流体输配管网课件

第1章流體輸配管網型式與裝置自然界中的流體輸配管網：人體呼吸系統血液循環系統植物水分輸配系統江河水系工程中的流體輸配管網：西氣東輸南水北調城市供熱、給水排水、燃氣建築物採暖、上下水、燃氣、空調送排風、空調冷凍水與冷卻水工廠通風1.1舉例認識管網1.1.1居民樓廚房排煙管網1油煙機排煙罩－－收集煙氣2風機－－抽煙和排煙3單向閥－－防止煙氣倒流4管道－－引導煙氣流動路徑5風帽－－防止雨水該管網組成與功能分析該管網的特點：1流體種類：氣體，極少量液體2管網型式：管內流體與環境（大氣）的關係：開式每個支路管道流向的確定性：枝狀管道中流體的分流與匯流：匯流歸納：流體輸配管網的組成流體的源和匯管道動力裝置調控裝置末端裝置其他附屬設備1.1.2西氣東輸接續天然氣管網

該管網的特點：1按照壓力不同分級，不同的場合應用不同的壓力級別。2城區管網的一些管線構成環狀。3上下級管網相互影響。4是一個開式管網。1.1.3重力迴圈熱水採暖管網1－熱源2－膨脹水箱3－散熱器4－管道該管網的特點：重力作用形成管網中流體流動的動力。（思考：空調冷凍水系統能否依靠自然迴圈？）枝狀管網（注意：“閉合”不一定是“環狀”）閉式管網（同程與異程）1－熱源(蒸汽鍋爐)2－疏水器3－散熱器4－管道1.1.4蒸汽採暖管網該管網的特點：1介質：汽體、汽液混合、液體（分析在管網不同位置的流體種類及占主導地位的流體）2既有分流，又有匯流3枝狀管網1.1.5氣力物料輸送管網該管網的特點：氣固兩相流，固體顆粒是流動的阻礙。風速要求高，流動阻力大，風機的壓力要求大。輸送距離有限。1.1.5熱水供熱管網系統1－熱源2－迴圈水泵3－補水泵4－壓力調節閥5－散熱器6－噴射泵7－混合水泵8－熱交換器9－用戶迴圈水泵10－膨脹水箱該管網的特點：上下級管網的連接一級管網集中供熱管網（外網）二級管網用戶採暖管網（內網）兩級管網之間的連接方式：(a)直接連接(b)裝噴射泵直接連接(c)裝混合水泵直接連接(d)裝換熱器間接連接不同級管網之間的水力相關性水力相關性的概念“水”泛指流體；“水力”指流體流動時的一些力學性質，主要是壓力、速度等。“相關”指上下級管網之間的壓力、速度相互影響；“無關”指上下級管網之間壓力、速度不相互影響。直接連接的上下級管網是水力相關的，間接連接則水力無關。注意：水力無關的管網“熱力相關”。1.2小結1.2.1流體輸配管網的基本功能與基本組成基本功能從“源”取得流體，通過管道輸送，按照要求將流量分配給用戶的末端裝置；從末端裝置處按照要求收集流體，通過管道，將其輸送到“匯”。基本組成：末端裝置

從管道中取得一定量的流體，或將一定量的流體送入管道。如：排風罩、散熱器、送風口、燃氣罩；衛生器具、配水龍頭等。基本組成：管道在“源”和“匯”之間，給流體流動以路徑，引導流體流動。基本組成基本組成：動力

來源於“源”如鍋爐；儲氣罐的壓力；上級管網的壓力；來源於重力如自然迴圈熱水採暖；建築排水；

來源於機械動力－－水泵與風機

機械通風、城市供熱、城市給水等，應用廣泛。調控設備

調節閥、關斷閥安全、計量裝置安全閥、報警器、流量計、溫度計、壓力錶等其他裝置與設備膨脹水箱、排氣裝置、疏水器、篩檢程式等其他裝置：1.2.2流體輸配管網的分類1.2.2.1單相流與多相流管網1.2.2.2重力驅動與壓力驅動管網1.2.2.3開式與閉式管網1.2.2.4枝狀與環狀管網1.2.2.5異程式管網與同程式管網1.2.3多級管網之間的連接方式1.2.3.1直接連接－－水力相關1.2.3.2間接連接－－水力無關第一章課後要求完成習題仔細閱讀並理解教材內容閱讀參考書第二章氣體輸配管網的水力特徵與水力計算重點：重力、壓力及重力和壓力綜合作用的３種氣體管流的水力特徵；

流體輸配管網水力計算的基本原理、方法及相關概念；環路與環路位壓的概念，壓損平衡與阻力平衡，動靜壓的相互轉換。2.1氣體管流的水力特徵2.1.1氣體重力管流的水力特徵（1）豎向開口管道1-2斷面的能量方程靜壓位壓動壓當1斷面和2斷面位於位於進口和出口處，這時靜壓均為0。若將出口的動壓損失視為出口的一種流動局部阻力，則：以廚房排煙管網為例，當沒有開啟排風機、且未設防倒流閥，夏季豎井中密度低，室外空氣經豎井進入室內；冬季豎井溫度高，室內空氣進入豎井。上式表明：流動阻力依靠位壓（即重力的作用）克服。流動方向取決於管內外的密度差。廚房排煙管網（2）U型管道內的重力流通過列寫斷面1-D、斷面D-2的能量方程，綜合後得到：注意：斷面1和2分別在進口和出口外；包含了進口阻力損失和出口阻力損失。（2）U型管道內的重力流進出口位於相同標高時，流動動力是豎管內的密度差與高差的乘積，與管外大氣密度無關。流動方向取決於豎管內密度的相對大小。請分析1、2斷面高差不等的情況。（3）閉式管道內的重力流具有與進出口斷面等高的U型重力流豎管相同的水力特徵。2.1.2氣體壓力管流水力特徵2.1.3壓力和重力綜合作用下的氣體管流水力特徵

若壓力（Pq1－Pq2）驅動的流動方向與位壓一致，則二者綜合作用加強管內氣體流動，若驅動方向相反，則由絕對值大者決定管流方向；絕對值小者實際上成為另加流動阻力。如空調建築裝有排氣風機的衛生間排氣豎井，冬季在位壓的輔助作用下，排氣能力明顯加強；夏季排氣風機除克服豎井的阻力時，還要克服位壓，排氣能力削弱，尤其是高層建築。2.2流體輸配管網水力計算的基本原理和方法

水力計算：設計計算；校核計算設計計算：根據要求的流量分配，確定管網的各段管徑（或斷面尺寸）和阻力。對枝狀管外，求得管網特性曲線，為匹配管網動力設備準備好條件，進而確定動力設備（風機、水泵等）的型號。校核計算：根據已定的動力設備，確定保證流量輸配的管道尺寸；或者根據已定的管道尺寸，確定保證流量輸配的動力設備。水力計算是流體輸配管網設計及其運行品質保證的基本手段。

2.2流體輸配管網水力計算的基本原理和方法設計計算已知：管網系統的佈置；各末端設備的風量；確定：風道的斷面尺寸；風道的阻力；選擇合適的動力設備（風機型號及其匹配的電機功率）。2.2流體輸配管網水力計算的基本原理和方法校核計算已知：管網系統的佈置；風道斷面的尺寸；通風系統的動力設備；確定：各末端設備的風量是否滿足要求；動力匹配是否合理。水力計算的基本理論依據：流體力學一元流動連續性方程、能量方程及串、並聯管路流動規律。管網的流動動力等於管網流動總阻力。若干管段串聯後的阻力，等於各管段阻力之和；各並聯管段的起點（終點）相同，具有相同的壓力。不包含動力源的並聯管段，阻力應相等。管段阻力是構成管網阻力的基本單元。流體力學已經揭示，管段中的流體流動過程中的阻力有兩種，一種是摩擦阻力，也稱為沿程阻力；另一種是局部阻力。水力計算的基本原理：2.2.1摩擦阻力計算

