液体管网水力特征与水力计算

第3章液体管网水力特征与水力计算主要内容：闭式液体管网水力特征与水力计算开式液体管网水力特征与水力计算3.1闭式液体管网水力特征任意两个断面之间的能量方程由于液体密度远大于气体密度，则有：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闭式液体管网水力特征闭式液体管网水力特征∆Hj:沿管段流动方向起点高程减去终点高程，绝对值；Cj:符号数。当管段流动方向与重力方向一致为正，反之为负。3.1闭式液体管网水力特征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：H1H2H3H43.1闭式液体管网水力特征重力循环作用力计算方法二H1H2H3H43.1闭式液体管网水力特征流动动力是散热器和锅炉之间的水柱密度差与高差的乘积。水温95/70℃,每米高差作用压力156Pa.环路中若积有空气，会形成气塞，阻碍循环，要重视排气—设置膨胀水箱。如在回水管中，有个充满回水管断面、高2cm的气泡，产生约192Pa的反循环力。重力循环系统中，水流速较低，空气能够逆着水流方向，由供水干管汇集到系统最高处，通过膨胀水箱排除。3.1闭式液体管网水力特征供暖系统水平管道应有一定坡度，坡向利于排气，供回水支、干管坡度宜0.003，不得小于0.002，立管与散热器连接支管，坡度不得小于0.01。无法保持必要坡度时，局部可无坡敷设，流速不得小于0.25m/s。汽水逆向流动的蒸汽管不得小于0.005。供暖系统管道不得小于DN20。3.1闭式液体管网水力特征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两个回路重力作用力不相等！3.1闭式液体管网水力特征双管系统的垂直失调重直失调：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。原因：各层散热器所在环路的循环作用动力不同。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。3.1闭式液体管网水力特征结论：独用管段阻力与独用管段作用动力平衡。各并联独用管路动力相同时，其阻力才相等。并联环路与最不利环路压力关系：独用管段作用动力Pd＝并联环路作用动力P－与最不利环路共用管段阻力Pg3.1闭式液体管网水力特征独用管段作用动力Pd＝并联环路作用动力P－与最不利环路共用管段阻力Pg例题：独用管路a-S1-b动力＝环路a-S1-b-c-a作用动力减去共用管路b-c-a阻力c3.1闭式液体管网水力特征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处于并联关系，它们的动力分别为：独用∆Pa-S2-b独用∆Pa-S1-b3.1闭式液体管网水力特征很明显，并联管路a-S1-b和a-S2-b的动力不相等。并联的独用管路的阻力等于各自的作用动力，故它们之间的流量分配：用这两个管路构成的回路分析可知，该回路中重力作用力不为零！3.1闭式液体管网水力特征独用管路的阻力与独用管路的作用动力相等。只有并联的独用管路作用动力相等时，它们的阻力才相等（平衡）。∆Pi:第i个并联循环管路作用动力；∆PG,i:第i个并联循环管路与最不利环路的共用管路的阻力。3.1闭式液体管网水力特征2串联管路的水力特征环路动力：回水密度不同，回水管分段！3.1闭式液体管网水力特征hi为散热器Si与散热器Si-1的垂直距离，i=1时，h1表示散热器与锅炉垂直距离。Hi为散热器Si与锅炉的垂直距离。ρi+1为进入散热器Si中的水的密度，i=N时，ρi+1=ρ

g注意：换热器由下向上逆着水流方向编号。3.1闭式液体管网水力特征串联系统，各个散热器处于同一环路，循环动力相同。需要计算从各个散热器流出的流体的密度,才可计算串联管路重力循环作用动力。3.1闭式液体管网水力特征散热器进出口水的密度推算。已知：各散热器的散热量Qj（w）、总供水温度tg、总回水温度th，按照热平衡关系式推算。质量流量GL（kg/h）：通过第i（i≥1）层散热器的流量：3.1闭式液体管网水力特征流出第i个散热器的水温：注意：换热器由下向上逆着水流方向编号。第i组散热器上游全部散热量。3.1闭式液体管网水力特征单管系统的垂直失调并联环路中各层进出口水温相同，作用动力不同，越往下越低。在串联环路中，各层散热器循环作用压力相同，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差变化，在选择设备时没有考虑这一点，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。3.1闭式液体管网水力特征3水在管路中沿途冷却的影响水温沿循环环路变化，影响各层散热器的进出口水温和循环动力。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，必须考虑。精确计算：明确密度沿程变化关系式。3.1闭式液体管网水力特征工程中，根据系统供水管路布置状况、楼层高度、计算冷却中心与加热中心的水平距离等因素,增加一个考虑水在循环管路中冷却的附加作用压力，其数值可由供暖设计手册查取。系统总的重力循环作用动力ΔPzh为：水冷却产生的重力作用力ΔPh+附加作用力ΔPf3.1闭式液体管网水力特征作业：完成例3.1（供回水温度改为75℃和50℃

