机与管网系统的匹配6.1泵、风机在管网系统中的工作状态点6.2泵、风机的工况调节6.3泵、风机的安装位置6.4泵、风机的选用6.1泵、风机在管网系统中的工作状态点6.1.1管网特性曲线1.枝状管网的阻力特性（1）管段的阻力特性（2）枝状管网的简化1）管段串联两个管路构成的回路（或虚拟回路）中，重力作用与输入的全压动力均为零，则它们处于“水力并联”地位，其阻力相等。2）管路“水力并联”3）枝状管网，可经过逐次简化为一个管路。（3）枝状管网的阻力特性（4）管网特性曲线

工程背景：

通风空调气体管网

机械循环采暖管网

室外供热管网

空调冷冻水管网

空调冷却水管网

Pst反映了环境因素对流动的影响。（4）管网特性曲线（4）管网特性曲线6.1.2管网特性曲线的影响因素影响管网特性曲线形状的决定因素是阻抗S

。S值越大，曲线越陡。S=f(l，d，k，

ζ，

)6.1.2管网特性曲线的影响因素Pst反映了环境因素对流动的影响。包括重力作用力、环境与管网交界面的压力。其值的大小决定了管网特性曲线起点在纵坐标上的位置。6.1.3管网系统对泵、风机性能的影响产品样本给出的某种类型、规格的泵、风机的性能曲线（或性能参数表），是根据某种标准实验状态下测试得到的数据整理绘制而成的。在实际使用中，工作流体的密度、转速等参数可能与试验时不一致，此时可根据相似律换算出新的流体密度、转速等条件下泵与风机的性能曲线。由于泵（风机）是在特定管网中工作，其出入口与管网的连接状况一般与性能试验时不一致，将导致泵（风机）的性能发生改变（一般会下降），这称为“系统效应”。

（1）入口系统效应（1）入口系统效应（2）出口系统效应－系统效应管段长度从风机出口不规则的速度分布，到管道内气流速度规则分布的截面之间的长度，称之为效应管道长度；为避免能量损失，不应在此长度内安装形状突变的管件或设备。（2）出口系统效应-出口连接弯管（2）出口系统效应-系统效应曲线风速-100fpm(m/s)泵(或风机)的性能曲线泵或风机在一定转速下，扬程H(全压P)、功率N、效率η随流量Q变化的关系曲线。其中最重要的是H-Q(或P-Q)曲线，它揭示了泵或风机的两个最重要、最有实用意义的参数——扬程H(或全压P)与流量Q之间的关系。QCQηH-QCHCN-Qη-QNC6.1.4泵(风机)在管网系统中的工作点6.1.4泵(风机)在管网系统中的工作点泵(风机)在管网中工作，其总工作流量即为管网的总流量，泵(风机)所提供的能量与管网中流体流动所需的能量相等。将泵(风机)的实际H-Q性能曲线与其所在管网系统的管网特性曲线，用相同的比例尺、相同的单位绘在同一直角坐标图上，两条曲线的交点，即为该泵（风机）在该管网系统中的工作状态点，或称运行工况点，如图中的A点。工况点6.1.4泵(风机)在管网系统中的工作点工况点的解析解法工况点上，泵、风机的工作流量即为管网中通过的流量，提供的压头与管网在该流量下流动所需的压头相一致。稳定工况点稳定工况6.1.2泵(风机)在管网系统中的工作点泵（风机）的流量QB小于管路的流量QA时，其压头HB大于管路的阻力HA，多余的能量将使流体加速，流量加大，工况点将自动由B移向A。反之，如泵（风机）在C点工作，流量QC大于管路流量QA，其压头小于管路阻力，则流体减速，流量减小，工况点自动由C移向A。可见，A点是稳定工况点。非稳定工况点6.1.2泵(风机)在管网系统中的工作点性能曲线是驼峰形的泵（风机）。E点是不稳定工况点。当泵（风机）受到干扰时（如电压波动），如流量由E点向流量增大方向偏离时，泵（风机）的压头大于管路阻力，管路中流速加大，流量增加，工况点继续向流量增大的方向移动，无法回到原工作点。反之亦然。应通过工况分析，使泵(风机)工作在稳定工作区！3.喘振及其防止方法当风机在非稳定工作区运行时，可能出现一会儿由风机输出流体，一会儿流体由管网中向风机内部倒流的现象，专业中称之为“喘振”。并非在非稳定区工作时必然发生喘振。例如当风机特性曲线峰值左侧的曲线较平坦，运行工况点离峰值点较近，管网特性曲线的斜率较小，且管网中干扰能量较小、压力波动不大时，风机适当减小输气量后能使压力得到恢复，风机又回到原工况点工作。虽不稳定，但不至于喘振。当风机性能曲线峰值左侧较陡，运行工况点离峰值较远时，才开始发生喘振。一般来说，轴流风机比离心风机易发生喘振，高压风机比低压风机易发生喘振。喘振现象发生后，设备运行的声音发生突变，流量、压头急剧波动，并发生强烈振动。如果不及时停机或采取措施消除，将会造成严重破坏。3.喘振及其防止方法①应尽量避免设备在非稳定区工作；②采用旁通或放空法；③增速节流法。4.系统效应对工况点的影响通过选择合理的进出口连接方式，可以减小或消除系统效应对泵、风机的性能产生的影响。当确实因实际安装位置限制等原因导致无法避免系统效应时，应在设计选用泵（风机）时将系统效应的影响考虑在内。

重点内容需要解决的问题：联合运行设备组性能曲线联合运行时系统的工况点联合运行时任一设备的工况点部分设备工作时的工况点并联运行的特点与应用串联运行的特点与应用6.1.5管网系统中泵(风机)的联合运行何谓联合运行？两台或两台以上的泵(或风机)在同一管网系统中共同工作，称为联合运行。联合运行的目的是什么？增加流量或增加压头；便于管网调节，适应用户需求的变化联合运行有哪些方式？并联运行；串联运行6.1.5管网系统中泵(风机)的联合运行1.泵(风机)并联运行工况分析多台水泵在同一水池吸水，向同一管路供水。1.泵(风机)并联运行工况分析多台水泵(或风机)具有共同的吸水(气)和出水(气)管路。H=H1=H2Q=Q1+Q2H1H2Q1Q2HQ(1)并联运行工作的基本特征(2)并联运