摩擦阻力係數說明：工程上常根據自身的工程特點，編制相應的計算圖表幫助計算。任何計算公式或圖表，都有其製圖條件和使用範圍，使用時要特別注意。當工程條件與得出公式或圖表的條件有差異時，常採用修正的方法。如密度和黏度修正、溫度和熱交換修正以及管壁粗糙度修正等。圖2-3-1製圖條件：標準大氣壓；T=20℃；密度1.204kg/m3；運動黏度：15.06×10-6m2/s；粗糙度k=0.15mm；圓形截面風管。修正方法：教材P54公式（2-3-3）~（2-3-9）2.2.1局部阻力計算產生原因：流動邊界幾何形狀改變，使流動產生渦旋、流動方向變化，引起能量損失。局部阻力基本計算公式：局部阻力係數：局部阻力處，流動處於阻力平方區。局部阻力係數只與幾何形狀有關。局部阻力係數與其安裝條件（受流動環境的影響）、各部分的幾何尺寸有關（如突擴）。同名的局部阻力在不同的場合有不同的阻力係數值。局部阻力係數值通過一般實驗獲得。局部阻力係數值總是與所指的斷面動壓對應的，使用時必須注意。各工程設計手冊給出了常用的局部阻力係數。課外興趣作業1：開發單相流管網水力計算的通用軟體。基本要求：1）基本具備完成本專業工程中常見的通風空調管網（氣體輸配）、供熱空調管網（液體輸配）的設計性水力計算；2）介面友好，使用方便；3）具有完整的使用說明，包含計算實例。2.2.3

常用的水力計算方法

假定流速法壓損平均法靜壓複得法

假定流速法的特點先按技術經濟要求選定管內流速，再結合所需輸送的流量，確定管道斷面尺寸，進而計算管道阻力,得出需要的作用壓力。假定流速法適用於作用壓力未知的情況。

假定流速法的基本步驟：

（1）繪製管網軸測圖，對各管段進行編號，標出長度和流量，確定最不利環路。（2）合理確定最不利環路各管段的管內流體流速。（3）根據各管段的流量和確定的流速，確定最不利環路各管段的斷面尺寸。（4）計算最不利環路各管段的阻力。（5）平衡並聯管路。確定並聯管路的管徑，使各並聯管路的計算阻力與各自的資用壓力相等，可用壓損平均法計算。這是保證流量按要求分配的關鍵。若並聯管路計算阻力與各自的資用壓力不相等，在實際運行時，管網會自動調整各並聯管路流量，使並聯管路的實際流動阻力與各自的資用壓力相等。這時各並聯管路的流量不是要求的流量。（6）計算管網的總阻力，求取管網特性曲線。（7）根據管網特性曲線、所要求輸送的總流量以及所輸送流體的種類、性質等諸因素，綜合考慮為管網匹配動力設備（風機、水泵等），確定動力設備所需的參數。

壓損平均法的特點將已定的總作用壓力，按幹管長度平均分配給每一管段，以此確定管段阻力，再根據每一管段的流量確定管道斷面尺寸。當管道系統的動力已定時進行水力計算，此法較為方便。當然，也可按其他技術經濟性更好的方法將已定作用壓力分配給各管段。壓損平均法的基本步驟：（1）繪製管網軸測圖，對各管段進行編號，標出長度和流量，確定最不利環路。（2）根據確定的最不利環路的資用動力，計算最不利環路單位管長的壓力損失。（3）根據最不利環路單位管長壓力損失和各管段流量，確定其各管段管徑或斷面尺寸。（4）確定其他支路的資用動力，計算單位管長的壓力損失。（5）根據各支路單位管長壓力損失和各管段流量，確定其他各管段管徑。

資用動力已知的情況靜壓複得法的特點通過調整管道斷面尺寸，維持管道在不同斷面處的管內靜壓。送風管道若要求各個風口風量均勻，常用此方法保證要求的風口風速。

靜壓複得法的基本步驟：不論採用何種方法，水力計算前必須完成管網系統和設備的佈置，確定管道材料及每個管段的流量，然後循著各種方法所要求的步驟進行計算。水力計算中，各種計算公式和基礎數據的選取，應遵循相關規範、標準的規定。

說明：2.3.1通風空調工程氣體輸配管網水力計算

以通風空調工程的空氣輸配管網為例，學習開式枝狀氣體輸配管網水力計算的具體方法。設計計算要確定管徑和動力大小，主要採用假定流速法。

需先完成空氣輸配管網的佈置，確定設備和各送排風點位置的確定；各送排風點要求的風量；管道佈置、各管段的輸送風量。製作風管的水力計算表格。

【例2-3】圖2-3-2所示的通風除塵管網。風管用鋼板製作，輸送含有輕礦物粉塵的空氣,氣體溫度為常溫。當地氣壓接近標準大氣壓力。除塵器清灰前阻力ΔPc=1200Pa。對該管網進行水力計算，獲得管網特性曲線。計算表格格式見表2-3-5。同學們可利用電子錶格(Excel)進行製作。2.3.1.1確定最不利環路的管內流速和管道斷面尺寸

（1）繪製風管系統軸測圖，並劃分管段，對各管段進行編號，標注其長度和設計風量。管段：管內流量和管道斷面均不變化。管段長度按中心線長度計算，不扣除管件（如三通、彎頭）本身的長度。圖2-3-2通風除塵管網軸測圖

〔例2-3〕（2）確定管內流速和管道斷面尺寸管內的流速對通風、空調系統的經濟性有較大的影響，對系統的技術條件也有影響。流速高，風管斷面小，佔用的空間小，材料耗用少，建造費用小；但是系統的阻力大，動力消耗增大，運行費用增加，且增加雜訊。若氣流中含有粉塵等，會增加設備和管道的磨損。反之，流速低，阻力小，動力消耗少；但是風管斷面大，材料和建造費用大，風管佔用的空間也增大。流速過低會使粉塵沉積而堵塞管道。因此，必須通過全面的技術經濟比較選定合理的流速。根據工程經驗，總結出了通風空調工程中風管內較為合理的空氣流速。選定最不利環路，本系統選擇1-3-5-除塵器-6-風機-7為最不利環路。

解釋：環路；最不利環路。根據表2-3-3，輸送含有輕礦物粉塵的空氣時，風管內最小風速為，垂直風管12m/s、水準風管14m/s。考慮到除塵器及風管漏風（思考？），取5%的漏風係數，管段6及7的計算風量為6300×1.05=6615m3/h。〔例2-3〕1包含有水準風管，初定流速為14m/s。管徑計算：沒有這個標準規格，取為d=0.2m=200mm則實際風速為：同理確定出3、5、6、7的管內流速和管徑。管內流速和管徑：〔例2-3〕2.3.1.2

風管摩擦阻力計算

公式計算：

對於圓管，4Rs＝D圖表計算製成計算表或線算圖。圖2-3-1所示的線算圖，可供計算管道阻力時使用。只要已知流量、管徑、流速、阻力四個參數中的任意兩個，即可利用該圖求得其餘的兩個參數。該圖是按過渡區的λ值，在壓力B0=101.3kPa、溫度t0=20℃、空氣密度ρ0=1.204kg/m3、運動粘度ν0=15.06×10-6m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm、圓形風管、氣流與管壁間無熱交換等條件下得出的。當實際條件與上述條件不相符時，應進行修正。注意：密度、粘度修正；溫度、大氣壓力和熱交換修正；壁面粗糙度修正。非圓管利用圖表－－引入“當量直徑”流速當量直徑：假設某一圓形風管中的空氣流速與非圓形風管中的空氣流速相等，並且兩者的單位長度摩擦阻力也相等，則該圓形風管的直徑就稱為此矩形風管的流速當量直徑，以Dv表示。根據這一定義,斷面為a×b的矩形風管的流速當量直徑Dv用下式計算，查表時用矩形風管中的流速。

流量當量直徑設某一圓形風管中的空氣流量與非圓形風管的空氣流量相等，並且單位長度摩擦阻力也相等，則該圓形風管的直徑就稱為非圓形風管的流量當量直徑，以DL表示。根據推導，矩形風管的流量當量直徑可近似按下式計算。查表時用矩形風管中的流量。