，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

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。

3.2闭式液体管网水力计算任务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。式中，α为沿程损失占总压力损失的百分数。3.2闭式液体管网水力计算步骤：根据各管段流量和平均比摩阻，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。3.2闭式液体管网水力计算任务2：已知各管段的流量和管径，确定管网的需用压力。方法：首先利用水力计算表，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独用管段进行压损平衡。3.2闭式液体管网水力计算任务3：已知各管段的流量，确定各管段的管径和管网所需的循环作用压力。方法：首先用假定流速法或控制比摩阻计算最不利环路。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，进而确定管网循环作用压力。然后计算其他环路的资用压力，用压损平均法对各个环路独用管段进行压损平衡。3.2闭式液体管网水力计算并联环路平衡实际上是并联环路的独用管段平衡，不平衡率±15%以内。P87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。作业2:查阅“建筑节能标准”和“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并联环路平衡实例：环路①a-S1-b-c-a和环路②a-S2-b-c-a并联。最不利回路①平衡：动力与计算阻力平衡环路①②平衡：⑤动力与⑤计算阻力平衡流程：先计算环路②动力，再计算⑤动力。c③⑤④3.2闭式液体管网水力计算⑤动力＝②动力－③阻力③

阻力＝①动力－④计算阻力⑤动力＝②动力－（①动力－④计算阻力）c③⑤④3.2闭式液体管网水力计算室内采暖管网最大允许的水流速：GB50736－2012（5.9.13）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/m3.2闭式液体管网水力计算任务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：不等温降法”（P92）根据管段实际允许压降确定流量，得到满足环路压力平衡的实际流量。根据流量，选择合适的换热器，满足需要的散热量。3.2闭式液体管网水力计算步骤：从循环环路最远端开始。确定最远立管温降，低于设计值2～5℃，得到流量，选择比摩阻，确定管径和压力损失。确定倒数第二根立管管径，根据并联环路的独用管段压损平衡原理，确定管径，得到流量和温降。按上述方法，由远至近依次计算各立管，得到管径，流量和温降。3.2闭式液体管网水力计算有多个分支环路时，按上述方法计算各分支环路，此时得到的流量为各环路压力平衡时的总流量，一般不等于设计要求的总流量。根据并联环路流量分配和压降变化规律，根据设计总流量，调整各环路流量，温降和压降。根据流量、温降，确定换热器面积。3.2闭式液体管网水力计算3.2闭式液体管网水力计算计算准备：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。3.2闭式液体管网水力计算2计算最不利环路循环动力：3.2闭式液体管网水力计算3确定最不利环路各管段的管径1）计算平均比摩阻2）根据各个管段的质量流量，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,计算该管段的摩擦阻力。3.2闭式液体管网水力计算3.2闭式液体管网水力计算如管段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。3）相同方法确定出最不利环路的所有管段的管径。3.2闭式液体管网水力计算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。务必校核！3.2闭式液体管网水力计算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：3.2闭式液体管网水力计算根据管段15、16的流量G及平均比摩阻，确定管径d和实际Rm，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。注意：认知实习时，注意乙字弯等管件的设置。3.2闭式液体管网水力计算离热源较远的立管、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。某些环路，可能管段选用最小管径，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。水力平衡阀前后需保证足够长度的直管段，阀前直管段长度不得小于5倍管径，阀后直管段长度不得小于2倍管径。3.3机械循环液体管网水力特征机械循环液体管网与重力循环液体管网的区别是设置了循环水泵，靠水泵动力克服流动阻力。由于重力作用相对于水泵动力很小：注意：在分析局部并联管网时，应考虑重力作用。3.3机械循环液体管网水力特征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比较大，按资用压力计算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。一般按控制比摩阻60～120Pa/m计算，剩余压力设减压装置处理。3.3机械循环液体管网水力特征与上级管网采用间接连接的室内管网水力计算目的是确定管网的需用压力和各管段管径,按控制比摩阻计算。重力作用力按下式计算：注意：GB50736－2012修改了关于重力作用力的规定，与教材不一致了。3.3机械循环液体管网水力特征2）空调冷冻水管网一般是建筑物自成系统（或区域集中供冷，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，不考虑重力作用力。3.3机械循环液体管网水力特征当管网较大时（作用半径大于50m），常采用同程式管网。各并联环路的总长度相等。按控制比摩阻，先计算最远立管，再计算最近立管。求出供回、水干管，最近、远立管的管径和压力损失，校核二者的不平衡率（15%）。按压损平衡方法计算其他立管，确定管径和压力损失，校核不平衡率（15%）。计算管网的需用压力（附加10%）。3.3机械循环液体管网水力特征作业1：完成例3-2水力计算，供回水温度改为75℃和50℃

