流体输配管网计算

四、计算1.有一表面光滑的砖砌风道（k=3mm），横断面尺寸为500mmx400mm，流量L=1m3∕s（3600解：（1）流速当量直径法：矩形风道内空气流速v=1矩形风道的流速当量直径：D根据v=5m∕s.Dv=444mm由图查得粗糙度修正系数KR（2）流量当量直径法：矩形风道的流量当量直径D根据L=1m3∕sDR2.如图所示，设h1=3.2m,h2=h3=3.0m,散热器：Q1=700W，Q2计算作用动力时，不考虑水在管路中冷却因素。解:(1)求双管系统的重力循环作用动力由图可知，双管系统属于并联环路，各层散热器所在环路的作用动力不同，需分别计算。系统的供回水温度，tgρg=961.92kg计算通过各层散热器循环环路的作用动力：第一层：Δ第二层：Δ第三层：Δ第三层与底层循环环路的作用压力差值为：ΔP=Δ由此可见，楼层数越多，底层与最顶层循环环路的作用动力差越大。（2）求单管系统各层立管的水温根据公式t由此可求出第三层散热器管路上的水温。t相应的水的密度，ρ3=968.32第二层散热器的水温t2为：t相应的水的密度：ρ(3)求单管系统的作用压力由图可知，单管系统属于串联环路，只有一个共同的作用动力。根据式Δ则Δ或Δ3.（1）已知：某送水系统流量2m3∕s，管网总阻力（2）已知：某生活给水系统，给水管网总流量30m3∕h，静水压30m，沿程局部水头损失5m，水表水头损失1m，出流压头解：（1）由公式ΔP=SLS=ΔP所以管网阻抗方程为：ΔP=250管网特性曲线如下图所示：（2）由题意可知H1所以hS=H管网阻抗方程为：H=h管网特性曲线如下图所示：4.水泵流量100m3h，扬程80m，内效率ηi=70%，机械传动效率η求：（1）水泵的有效功率；。（2）全压效率；（3）选配电机功率。解：（1）水泵的有效功率Ne=η=（3）电机功率N5.已知：两台相似水泵，D2：D2'=2:1解：因输送同一流体，故ρ=ρ全压比：P流量比：Q功率比：N6.已知：某单级单吸离心水泵，流量100m3∕h，扬程80m，转速2900求：（1）比转数；（2）当ρ=1000kg∕m解：（1）比转数：n（2）ns7、已知水泵性能曲线如下图。管网阻抗S=76000mH2O/(m3/s)2,静扬程Hst=19m,转速n=2900r/min。试求：（1）水泵的流量Q（2）用阀门调节方法使流量减少25%，求此时水泵的流量、扬程、轴功率和阀门消耗的功率。（3）用变速调节方法使流量减少25%，转速应调至多少？解：（1）由管网特性曲线方程H=HstQ((100246810H(m)1919.3020.2221.7423.8626.60管网特性曲线与泵的Q-H曲线交于A点。Q=8.5×HηN（2）阀门调节Q在泵的Q-H曲线上查得B点，HN由B点做垂直线与管路性能曲线交于C点H阀门增加的水头损失△H=阀门消耗的功率△N=（3）变速调节将工况点调至C点，相似工况曲线的特性方程H=k其中：k=Q(66.3878H(m)19.5522.0926.6134.75相似工况曲线与泵的Q-H曲线交于D点Q得n8、第7题中的水泵直径D2=200mm，如果用切削叶轮方法使流量减少25%解：首先计算水泵的比转数。效率最高点F，Qn=3.65×属于低比转数的水泵，采用第一切削定律，切削曲线是直线。H=HC当Q=8×10-3m3s，DD2’=切削率∆=D在允许范围内。