查圖得管段1的比摩阻為12.5Pa/m，填入計算表中，並計算管段的摩擦阻力。同理查得3、5、6、7管段的比摩阻和摩擦阻力填入計算表中。檢查是否需要修正。本例無需進行修正。如需修正的情況，在水力計算表中留出填寫這些參數的位置。摩擦阻力：〔例2-3〕2.3.1.3風管局部阻力計算

計算公式：各種管件（彎頭、三通等）的局部阻力係數ξ通常查圖表確定。查圖表時要注意依據的參數值。還要注意對應的特徵速度。各種設備的局部阻力或局部阻力係數，由設備生產廠商提供。

局部阻力計算：（1）管段1設備密閉罩ζ=1.0（對應接管動壓）90°彎頭（R/D=1.5）一個ζ=0.17直流三通（1→3）（見圖2-3-3）（參見《工業通風》第三版p232）根據F1+F2≈F3

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

計算出管段1的局部阻力損失為：147.5Pa。同理計算出3、5、6、7各管段的局部阻力，填入表中。〔例2-3〕各管段的總阻力

＝沿程阻力＋局部阻力。2.3.1.4並聯管路的平衡

（1）開式管網的虛擬閉合

引入虛擬管路的概念，將開式管網變為虛擬的閉式管網。虛擬管路是連接開式管網出口和進口的虛設管路，該管路中的流體為開式管網出口和進口高度之間的環境流體，從管網出口流向進口，其水力和熱力參數都與環境流體相同，虛擬管路的管徑趨於無限大，流動阻力為零。

圖2-3-2虛擬管路與流動環路

〔例2-3〕（2）枝狀管網的環路、共用管路和獨用管路

枝狀管網中，管段的流向是唯一的。以管網的源為起點，沿著管路（含虛擬管路），順著流向（虛擬管路中的流向是從開式管網的真實出口到真實進口）前進，最終必定回到起點。沿途所經過的所有管路（含虛擬管路）構成了枝狀管網的一個流動環路。〔例2-3〕管網的環路有：1-3-5-6-7-虛擬管路－1（流動環路I）2-3-5-6-7-虛擬管路－2（流動環路II）4-5-6-7-虛擬管路－4（流動環路III）管段與環路之間的隸屬關係有兩種情況。其一，共用；其二，獨用。若某管路出現在兩個及以上的環路中，該管路稱為這些環路的共用管路，若管路只出現在某環路中，該管路稱為這一環路的獨用管路。圖2-3-2中，管段1、2、4分別是環路I、II、III的獨用管路；管段3為環路I、II的共用管路；管段5、6、7為環路I、II、III的共用管路。

(3)環路動力來源流體力學表明，管網中的流動動力有壓力、慣性力和重力3種。在管網工程中，壓力稱為靜壓，慣性力稱為動壓，二者可以互相轉換，二者之和稱為全壓。重力則在不同的工程中有不同的名稱，如位壓、勢壓、熱壓等。

全壓的來源與性質來源於風機水泵等流體機械。來源於壓力容器。來源於上級管網。性質：在一個位置上提供，沿整個環路中起作用。提供動力的位置在共用管段上，則共用該管路的所有環路都獲得相同大小的全壓動力。重力產生的環路動力及其性質重力產生的環路動力是在整個環路上形成的。它作用在整個環路上。各個環路因重力作用產生的環路動力不相同。（4）環路的需用壓力與資用動力任意環路的動力與阻力平衡，是流體流動的基本規律。要實現要求的流量輸送與分配任務，就必須在設計狀態，使管網滿足這一規律。如果設計計算參數不滿足這一規律，管網運行時會按照這一規律的要求，改變流動參數，來滿足這一規律，這樣，就得不到需要的流量。需用壓力：管網需用壓力一般按照“最不利環路”來確定管網的需用壓力。在有重力作用的情況下，不應只根據管路的長短和局部阻力部件的多少選定最不利環路，而應綜合考慮流動阻力和重力作用，選管路長、部件多，重力推動作用小（甚至是為負）的環路為最不利環路。各環路的資用動力管網的需用壓力作用在所有環路的共用管路上，則這些環路得到的全壓作用是相同的。各環路的資用動力為：（5）環路資用動力的分配最不利環路各管段分配的動力與其流動阻力相等，在最不利環路計算時已經完成了資用動力的分配。（5）環路資用動力的分配其他環路其他環路=與最不利環路共用的管路+不與最不利環路共用的獨用管路與最不利環路共用的管路上，分配的資用動力等於其流動阻力：：i環路與最不利環路的共用管段的流動阻力獨用管路的資用動力：獨用管路的壓損平衡共用管路的阻力與資用動力已實現了平衡。要實現設計的流量輸配，要讓獨用管路的阻力與資用動力相等。在設計中通過對管路幾何參數（主要是管道斷面尺寸）的調整，改變管內流速，來實現上述要求。並聯管路阻力平衡管路處於並聯地位時，若它們各自所在的環路的重力作用形成的動力相等，則這些並聯管路的資用動力相等。那麼，它們的阻力也應相等。可見，並聯管路阻力平衡是壓損平衡的特例。在環路的重力作用形成的動力相等時適用。管段2的壓損平衡所在環路II的資用動力：管段2是II環路中不與最不利環路共用的管段，其資用動力：〔例2-3〕管段2的壓損平衡按壓損平均法：按流量0.22m3/s和比摩阻31.7Pa/m，查線算圖，得：取標準規格130mm。查圖：速度16.7m/s，局部阻力100.9Pa管段2的壓損平衡在設計流量下的總阻力為256.9Pa；資用動力285Pa；不平衡率：基本符合要求。按相同步驟，對管段4進行壓損平衡，確定其管徑。2.3.2均勻送風管道設計

（1）設計原理均勻送風管道設計原理圖2-3-6從條縫口吹出和吸入的速度分佈

（2）實現管道均勻送風的條件保持各個側孔靜壓相等。保持各個側孔流量係數相等。增大出流角。注意：增大出流角度除了保證出流量均勻之外，對於送風的作用地點還有重要影響。（3）均勻送風管道的計算方法採用靜壓複得法。[例2-4]如圖所示總風量為8000m3/h的圓形均勻送風管道，採用8個等面積的側孔送風，孔間距為1.5m。試確定其孔口面積、各斷面直徑及總阻力。按照上述過程，依次確定後續各管段的斷面尺寸。2.3.3室內燃氣管網水力計算

（1）管段的計算流量根據負責的燃具數目、考慮同時工作係數進行計算。（2）屬於可壓縮氣體，摩阻計算公式有所不同。（3）並聯管路無需進行平衡。（？）（4）局部阻力採用當量長度法計算。（5）位壓作用不容忽略。局部阻力的當量長度課後要求：自學：教材〔例2-4〕、〔例2-5〕；《燃氣輸配》（第三版）P116例〔6-4〕完成習題2-11,2-14。第3章液體輸配管網

水力特徵與水力計算基本水力特徵任意兩個斷面之間的能量方程位壓（水柱壓力）大。要注意其對於液體管網運行的影響。空氣滲入會嚴重影響管內的正常流動，要重視“排氣”。

3.1.1閉式液體管網水力特徵——沿管段流動方向起點高程減去終點高程；——符號數。當管段流動方向與環路方向一致為正，反之為負。3.1.1.1重力迴圈液體管網的工作原理與水力特徵忽略管道散熱的影響：起迴圈作用的是散熱器（冷卻中心）和鍋爐（加熱中心）之間的水柱密度差與高差的乘積。如供水溫度為95℃，回水70℃，則每米高差可產生的作用壓力為156Pa。重力迴圈的作用壓力不大，環路中若積有空氣，會形成氣塞，阻礙迴圈。例如在下降的回水管中，有個充滿回水管斷面，高僅2cm的氣泡，就可產生約192Pa的反迴圈力。因此要特別重視排氣。為了排氣，系統的供水幹管必須有0.5～1.0%向膨脹水箱方向上坡度，散熱器支管的坡度一般取1%。在重力循環系統中，水的流速較低，空氣能逆著水流方向，經過供水幹管聚集到系統的最高處，通過膨脹水箱排除。