，立管改为3根，请确定其管径和需用压力。3.4枝状室外供热管网的水力计算水力计算任务：根据已知流量，确定系统管径和需用压力。计算方法：按控制比摩阻计算最不利环路，对其他环路压损平衡。不考虑重力作用力。《城市热力网设计规范》CJJ34-20103.4枝状室外供热管网的水力计算经济比摩阻：主干线30～70pa/m，支线不大于300pa/m。流速不大于3.5m/s。相关规定：热水供水管道任意一点压力不得低于介质汽化压力，并留有30～50kpa富裕压力。热水热力网回水压力：不超过直接连接用户的允许压力，任何一点压力不低于50kpa。3.4枝状室外供热管网的水力计算热水热力网循环水泵停用时，应有必要的静水压力：不应使任何一点汽化，并留有30～50kpa富裕压力。与热力网直接连接用户系统充满水。不超过系统任何一点允许压力。开式热水热力网非采暖期运行时，回水压力不应低于直接配水用户热水供应系统静水压力再加上50kpa。3.4枝状室外供热管网的水力计算下列情况下除进行静态水力分析外，还要进行动态水力分析。具有长距离输送干线；供热范围地形高差大；系统工作压力高；系统工作温度高；系统可靠性要求高。3.4枝状室外供热管网的水力计算例题：某工厂热水供热系统，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）如下图。供水温度130℃，计算回水温度70℃。用户E、F、D的设计热负荷分别为：3.518GJ/h、2.513GJ/h和5.025GJ/h。热用户阻力为ΔP=5×104

Pa。请完成该热水网路的水力计算。3.4枝状室外供热管网的水力计算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。例：管段B-E的设计流量计算如下：3.4枝状室外供热管网的水力计算2）最不利环路计算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。本例选A-B-C-D为主干线，控制比摩阻30~70Pa/m。3.4枝状室外供热管网的水力计算流量44t/h。查热水管路水力计算表，确定管径和比摩阻，取d=150mm，R=44.8Pa/m3.4枝状室外供热管网的水力计算局部阻力当量长度计算：当量长度，即将管段局部阻力折算成相应管长的沿程阻力，等于构件数量乘折算系数。查热水管路局部阻力当量长度表。折算长度等管长加当量长度。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。3.4枝状室外供热管网的水力计算最不利环路需用压力：3.4枝状室外供热管网的水力计算3）计算其他支路对其他环路进行压损平衡。(虚拟闭合)开式管网的虚拟闭合

虚拟管路是连接开式管网出口和进口的虚设管路，虚拟管路的管径趋于无限大，流动阻力为零。管段BE资用压力3.4枝状室外供热管网的水力计算管段BE同理计算管段CF3.4枝状室外供热管网的水力计算管段编号计算流量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BE147018.688.6701.09278.524675CF108018.698.6700.77142.2140213.5开式液体管网水力特征与水力计算开式管网与闭式管网的区别在于其进、出口与大气相通。水泵要克服流动阻力和进出口高差形成的静压力。管道阻力进出口高差3.5开式液体管网水力特征与水力计算建筑给水管网水力计算1确定设计流量与管径

要考虑末端用水器具的同时用水系数（即同时给水百分数）。（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。3.5开式液体管网水力特征与水力计算（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。用下式计算管段的给水设计秒流量qg：当量流量Ng：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。3.5开式液体管网水力特征与水力计算按