9.12Sh-19A型离心泵，流量为0.22m3s时，由水泵样本中的Q-[Hs]曲线中查得，其允许吸上真空高度[Hs]=4.5m，泵进水口直径为300mm，从吸水管进入口到泵进口的水头损失为1.0m，当地海拔为1000m，水温为40摄氏度，试计算其最大安装高度解：由式（6-3-5）计算[H'查表6-3-2当海拔为1000m时，Pa=0.092Mpa，则Ha查表6-3-1水温为40摄氏度时，Pva=7.5kPa，则h根据式（6-3-5）：[H's]=4.5-（10.33-9.2）-（0.75-0.24由式（6-3-4）得：[Hss]=[v1=V12所以，最大安装高度为：Hss不同海拔高程的大气压强（绝对压力）表6-3-2海拔高程m—6000100200300400500600大气压力Mpa0.1130.1030.1020.1010.1000.0980.0970.096海拔高程m700800900100015002000300040005000大气压力Mpa0.0950.0940.0930.0920.0860.0840.0730.0630.05510.某水泵从水箱吸入104的热水送进锅炉，水箱压强0.5mH2O，气蚀余量4.5mH2O，吸水管阻力解：由式P1γ+v1式中：PV=1.84mH2O=1.84×104所以H11.某闭式空调冷冻水管网并联有两台相同的循环水泵。单台水泵性能参数如下：转数2900r∕min,所配电机功率2.2kW。流量——扬程性能如下表：参数序号123流量（m37.512.515扬程（m）222018.5管网中开启一台水泵时，流量为15m3∕h，扬程为画出单台水泵运行时水泵的性能曲线和管网特性曲线，并标出工况点；若管网只需流量10m3∕h，拟采用：1）关小调节阀门；若管网需要增加流量，让这两台水泵并联工作，管网系统流量能否达到30m解：（1）如下图所示，单台水泵的性能曲线为曲线。管网阻抗S’=18.5152=0.0822mH2O∕（m（2）关小阀门时，要求的输出流量是10m3∕h，水泵的性能曲线不变，仍为曲线，由横坐标Q=10m3∕h作垂线，与曲线交点2为要求的工况点，此时，流量10m3∕h，扬程21.2m。管网的阻抗采用调节转速的方法时，管网特性曲线仍为ΙΙ，由横坐标Q=10m3∕h作垂线，与曲线ΙΙ交点3为要求的工况点。由于曲线ΙΙ上的点满足H=H1Q12Q2，即曲线ΙΙ是过单台性能曲线设水泵效率基本不变，调节阀门的耗功率和调节转速时的耗功率对比情况如下：N'N''（3）按照水泵并联的联合运行工作性能曲线的求解方法，作出此2台水泵并联工作的联合运行工作性能曲线，如图中曲线ΙΙΙ，与管网特性曲线ΙΙ交点4为并联运行的工作点，此时总流量16.2m3∕h，不能达到3012、有一台直通双座调节阀，根据工艺要求，其最大流量是65m3/h其最小流量是13m3/h，最大压差是0.975×解：（1）计算要求的阀门流通能力C=（2）根据C=92，查直通双座调节阀产品参数表（P255表7-3-2），选择调节阀公称直径为80mm，阀门流通能力为验算12题所选阀门的开度和可调比。解：（1）开度验算最大流量时阀门的开度K最小流量时阀门的开度K满足要求。（2）验算可调比RS=10S13、如图、下表所示，请分析：恒定供回水总管压差和恒定末端设备管路压差节能数据，并分析节能差异的原因。最不利环路设计工况水力计算结果管段编号流量（t/h）管径（mm）当量长度（m）阻力（Pa）160125200346002401003074903208030531042080101770160125200346002401003074903208030531042080101770末端设备2050000机房管路60100000合计248340分析：（1）恒定供回水总管压差。在这种控制方案下，压差传感器测定供回水总管的压差ΔP1=148340Pa，将此信号传送给水泵的变速控制调节机构，对水泵的转速进行调节，以维持此压差的稳定。