（1）並聯管路的水力特徵環路a-S1-b-熱源-a環路a-S2-b-熱源-a雙管系統的垂直失調當上下層環路的管道、散熱器尺寸一致時，必然出現上層的流量大於下層的情況。在供熱系統中，稱為垂直失調。解決辦法：在設計時正確計算不同環路的迴圈動力，採用不同的管道與設備尺寸及調節措施。並聯管路的阻力與流量分配共用管路是b-熱源-a，獨用管路a-S1-b和a-S2-b處於並聯，它們的阻力分別為：並聯的獨用管路的阻力等於各自的資用動力。它們之間的流量分配：（2）串聯管路的水力特徵環路動力：各個散熱中心處於同一環路，迴圈動力相同。需要計算從各個散熱中心流出的流體的密度。密度推算：tj是第j組散熱器出流流體的溫度。根據溫度，求取各個密度值。單管系統的垂直失調在串聯環路中，各層散熱器迴圈作用壓力是同一個，但進出口水溫不相同，越在下層，進水溫度越低。

由於各層散熱器的傳熱係數K隨各層散熱器平均計算溫度差變化，在選擇設備時沒有正確考慮這一點，也會帶來各個散熱器的散熱量達不到設計要求，引起垂直失調。（3）水在管路中沿途冷卻的影響上述分析，沒有考慮水在管路中沿途冷卻的因素。水的溫度和密度沿迴圈環路不斷變化，不僅影響各層散熱器的進、出口水溫，同時也影響到迴圈動力。由於重力作用形成的迴圈動力不大，在確定實際迴圈動力大小時，必須加以考慮。精確計算：必須明確密度沿程變化的關係式。在工程中，採用簡化處理。首先只考慮水在散熱器內冷卻，然後根據不同情況，增加一個考慮水在迴圈管路中冷卻的附加作用壓力。它的大小與系統供水管路佈置狀況、樓層高度、所計算的冷卻中心與加熱中心之間的水準距離等因素有關。其數值可從相關採暖設計手冊查取。3.1.1.2機械迴圈液體管網的工作原理與水力特徵3.1.2閉式液體管網水力計算

液體管網和氣體管網在水力計算的主要目的、基本原理和方法上是相同的。只是因為液體的物性參數與氣體有顯著差別，液體管網的工作參數也與氣體管網有一定區別，所以二者水力計算使用的計算公式和技術數據有所不同。

3.1.2.1液體管網水力計算的基本公式

（1）摩擦阻力：室內管網，常處於紊流過渡區：室外管網，常處於阻力平方區：（2）局部阻力3.1.2.2液體管網水力計算的主要任務和方法

任務（1）：已知管網各管段的流量和迴圈動力，確定各管段的管徑。方法：壓損平均法。預先求出管段的平均比摩阻，作為選擇管徑的控制參數。然後根據各管段流量和Rmp，用公式或圖表計算管徑，選擇接近的標準管徑，然後根據流量和選定管徑計算阻力損失，並核算資用動力和計算阻力的不平衡率是否滿足要求。任務（2）：已知各管段的流量和管徑，確定管網的需要壓力。方法：首先計算最不利環路各管段的壓力損失，如果不能忽略重力作用，計算重力作用形成的迴圈動力。按下式確定管網的需用壓力：然後計算其他環路的資用壓力，用壓損平均法對各個環路不與最不利環路共用的各個管段進行壓損平衡。任務（3）：已知各管段的流量，確定各管段的管徑和管網的需用壓力。方法：首先用假定流速法計算最不利環路。根據管網的技術經濟要求，選用經濟流速或經濟比摩阻，用公式或圖表確定管徑，計算各個管段的阻力損失，進而確定管網的需用壓力。然後計算其他環路的資用壓力，用壓損平均法對各個環路不與最不利環路共用的各個管段進行壓損平衡。室內採暖管網最大允許的水流速：民用建築

1.2m/s生產廠房的輔助建築物

2m/s生產廠房

3m/s。室外供熱管網最大允許的水流速：3.5m/s室內供熱、空調水管網的經濟比摩阻：60~120Pa/m.室外供熱管網的經濟比摩阻：主幹線：30~70pa/m支線：<300Pa/m任務（4）：已知管網各管段的管徑和該管段的允許壓降，確定通過該管段的水流量。方法：利用公式和圖表計算。“不等溫降法”在用水流量攜帶熱量（冷量）的工程中，實際上要求滿足的是末端設備的散熱量（或吸熱量）。此方法根據管段的實際允許壓降確定流量，可以得到滿足環路壓力平衡的流量（實際運行流量）。然後可根據流量，選擇合適的換熱設備，來滿足需要的散熱量。3.1.2.3重力迴圈雙管系統管網水力計算

〔例3-2〕計算準備：繪製管網圖、管段編號、計算各個管段的設計流量。（1）選最不利環路：通過立管Ⅰ的最底層散熱器Ⅰ1（1500W）的環路。這個環路從散熱器Ⅰ1順序地經過管段①、②、③、④、⑤、⑥，進入鍋爐，再經管段⑦、⑧、⑨、⑩、⑾、⑿、⒀、⒁進入散熱器Ⅰ1。（2）計算最不利環路迴圈動力：

（3）確定最不利環路各管段的管徑1）計算平均比摩阻（控制值）。2）根據各個管段的流量，用熱水採暖水力計算表，選擇接近Rpj的標準管徑，並根據流量和管徑，查出實際比摩阻。如管段②，流量272kg/h，Rpj＝3.84Pa/m，查表選DN32的管徑，根據流量272kg/h和DN32的管徑，查得流速0.08m/s，比摩阻3.39Pa/m。填入表中，並計算該管段的摩擦阻力。3）相同方法確定出最不利環路的所有管段的管徑。（4）統計該管段的局部阻力係數，計算局部阻力。（5）求各管段的壓力損失＝沿程阻力損失＋局部阻力損失。（6）計算最不利環路的總阻力。（7）核算壓力富餘值。至此，最不利環路計算完成。（8）其他環路計算確定通過立管Ⅰ第二層散熱器環路中各管段管徑。

不與最不利環路共用的管段是15、16，共用的管段是2-13。管段15、16的資用動力：

用同樣的方法，根據管段15和16的流量G及平均比摩阻，確定管徑d，Rm並計算摩擦阻力、局部阻力。管段15和16的總阻力為524Pa。核算資用動力與計算阻力的不平衡率。

用同樣的方法，依次計算I立管第3層、II、III、IV、V各立管各層的管路。說明：有的環路中，可能有的管段已選用了最小管徑，仍不能實現允許的不平衡率，可通過調節裝置在運行時進行調節。離熱源較遠的立管、各層支管及共用管段選用較大的管徑，便於離熱源較近立管各個環路實現平衡。3.1.2.4機械迴圈液體管網的水力計算方法