现分析当末端用户A.B关闭时的情况，此时C需要的水流量是20t∕h。当用户变速控制调节机构z改变水泵的转速，减小流量，维持压差ΔP1的稳定。此时，机房管路的压降将变为100000×（2060）2=11111Pa，系统阻力是159451Pa。运行调节工况分析见图一。调节前，水泵性能曲线为，管网特性曲线为曲线ΙΙ，水泵的工况点为点1.调节后的水泵性能曲线为Ι‘，管网特性曲线为调节前：N=调节后;N'可见，变频调速的节能效果显著。但调节前后的功率比值并不等于流量之比的三次方。原因是点1和点2不在同一管网特性曲线上，不是相似工况点。N如果要用水泵的相似率来进行计算，则需要过点2做相思工况曲线，与曲线交于2’，对点2和2’之间的参数可直接用相似律进行计算。（2）恒定末端设备管路压差。此时以末端设备之路压差ΔP为控制参数，对水泵进行变频调速，维持ΔP的稳定。见题图。仍然以末端设备A.B停运，仅C运行（要求流量20t∕h）A.B关闭时的水力计算结果表管段编号流量（t∕h阻力（Pa）1203844.4442201872.5320531042017701’203844.4442’201872.53’2053104’201770末端设备50000换热机组11111总计86705工况分析见图四-13（2）。此时，水泵输出的压差为86705Pa。调节前，水泵性能曲线为曲线Ι，管网特性曲线为曲线ΙΙ，水泵的工况点为点1。调节后的水泵性能曲线为Ι‘，管网特性曲线为ΙΙ’调节前：N=调节后：;N可见，比采用恒定供回水总压差的调节方式节能效果更加显著。但调节前后的功率比值仍然不等于流量之比的三次方。其原因与采用前一种调节方式时相同。如果要用水泵的相似律来进行计算，则需要通过点2作相似工况曲线，与曲线交于点2’，对点2和2’之间的参数可直接用相似律进行计算。N'比较两种控制方式，恒定末端设备管路压差的方式节能效果更加显著。究其原因，是因为采用恒定供回水总管的方式时，虽然供水干管由于流量减小、阻力下降，但为了恒定供回水总管的压差，不得不通过调节末端设备管路的调节阀、增加调节阀的阻力来满足这一要求。采用恒定末端设备管路压差的方式就没有这部分能量消耗。通过以上两种方式的运行工况分析和能耗比较，我们可以认识到，在管网的实际运行过程中，为了满足变化的用户需求，可以采用调节动力设备性能、调节管路特性等方式。采用不同的调解方案，能量消耗不同。在工程中，选用何种调节方式和方案，应综合考虑用户要求、末端设备性能、自动控制系统造价、能耗情况、运行管理水平等多种因素，通过技术经济比较来确定。五、绘图绘制：对于断面不变的矩形送（排）风管，采用条缝形风口送排风是，风口上的速度分布图，并说明原因答：在送风管上，从始端到末端管内的流量不断减小，动压相应下降，静压增加，使条缝出口流速不断增加；在排风管上，则是相反。因管内静压不断下降，管内外压差增加，条缝入口流速不断增大。2.绘图并说明排水立管内压力变化规律答：横支管排放的污水进入立管竖直下落过程中会挟带一部分气体一起向下流动。如不能及时补充带走的气体，在立管上部形成负压。最大负压发生在排水横支管下面。最大负压值的大小，与排水横支管的高度、排水量的大小和通气量大小有关。排水横支管距立管管底部越高，排水量越大，通气量越小，形成的负压越大。挟气水流进入横干管后，因流速减小，形成水跃，水流充满横干管断面，因流速减小从水中分离出的气体不能及时排走，在立管底部和横干管内形成正压。在立管中从上向下，压力由负到正，由小到大逐渐增加，零压点靠近管底部。3.