（1）室內熱水採暖管網與上級管網採用直接連接的管網迴圈動力由上級管網提供。室內管網的資用壓力往往比較大，特別是距離迴圈動力比較近的建築物。此時，按資用壓力計算得出的最不利環路的平均比摩阻較大，按此選用管徑，造成管內流速高、噪音大，且其他環路難於平衡。故一般按控制比摩阻60～120Pa/m進行計算，剩餘壓力靠入口減壓裝置消耗。與上級管網採用間接連接的室內管網水力計算的目的是確定管網的需用壓力和各管段管徑。仍按控制比摩阻進行計算。關於重力迴圈動力水在管道內冷卻的附加作用壓力可不考慮。對雙管系統，要考慮水在散熱器冷卻的重力迴圈動力；單管系統，若各立管樓層數相同，可不考慮；若不同，要考慮。（2）空調冷凍水管網一般是建築物自成系統（現在也有區域供冷，如北京的中關村）。水力計算目的是確定管網的需用壓力。按照推薦流速或控制比摩阻選擇最不利環路的管徑，再對其他環路進行壓損平衡。供回水溫差小，不考慮重力作用形成的迴圈動力。（3）關於同程式系統管網當管網較大時，常採用同程式管網。按控制比摩阻，先計算最遠立管，再計算最近立管。這樣，所有幹管管徑即被確定。校核二者的不平衡率。然後計算其他立管，確定其管徑。按壓損平衡方法進行。最後計算管網的需用壓力。提醒：注意阻力計算公式的選用及修正。注意粗糙度等基礎參數的取值。靈活應用各種計算參考資料（圖表）。閱讀有關規範的相關條文。《採暖通風與空氣調節設計規範》GB50019-2003（4）枝狀室外供熱管網的水力計算《城市熱力網設計規範》CJJ34-2002水力計算任務：根據已知流量，確定各個管段的管徑。計算管網的需用壓力。計算的基本方法：先按控制比摩阻計算最不利環路，再對其他環路進行壓損平衡。不考慮重力作用形成的動力。基本公式（流動常處於阻力平方區）：流量的單位是t/h；K=0.5mm.〔例3-3〕某工廠廠區熱水供熱系統，其網路平面佈置圖（各管段的長度、閥門及方形補償器的佈置）見圖3-1-7。網路的計算供水溫度t1′=130℃，計算回水溫度t2′=70℃。用戶E、F、D的設計熱負荷Qn′分別為：3.518GJ/h、2.513GJ/h和5.025GJ/h。熱用戶內部的阻力為ΔP=5×104

Pa。試進行該熱水網路的水力計算。

（1）準備工作管網圖繪製、標注管段編號、長度、管件，計算出設計流量，填入編制的計算表格。例：管段B-E的設計流量計算如下：水力計算表表3-1-5管段編號計算流量G’（t/h）管段長度l

（m）局部阻力當量長度之和ld（m）折算長度lzh（m）公稱直徑d

（mm）流速v（m/s）比摩阻R（Pa/m）管段的壓力損失ΔP（Pa）123456789主幹線AB4420048.44248.441500.7444.811130BC3018042.34222.341250.7354.612140CD2015034.68184.681000.7679.214627支線BE147018.688.6701.09278.524675CF108018.698.6700.77142.214021（2）最不利環路計算說明：室外熱水管網的回水管路沿供水管路相同的路徑佈置，管徑、管內流量與對應的供水管段相同。一般是閉式管網（不從管網取出熱水）。最不利環路的管線也稱為“主幹線”。本例選A-B-C-D為主幹線。控制比摩阻30~70Pa/m。管段AB：流量44t/h。查表，取d=150mm，R=44.8Pa/m閘閥1個，方形補償器3個，當量長度：相同方法計算管段BC、CD。（3）計算其他支路對其他環路進行壓損平衡。管段BE：同理計算管段CF。3.2開式液體管網水力特徵與水力計算

水泵揚程需要克服進出口的高差。3.2.1建築給水管網水力計算

3.2.1.1確定設計流量與管徑

流量的確定要考慮末端用水器具的同時用水係數（即同時給水百分數），分兩種情況採用不同的計算公式。

（1）用水時間集中，用水設備使用集中，同時給水百分數高的建築，如工業企業生活間、公共浴室、洗衣房、食堂餐廳、實驗室、影劇院、體育場等。（2）用水時間長，用水設備使用不集中，同時給水百分數隨用水器具數量增加而減少的建築，如住宅、賓館、醫院、學校、辦公樓等，用水器具種類多，且各種用水器具的額定流量又不盡相同，為簡化計算，將安裝在污水盆上，管徑為15mm的配水龍頭的額定流量0.2L/s作為一個當量，其他用水器具的額定流量對它的比值，即為該用水器具的當量值。用下式計算管段的給水設計秒流量qg：

管徑的確定按控制流速範圍來確定。設計時給水管道流速應控制在正常範圍內：生活或生產給水管道，不宜大於2.0m/s，當有防雜訊要求，且管徑小於或等於25mm時，生活給水管道內的水流速度，可採用0.8～1.0m/s；消火栓系統，消防給水管道，不宜大於2.5m/s；自動噴水滅火系統給水管道，不宜大於5.0m/s，但其配水支管在個別情況下，可控制在10m/s以內。按流量和流速確定管徑規格後，需按確定的管徑核算實際流速。

3.2.1.2建築給水管網水頭損失計算

（1）沿程阻力選用公式或圖表計算。注意它們的使用條件。參考書《建築給水排水工程》（第四版）王增長主編（2）局部阻力一般不作詳細計算，可按下列管網沿程水頭損失的百分數採用；生活給水管網為25%～30%；生產給水管網；生活、消防共用給水管網；生活、生產、消防共用給水管網為20%；消火栓系統消防給水管網為10%；自動噴水滅火系統消防給水管網為20%；生產、消防共用給水管網為15%。（3）水錶阻力是較為特殊的局部阻力。（4）管網需用壓力自學【例3-4】

第4章多相流管網水力特徵與水力計算4.1液氣兩相流管網水力特徵與水力計算

工程背景：建築排水管網空調凝結水管網蒸汽供暖管網4.1.1液氣兩相流管網水力特徵

4.1.1.1建築內部排水流動特點及水封

（1）流動特點

氣、液、固均存在，固體物較少，可視為液氣兩相流。水量、氣壓隨時間變化幅度大。流速隨空間變化劇烈。橫支管進入立管，流速激增，水、氣混合；立管進入橫總管，流速急降，水、氣分離。（2）水封

水封水封位置水封高度水封破壞4.1.1.2橫管內水流狀態

（1）能量（2）狀態圖4-1-1橫管內水流狀態示意圖1-水膜狀高速水流；2-氣體V0——豎直下落末端水流速度；he——橫管斷面水深；v——he水深時的水流速度；K——與連接形式有關的能量損失係數；（3）管內壓力

1）橫支管內壓力變化2）橫幹管內壓力變化

更為劇烈。特別注意對建築下部幾層橫支管的影響，要與橫幹管保持一定的垂直距離。4.1.1.3立管中水流狀態

排水立管上接各層排水橫支管，下接橫幹管或排出管，立管內水流呈豎直下落流動狀態，水流能量轉換和管內壓力變化劇烈。（1）排水立管水流特點

1）斷續的非均勻流

2）水氣兩相流

3）管內壓力變化

圖4-1-3排水管內壓力分佈示意圖（2）排水立管中水流流動狀態

1）附壁螺旋流。排水量較小，立管中心氣流仍舊正常，氣壓較穩定。這種狀態歷時很短。2）水膜流。有一定厚度的帶有橫向隔膜的附壁環狀流。隨水流下降流速的增加，水膜所受管壁摩擦力增加。當水膜受向上的管壁摩擦力與重力達到平衡時，下降速度和厚度不再發生變化，這時的流速叫終限流速（vt）。從橫支管水流入口至終限流速形成處的高度叫終限長度（lt）。橫向隔膜不穩定，形成與破壞交替進行。在水膜流階段，立管內氣壓有波動，但其變化不會破壞水封。

3）水塞流。隨排水量繼續增加，水膜厚度不斷增加，隔膜下部壓力不能衝破水膜，最後形成較穩定的水塞。水塞向下運動，管內氣體壓力波動劇烈，水封破壞，整個排水系統不能正常使用。

這3個階段流動狀態的形成與管徑和排水量有關。也就是與水流充滿立管斷面的大小有關。排水立管內的水流狀態應為水膜流。實驗表明，在設有專用通氣立管的排水系統中：（3）水膜流運動的力學分析

水膜區以水為主的水氣兩相流，忽略氣；氣核區以氣為主的氣水兩相流，忽略水。經分析推導，得出：

4.1.1.4排水管在水膜流時的通水能力

工作高度：橫支管與立管連接處至排除管中心的距離。4.1.1.5影響立管內壓力波動的因素及防止措施

(1)影響排水立管內部壓力的因素確保立管內通水能力和防止水封破壞是建築內部排水系統中兩個最重要的問題，這兩個問題都與立管內壓力有關。最大負壓：（2）穩定立管壓力增大通水能力的措施

減小終限流速減小水舌阻力係數K4.1.2建築排水管網的水力計算

4.1.2.1橫管的水力計算

設計規定

（1）充滿度—規定最大計算充滿度（2）自淨流速

—規定的最小流速（3）管道坡度

—通用坡度，最小坡度（4）最小管徑

—防止堵塞的最小管徑2.橫管水力計算方法

對於橫幹管和連接多個衛生用水器具的橫支管，應逐段計算各管段的排水設計秒流量，通過水力計算來確定各管段的管徑和坡度。建築內部橫向管道按明渠均勻流公式計算。水力計算表見《建築給水排水工程》（第四版）附錄6-1和6-24.1.2.2立管水力計算

排水立管按通氣方式分為普通伸頂通氣、專用通氣立管通氣、特製配件伸頂通氣和無通氣四種情況。

四種情況的排水立管最大允許通水能力見表4-1-9，設計時先計算立管的設計秒流量，然後查表4-1-9確定管徑。

4.1.2.3通氣管道計算

按工程實際情況，查取有關手冊、參考資料確定。自學【例4-1】

參考書：

《建築給水排水工程》（第四版）4.1.3空調凝結水管路系統的設計

各種空調設備（例如風機盤管機組，櫃式空調機，新風機組，組合式空調箱等）在運行過程中產生凝結水。較之建築排水管網，凝結水管網內的流動穩定性要好得多，氣壓波動小。設計要點：管材；坡度；水封；通氣；保溫；沖洗的可能性。通常，可以根據機組的冷負荷Q（kW）按下列數據近似選定冷凝水管的公稱直徑：Q≤7kW時，DN=20mmQ=7.1～17.6kW時，DN=25mmQ=17.7～100kW時，DN=32mmQ=101～176kW時，DN=40mmQ=177～598kW時，DN=50mmQ=599～1055kW時，DN=80mmQ=1056～1512kW時，DN100mmQ=1513～12462kW時，DN=125mQ＞12462kW時，

DN=150mm4.2汽液兩相流管網水力特徵與水力計算

4.2.1汽液兩相流管網水力特徵與保障正常流動的技術措施汽、液相的相互轉變：蒸汽－－凝水；凝結水－－二次汽化。形成流動阻礙。水擊產生及防止蒸汽管路中的凝水不能順利排走，遇到阻礙，在高速下（>20m/s)與管壁、管件撞擊。儘量汽、水同向流，逆向流時採用低流速；及時排除凝水。系統中引入和排除空氣停止運行時，引入空氣以排除凝水；開始運行，排除空氣。凝結水回收重力回水餘壓回水機械回水二次蒸汽利用4.2.2室內低壓蒸汽供暖管網水力計算（1）蒸汽管路資用動力鍋爐出口（或建築物採暖管網入口）蒸汽壓力。密度：近似為常數。計算方法壓損平均法－－平均比摩阻P0一般取2000Pa；Pg較大時，Rm可能很大，可能導致流速過大。這時，控制比摩阻<100Pa/m。計算次序最不利管路－－其他管路流速限制汽水同向：<30m/s汽水逆向：<20m/s實際採用更低。蒸汽供暖管網的“週期性”和“自調節性”原因：疏水器的作用（2）凝水管路幹凝水管路非滿管流。按負擔的熱負荷查表確定管徑。前提：保證坡度>=0.005。濕凝水管路按負擔的熱負荷查表確定管徑。計算表參考《供熱工程》（第三版）附錄4.2.3室內高壓蒸汽供暖管網水力計算

（1）蒸汽管道：壓損平均法：最不利管路的總壓力損失不超過起始壓力的25%。

假定流速法汽、水同向流動時<80m/s汽、水逆向流動時<60m/s

推薦採用15～40m/s（小管徑取低值）限制幹管的總壓降高壓蒸汽供暖的幹管的總壓降不應超過凝水幹管總壓降的1.2～1.5倍。一般選用管徑較粗，但工作可靠。（2）凝水管道散熱設備——疏水器非滿管流的，保證坡降I>0.005，查表選用管徑。疏水器以後：餘壓回水，在室外凝水管網仲介紹。計算公式：同室外供熱管網。注意：密度變化。採用圖表計算要注意修正：密度修正；粗糙度修正。4.2.4室外蒸汽管網的水力計算

4.2.5凝結水管網的水力計算方法

管段A—B散熱設備—疏水器。非滿管流。前面已在“室內高壓蒸汽供暖管網水力計算”仲介紹。管段B—C乳狀混合物的兩相流。要計算混合物的密度。按（4-2-13）（4-2-14）。1）疏水器—二次蒸發箱2）疏水器—凝結水箱（沿圖中蘭色管道路徑）對於1），距離較短，按餘壓凝水管道計算表計算、修正；對於2）按室外熱水管網水力計算表計算、修正。局部阻力按百分數估計。管段C—D飽和凝水。按資用動力確定平均比摩阻，利用室外供熱管道計算表確定管徑。管段D—E凝水泵輸送凝水，滿管流。按流速1~2m/s，用室外供熱管道計算表確定管徑並計算阻力、確定水泵所需揚程。注意修正。4.3氣固兩相流管網水力特徵與水力計算4.3.1氣固兩相流水力特徵（1）物料的沉降速度和懸浮速度粉狀物料與粒狀物料，根據不同的雷諾數，阻力係數CR有不同的計算公式。若氣體處於靜止狀態，則vf是顆粒的沉降速度；若顆粒處於懸浮狀態，則vf是使顆粒處於懸浮狀態的豎直向上的氣流速度，稱為顆粒的懸浮速度。（2）氣固兩相流中物料的運動狀態

實際的豎直管道中，要使物料懸浮，所需速度比理論懸浮速度大得多；水準管中，氣流速度不是使物料懸浮的直接動力，所需速度更大。輸料管內氣固兩相流的運動狀態，隨氣流速度和料氣比的不同而改變：分別呈懸浮流、底密流、疏密流、停滯流、部分流、柱塞流狀態。（3）氣固兩相流的阻力特徵

c點是臨界狀態點，此時顆粒群剛處於完全懸浮狀態，阻力最小。臨界狀態的流速稱為臨界流速。

圖4-3-3兩相流阻力與流速的關係（4）氣固兩相流管網的主要參數

1）料氣比：單位時間內通過管道的物料量與空氣量的比值。根據經驗，一般低壓吸送式系統μ1=1～4，低壓壓送式系統μ1=1～10，迴圈式系統μ1=1左右，高真空吸送式系統μ1=20～70。

2）輸送風速：可以按懸浮速度的某一倍數來定，一般取2.4～4.0倍，對大密度粘結性物料取5～10倍。輸送風速也可按臨界風速來定，例如砂子等粒狀物料，其輸送風速為臨界風速的1.2～2.0倍。通常參考經驗數據，見表4-3-1。

3）物料速度和速比：物料速度指管道中顆粒群的最大速度。氣流必須用一部分能量使物料顆粒懸浮，然後再推動顆粒運動，因此，物料速度v1小於輸送風速v。物料速度與輸送風速之比稱為速比。4.3.2氣固兩相流管網水力計算

兩相流的阻力看作是單相氣流的阻力與物料顆粒引起的附加阻力之和。分別計算：1）喉管或吸嘴的阻力2）物料的加速阻力3）物料的懸浮阻力4）物料的提升阻力5）管道的摩擦阻力