绘图说明两相流阻力与单相流阻力的异同答：在两相流中，既有物料颗粒的运动，又存在颗粒与气流间的速度差，其阻力要比单相气流阻力大，它们两者的阻力与流速的关系也不是相同的。对于两相流，在流速较小的阶段（ab段）其阻力随流速增大而增大。随着流速逐渐增大（bc段），颗粒由沿管底运动逐步过渡到悬浮运动。流速再增大（cd段），颗粒完全处于悬浮状态，基本上均匀分布于整个管道，此时两相流的阻力随流速增大而增大，与单相流相似。曲线2上c点是临界状态点，此时颗粒群处于完全悬浮装态，阻力最小，临界状态的流速称为临界流速。两相流的阻力还受物料特性的影响。例如物料密度大、黏性大时，其摩擦作用和悬浮速度大，因而阻力大；颗粒分布不均匀时，颗粒之间速度差异大，互相碰撞机会多，因而阻力也大。4、绘制半径为r点的速度三角形：已知，安装角β=45。，半径r=0.3m，b=0.2m，叶轮转速n=2900r/min，流量QT=100叶片排挤系数蔚=0.85。解：如图所示，根据QT=v5、绘图说明，按有吸入管路对风机运行曲线的影响？答：如图所示，当风机在观望中接有吸入管路时，风机吸入口绝对压力降低，入口流体密度减少，致使风机的作功能力降低，即风机的性能曲线将随进口阻力损失的大小成对应的变化。此时风机的流量——压头曲线、流量——功率曲线都有下降趋势。6、绘制两台同型号水泵串联运行曲线？（写出绘制过程）答：如图，曲线螜是一台设备的性能曲线。根据相同流量下压头相加的原理，得到曲线ΙΙ为两台设备串联工作的性能曲线。曲线ΙΙΙ是管网特性曲线。与串联机组性能曲线交于A点，A点就是串联工作的工况点，流量为QA，压头为7、绘制两台同型号水泵并联运行曲线？（写出绘制过程）答：如图所示，已知一台泵或风机的性能曲线螜，在相同的压头下使流量加倍，便得到两台相同泵或风机并联的性能曲线ΙΙ。与管路性能曲线ΙΙΙ交于A点。A点就是并联机组的工况点。QA是并联后的流量，8、绘制水压图（简述绘制过程）（1）答：设膨胀水箱的水位线j-j，当系统工作时，由于循环水泵驱动水在系统中循环流动，A点的测压管水头必然高于O点的测压管水头，其差值应为管段 OA的压力损失值。同理，根据B、C、D和E各点之间的压力损失，确定B、C、D和E各点的测压管水头高度，即B’、C’、D’和E’各点在纵坐标上的位置。顺次连接各点的测压管水头的顶端，完成水压图的绘制。（2）答：设膨胀水箱的水位线j-j，当系统工作时，由于循环水泵驱动水在系统中循环流动，A点的测压管水头必然高于O点的测压管水头，其差值应为管段 OA的压力损失值。同理，根据B、C、D和E各点之间的压力损失，确定B、C、D和E各点的测压管水头高度，即B’、C’、D’和E’各点在纵坐标上的位置。顺次连接各点的测压管水头的顶端，完成水压图的绘制。（3）答：设膨胀水箱的水位线j-j，当系统工作时，由于循环水泵驱动水在系统中循环流动，D点的测压管水头必然高于C点的测压管水头，其差值应为管段 DC的压力损失值。同理，根据O、A、B和E各点之间的压力损失，确定O、A、B和E各点的测压管水头高度，即B’、C’、D’和E’各点在纵坐标上的位置。顺次连接各点的测压管水头的顶端，完成水压图的绘制。9、绘制蒸汽——空气加热器的静特性，热水——空气加热器静特性。10、分析下图，A、B、C阀门调节后的水力工况。解：阀门A节流（阀门大小）时的水力工况，当阀门A节流时，管网的总阻抗增大，总流量Q将减小，管网循环水泵的扬程略有上升。由于热用户1至5的官网干管和用户分支管的阻抗无改变，根据上式的推论可知，各热用户的流量分配比例也不变，即都按同一比例减少；官网产生一致的等比失调。官网的水压图将如图(a)所示。图中实线为正常工况下的水压线，虚线为阀门A节流后的水