6）彎管阻力

7）分離器阻力8）其他部件的阻力討論：

1）水力計算在流體輸配管網設計及運行管理中的作用。

2）各種類型工程管網水力計算的共同點與不同之處。

3）各種水力計算方法的共同點與不同之處。第5章泵與風機的理論基礎5.1離心式泵與風機的基本結構5.1.1離心式風機的基本結構（1）葉輪前盤、葉片（2）機殼蝸殼、進風口（3）進氣箱（4）前導器（5）擴散器（6）電動機5.1.2離心式泵的基本結構（1）葉輪（2）泵殼（3）泵座（4）軸封裝置5.2離心式泵與風機的工作原理及性能參數5.2.1離心式泵與風機的工作原理過程：流體受到離心力的作用——經葉片被甩出葉輪——擠入機（泵）殼——流體壓強增高——排出——葉輪中心形成真空——外界的流體吸入葉輪——不斷地輸送流體。實質：能量的傳遞和轉化過程。電動機高速旋轉的機械能——被輸送流體的動能和勢能。在這個能量的傳遞和轉化過程中，必然伴隨著諸多的能量損失，這種損失越大，該泵或風機的性能就越差，工作效率越低。5.2.2離心式泵與風機的性能參數（1）流量Q(m3/s,m3/h)（2）揚程H/全壓P(mH2O,Pa)（3）功率：有效功率；軸功率(kW)（4）效率η(%)（5）轉速n(r/min)5.3.1絕對速度與相對速度、圓周速度5.3離心式泵與風機的基本方程—歐拉方程5.3.2流體在葉輪中的運動與速度三角形流體在葉輪中運動的速度三角形已知流量和葉輪的轉速，求速度三角形：5.3.3歐拉方程基本假定（1）恒定流（2）不可壓縮流（3）葉片數目無限多，厚度無限薄（4）理想流動（無能量損失）歐拉方程歐拉方程分析（1）理論揚程HT∞，單位是輸送流體的“流體柱高度”。僅與流體的速度三角形有關，與流動過程無關。（2）流體所獲得的理論揚程HT∞與被輸送流體的種類無關。只要葉片進、出口處的速度三角形相同，都可以得到相同的液柱或氣柱高度（揚程）。（3）代表的是單位重量流量獲得的全部能量，包括壓力能和動能。

5.3.4歐拉方程的修正恒定流不可壓縮葉片無限多，無限薄理想流動K稱為環流係數。它說明軸向渦流的影響，有限多葉片比無限多葉片作功小，這並非粘性的緣故，對離心式泵與風機來說，K值一般在0.78~0.85之間。

1＝90

時，進口切向分速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：

為簡明起見，將流體運動諸量中用來表示理想條件的下角標“T”去掉：5.3.4歐拉方程的物理意義第一項是離心力作功，使流體自進口到出口產生一個向外的壓能增量。第二項是由於葉片間流道展寬、相對速度降低而獲得的壓能增量，它代表葉輪中動能轉化為壓能的份額。由於相對速度變化不大，故其增量較小。

第三項是單位重量流體的動能增量。利用導流器及蝸殼的擴壓作用，可取得一部分靜壓。

5.4泵與風機的損失與效率5.4.1流動損失與流動效率流體在進口前預旋；相對速度並非沿葉片切向；葉輪進口——出口的摩擦損失；邊界層分離及渦流損失等。5.4泵與風機的損失與效率5.4.2洩漏損失與洩漏效率5.4泵與風機的損失與效率5.4.3輪阻損失與輪阻效率

5.4.4泵與風機的功率與效率有效功率：流體經過泵與風機後單位時間獲得的能量內功率：消耗於流體的功率。軸功率：泵與風機軸上的輸入功率。課堂思考題：離心水泵有軸封裝置，而離心風機沒有，為什麼？水泵啟動時，為什麼要求灌滿水？離心風機的基本機構葉輪結構形式示意圖葉片結構形式示意圖葉片形狀示意圖進風口形式示意圖離心泵的基本機構離心泵葉輪形式示意圖軸向渦流實驗示意圖軸向渦流對流速分佈的影響軸向渦流對流速分佈的影響5.5性能曲線及葉型對性能的影響泵與風機的性能曲線5.5.1理論性能曲線HT—QTNT—QT分析基礎：歐拉方程HT—QT葉片形式HT—QTNT—QT（理想狀況下）NT—QT前向型葉片易發生電機超載。後向型幾乎不會發生超載現象。（1）葉片的幾種形式（2）葉片安裝角對壓力的影響（3）幾種葉片形式的比較5.5.2葉型對性能的影響5.5.3泵與風機的實際性能曲線離心風機的特性曲線葉片安裝角對壓力的影響葉片安裝角對壓力的影響流體徑向進入葉道；葉道進口截面積等於出口。分析：揚程與vu2成正比。在其他條件相同時，採用前向葉片的葉輪給出的能量高，後向葉片的最低，而徑向葉片的居中。後向葉片型葉輪的vu2較小，全部理論揚程中的動壓頭成分較少；前向葉型葉輪vu2較大，動壓頭成分較多而靜壓頭成分減少。分析：動壓頭成分大，流體在擴壓器中的流速大，動靜壓轉換損失較大。在其他條件相同時，前向葉型的泵或風機的總的揚程較大，但它們的損失也大，效率較低。因此，離心式泵全部採用後向葉輪。在大型風機中，為了增加效率和降低雜訊水準，也幾乎都採用後向葉型。但就中小型風機而論，效率不是主要考率因素，也有採用前向葉型的，這是因為葉輪是前向葉型的風機，在相同的壓頭下，輪徑和外形可以做得較小。根據這個原理，在微型風機中，大都採用前向葉型的多葉葉輪。至於徑向葉型葉輪的泵或風機的性能，顯然介於兩者之間。（3）幾種葉片形式的比較（1）從流體所獲得的揚程看，前向葉片最大，徑向葉片稍次，後向葉片最小。（2）從效率觀點看，後向葉片最高，徑向葉片居中，前向葉片最低。（3）從結構尺寸看，在流量和轉速一定時，達到相同的壓力，前向葉輪直徑最小，而徑向葉輪直徑稍次，後向葉輪直徑最大。（4）從工藝觀點看，直葉片製造最簡單。因此，大功率的泵與風機一般用後向葉片較多。如果對泵與風機的壓力要求較高，而轉速或圓周速度又受到一定限制時，則往往選用前向葉片。從摩擦和積垢角度看，選用徑向直葉片較為有利。5.5.4泵與風機性能試驗標準與試驗方法自學試驗標準和方法進行試驗說明：實際性能曲線考慮了泵與風機自身的各種損失，是在標準實驗裝置中得出的，實驗裝置盡可能避免管網對泵（或風機）的影響。它們在管網中的性能曲線可能還會有所不同，這需要對泵（或風機）與管網進行合理匹配與連接，儘量減小管網對泵（或風機）的性能造成的影響。5.6相似律與比轉數5.6.1泵與風機的相似原理5.6.2泵與風機的相似律及其應用5.6.3比轉數5.6.4泵與風機的無因次性能曲線5.6.1泵與風機的相似原理相似條件幾何相似運動相似動力相似5.6.1泵與風機的相似原理入口速度三角形相似要檢查所有各對應點是否滿足上述各種關係式，來判斷兩泵與風機的流通過程是否相似是很困難的，也是不必要的。實際上在幾何相似的泵與風機中，只要能保持葉片入口速度三角形相似，且對應點的慣性力與粘性力的比值相等，則其流動過程必然相似。若流量係數相等，則入口速度三角形相似。5.6.1泵與風機的相似原理慣性力與粘性力的比值為雷諾數，泵與風機內部的流動常處於雷諾自模區。實際工程中通常並不採用相似准數判斷泵或風機的相似。而是根據相似工況提出相似關係。流動過程相似的工作狀況——相似工況。當兩泵或風機的兩個工作狀況的流動過程相似，則它們的對應工況稱為相似工況。即當一臺泵或風機性能曲線上某點A（對應泵與風機的某個工作狀況）與另一臺與其相似的泵或風機性能曲線上的A'所對應的流動相似，則A與A'為相似工況點，所表示的工況為相似工況。在相似工況下，可推導出下列結果：5.6.1泵與風機的相似原理在相似工況下，其運動相似，則必然滿足動力相似的條件。5.6.1泵與風機的相似原理相應地，有5.6.2泵與風機的相似律及其應用相似工況下的性能參數之間的關係。全壓（揚程）關係5.6.2泵與風機的相似律及其應用流量關係5.6.2泵與風機的相似律及其應用功率關係效率關係5.6.2泵與風機的相似律及其應用5.6.3比轉數1.比轉數的公式5.6.3比轉數無因次綜合特性參數相等。5.6.3比轉數說明：（1）實際計算有工程習慣問題。風機：P為換算到標準狀態的全壓。水泵：H為水泵揚程，mH2O5.6.3比轉數(2)用最高效率點的參數計算。(3)相似工況下泵與風機的比轉數相等，但比轉數相等不是相似的充分條件。5.6.3比轉數比轉數的應用（1）用比轉數劃分泵與風機的類型泵與風機的比轉數與流量的平方根成正比，與全壓的3/4次方成反比，即比轉數大，反映泵與風機的流量大、壓力低；反之，比轉數小，則流量小、壓力高。一般可用比轉數的大小來劃分泵與風機的類型。例如：ns=2.7~12(15~65) 前彎型泵與風機；ns=3.6~16.6(20~90)後彎型泵與風機；ns=>16.6~17.6(90~95)單級雙進氣或並聯離心式泵與風機；5.6.3比轉數（2）比轉數的大小可以反映葉輪的幾何形狀比轉數是壓力係數及流量係數的函數，一般講，在同一類型的泵與風機中，比轉數越大，流量係數越大，葉輪的出口寬度b2與其直徑D2之比就越大，即葉輪出口相對寬度b2/D2大；比轉數越小，流量係數越小，則相應葉輪的出口寬度b2與其直徑D2之比就越小。表5-6-2反映了各種泵的幾何形狀與比轉數的關係。5.6.3比轉數（3）比轉數可用於泵與風機的相似設計由於比轉數具有重要的特徵及實用意義，目前，我國的離心式泵與風機命名中，比轉數是重要的一項。5.6.4泵與風機的無因次性能曲線例題。第6章泵、風機與管網系統的匹配6.1泵、風機在管網系統中的工作狀態點6.2泵、風機的工況調節6.3泵、風機的安裝位置6.4泵、風機的選用6.1泵、風機在管網系統中的工作狀態點6.1.1管網特性曲線1.枝狀管網的阻力特性（1）管段的阻力特性（2）枝狀管網的簡化1）管段串聯兩個管路構成的回路（或虛擬回路）中，重力作用與輸入的全壓動力均為零，則它們處於“水力並聯”地位，其阻力相等。2）管路“水力並聯”3）枝狀管網，可經過逐次簡化為一個管路。（3）枝狀管網的阻力特性（4）管網特性曲線

工程背景：

通風空調氣體管網

机械循环采暖管网

室外供热管网

空調冷凍水管網

空调冷却水管网

Pst反映了環境因素對流動的影響。（4）管網特性曲線（4）管網特性曲線6.1.2管網特性曲線的影響因素影響管網特性曲線形狀的決定因素是阻抗S

。S值越大，曲線越陡。S=f(l，d，k，

ζ，

)6.1.2管網特性曲線的影響因素Pst反映了環境因素對流動的影響。包括重力作用力、環境與管網交界面的壓力。其值的大小決定了管網特性曲線起點在縱坐標上的位置。6.1.3管網系統對泵、風機性能的影響產品樣本給出的某種類型、規格的泵、風機的性能曲線（或性能參數表），是根據某種標準實驗狀態下測試得到的數據整理繪製而成的。在實際使用中，工作流體的密度、轉速等參數可能與試驗時不一致，此時可根據相似律換算出新的流體密度、轉速等條件下泵與風機的性能曲線。由於泵（風機）是在特定管網中工作，其出入口與管網的連接狀況一般與性能試驗時不一致，將導致泵（風機）的性能發生改變（一般會下降），這稱為“系統效應”。

（1）入口系統效應（1）入口系統效應（2）出口系統效應－系統效應管段長度從風機出口不規則的速度分佈，到管道內氣流速度規則分佈的截面之間的長度，稱之為效應管道長度；為避免能量損失，不應在此長度內安裝形狀突變的管件或設備。（2）出口系統效應-出口連接彎管（2）出口系統效應-系統效應曲線風速-100fpm(m/s)泵(或風機)的性能曲線泵或風機在一定轉速下，揚程H(全壓P)、功率N、效率η隨流量Q變化的關係曲線。其中最重要的是H-Q(或P-Q)曲線，它揭示了泵或風機的兩個最重要、最有實用意義的參數——揚程H(或全壓P)與流量Q之間的關係。QCQηH-QCHCN-Qη-QNC6.1.4泵(風機)在管網系統中的工作點6.1.4泵(風機)在管網系統中的工作點泵(風機)在管網中工作，其總工作流量即為管網的總流量，泵(風機)所提供的能量與管網中流體流動所需的能量相等。將泵(風機)的實際H-Q性能曲線與其所在管網系統的管網特性曲線，用相同的比例尺、相同的單位繪在同一直角坐標圖上，兩條曲線的交點，即為該泵（風機）在該管網系統中的工作狀態點，或稱運行工況點，如圖中的A點。工況點6.1.4泵(風機)在管網系統中的工作點工況點的解析解法工況點上，泵、風機的工作流量即為管網中通過的流量，提供的壓頭與管網在該流量下流動所需的壓頭相一致。穩定工況點穩定工況6.1.2泵(風機)在管網系統中的工作點泵（風機）的流量QB小於管路的流量QA時，其壓頭HB大於管路的阻力HA，多餘的能量將使流體加速，流量加大，工況點將自動由B移向A。反之，如泵（風機）在C點工作，流量QC大於管路流量QA，其壓頭小於管路阻力，則流體減速，流量減小，工況點自動由C移向A。可見，A點是穩定工況點。非穩定工況點6.1.2泵(風機)在管網系統中的工作點性能曲線是駝峰形的泵（風機）。E點是不穩定工況點。當泵（風機）受到干擾時（如電壓波動），如流量由E點向流量增大方向偏離時，泵（風機）的壓頭大於管路阻力，管路中流速加大，流量增加，工況點繼續向流量增大的方向移動，無法回到原工作點。反之亦然。應通過工況分析，使泵(風機)工作在穩定工作區！3.喘振及其防止方法當風機在非穩定工作區運行時，可能出現一會兒由風機輸出流體，一會兒流體由管網中向風機內部倒流的現象，專業中稱之為“喘振”。並非在非穩定區工作時必然發生喘振。例如當風機特性曲線峰值左側的曲線較平坦，運行工況點離峰值點較近，管網特性曲線的斜率較小，且管網中干擾能量較小、壓力波動不大時，風機適當減小輸氣量後能使壓力得到恢復，風機又回到原工況點工作。雖不穩定，但不至於喘振。當風機性能曲線峰值左側較陡，運行工況點離峰值較遠時，才開始發生喘振。一般來說，軸流風機比離心風機易發生喘振，高壓風機比低壓風機易發生喘振。喘振現象發生後，設備運行的聲音發生突變，流量、壓頭急劇波動，併發生強烈振動。如果不及時停機或採取措施消除，將會造成嚴重破壞。3.喘振及其防止方法①應儘量避免設備在非穩定區工作；②採用旁通或放空法；③增速節流法。4.系統效應對工況點的影響通過選擇合理的進出口連接方式，可以減小或消除系統效應對泵、風機的性能產生的影響。當確實因實際安裝位置限制等原因導致無法避免系統效應時，應在設計選用泵（風機）時將系統效應的影響考慮在內。

重點內容需要解決的問題：聯合運行設備組性能曲線聯合運行時系統的工況點聯合運行時任一設備的工況點部分設備工作時的工況點並聯運行的特點與應用串聯運行的特點與應用6.1.5管網系統中泵(風機)的聯合運行何謂聯合運行？兩臺或兩臺以上的泵(或風機)在同一管網系統中共同工作，稱為聯合運行。聯合運行的目的是什麼？增加流量或增加壓頭；便於管網調節，適應用戶需求的變化聯合運行有哪些方式？並聯運行；串聯運行6.1.5管網系統中泵(風機)的聯合運行1.泵(風機)並聯運行工況分析多臺水泵在同一水池吸水，向同一管路供水。1.泵(風機)並聯運行工況分析多臺水泵(或風機)具有共同的吸水(氣)和出水(氣)管路。H=H1=H2Q=Q1+Q2H1H2Q1Q2HQ(1)並聯運行工作的基本特徵(2)並聯