冷熱水管道的壓力損失

1、冷熱水管道系統(tǒng)的壓力損失意大利卡萊菲公司北京辦事處 舒雪松無(wú)論在供暖、制冷或生活冷熱水系統(tǒng)，管道是傳送流量和熱量必不可少的部分。計(jì)算管道系統(tǒng)的壓力損失有助于：（1） 設(shè)選擇正確的管徑。（2） 設(shè)選擇相應(yīng)的循環(huán)泵和末端設(shè)備。也就是讓系統(tǒng)水循環(huán)起來(lái)并且達(dá)到熱能傳送目的的設(shè)備。如果不進(jìn)行準(zhǔn)確的管道選型，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)噪音、腐蝕（比如管道閥門(mén)口徑偏?。?、嚴(yán)重的能耗及設(shè)備的浪費(fèi)（比如管道閥門(mén)水泵等偏大）等。 管道系統(tǒng)的水在流動(dòng)時(shí)遇到阻力而造成其壓力下降，通常將之簡(jiǎn)稱為壓降或壓損。壓力損失分為延程壓力損失和局部壓力損失： 延程壓力損失指在管道中連續(xù)的、一致的壓力損失。 局部壓力損失指管道系統(tǒng)內(nèi)特殊的部件，

2、由于其改變了水流的方向，或者使局部水流通道變窄（比如縮徑、三通、接頭、閥門(mén)、過(guò)濾器等）所造成的非連續(xù)性的壓力損失。延程壓力損失局部壓力損失以下我們將探討如何計(jì)算這兩種壓力損失值。在本章節(jié)內(nèi)我們只討論流動(dòng)介質(zhì)為水的管道系統(tǒng)。一、 延程壓力損失的計(jì)算方式對(duì)于每一米管道，其水流的壓力損失可按以下公式計(jì)算公式（1） 其中：r=延程壓力損失 Pa/m Fa=摩擦阻力系數(shù) =水的密度 kg/m3 v=水平均流速 m/s D=管道內(nèi)徑 m管徑、流速及密度容易確定，而摩擦阻力系數(shù)的則取決于以下兩個(gè)方面：（1）水流方式，（2）管道內(nèi)壁粗糙程度表1：水密度與溫度對(duì)應(yīng)值水溫 °C1020304050607

3、08090密度 kg/m3999.6998995.4992987.7982.8977.2971.1964.611 水流方式水在管道內(nèi)的流動(dòng)方式分為3種： 分層式，指水粒子流動(dòng)軌跡平行有序（流動(dòng)方式平緩有規(guī)律） 湍流式，指水粒子無(wú)序運(yùn)動(dòng)及隨時(shí)變化（流動(dòng)方式紊亂、不穩(wěn)定） 過(guò)渡式，指介于分層式和湍流式之間的流動(dòng)方式。流動(dòng)方式通過(guò)雷諾數(shù)（Reynolds Number）予以確定： 公式 2 其中：Re=雷諾數(shù)v=流速 m/sD=管道內(nèi)徑 m。=水溫及水流動(dòng)力粘度，m2/s表 2：水溫及相關(guān)水流動(dòng)力粘度水溫m2/scSt°E10°C1.30×10-61.301.02220

4、°C1.02×10-61.021.00030°C0.80×10-60.800.98540°C0.65×10-60.650.97450°C0.54×10-60.540.96660°C0.47×10-60.470.96170°C0.43×10-60.430.95880°C0.39×10-60.390.95690°C0.35×10-60.350.953通過(guò)公式2計(jì)算出雷諾數(shù)就可判斷水流方式：Re<2,000： 分層式流動(dòng)Re：2,000

5、-2,500： 過(guò)渡式流動(dòng)Re>2,500： 湍流式流動(dòng)由于過(guò)渡式流動(dòng)方式的雷諾數(shù)范圍較窄，且其流動(dòng)方式多變，因此大多將大于2,000的歸為湍流式流動(dòng)。將雷諾數(shù)2,000帶入以下公式計(jì)算出的流速就是分層式流動(dòng)和湍流式流動(dòng)的界線 公式3公式（3） 由公式（3）可以看出，管徑與流速是成反比的，也就是說(shuō)，管徑越小，其流速也更高。表1簡(jiǎn)單地示范了幾個(gè)口徑在Re=2,000時(shí)的流速。 表3 界定水流方式的速度溫度粘度m2/s1/216.4mm127.4 mm253.2 mm10°C1.30×10-60.160.090.0550°C0.54×10-60.070

6、.040.0280°C 0.39×10-60.050.030.0112 管道內(nèi)壁粗糙程度管道內(nèi)壁的粗糙程度分為：（1） 低粗糙程度：多指銅管、不銹鋼管和塑料管道。（2） 中粗糙程度：多指黑鋼管、鍍鋅鋼管1. 3 摩擦阻力系數(shù)Fa的計(jì)算方式在分層式流動(dòng)方式下，F(xiàn)a的計(jì)算公式為 公式 4公式（4） 對(duì)于湍流式流動(dòng)方式，以前常使用Colebrook公式。然而，這個(gè)公式計(jì)算較為復(fù)雜?，F(xiàn)在則普遍使用Blasius公式：針對(duì)低粗糙程度管道，公式為 公式 5針對(duì)中粗糙程度管道，公式為 公式 613 湍流式流動(dòng)延程壓力損失的計(jì)算方法將以上計(jì)算出的Fa值(公式4)代入公式（1）中，則可以根據(jù)

7、其它已知的數(shù)據(jù)計(jì)算出延程阻力。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，往往更多地將流速轉(zhuǎn)換為流量，因此公式也相應(yīng)地改變?yōu)橐韵鹿剑?r=1,153,983 x x x G / D4 公式 7其中： r=延程阻力： mm/m =動(dòng)力粘度： m2/s =水密度： kg/ m3 G=流量： l/h D=管內(nèi)徑： mm 分層流動(dòng)方式的流速較低，往往只存在于以下兩種情況： 1，沒(méi)有循環(huán)泵的自然循環(huán)系統(tǒng)，因?yàn)闆](méi)有強(qiáng)制循環(huán)所以流速較低； 2，輸送燃油的管道，由于其粘度較高因此流速較低。1. 4 分層式流動(dòng)延程壓力損失的計(jì)算方法將以上計(jì)算出的Fa值(公式5, 6)代入公式（1）中，則可以根據(jù)其它已知的數(shù)據(jù)計(jì)算出延程阻力。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，

8、往往更多地將流速轉(zhuǎn)換為流量，因此公式也相應(yīng)地改變?yōu)橐韵鹿剑?r =14.68×0.25××G1.75/D4.75 公式 8r =3.3×0.13××G1.87/D5.01 公式 9 其中： r=延程阻力： mm/m =動(dòng)力粘度： m2/s =水密度： kg/ m3 G=流量： l/h D=管內(nèi)徑： mm 公式8針對(duì)低粗糙度管道，公式9針對(duì)中粗糙度管道。 湍流式流動(dòng)方式的低粗糙度管道主要指銅管和各類塑料管；而中粗糙度管道則指各類鋼管。 1 5 管道延程壓力損失的圖表圖示以上所講到的計(jì)算管道阻力的公式在實(shí)際運(yùn)用時(shí)往往不是很方便。因此我們

9、提供了各種管道不同管徑的壓力圖表和曲線圖，以便能迅速、直觀地得到數(shù)據(jù)。延程壓力損失（r）表 這種表根據(jù)管道管徑和流量提供相應(yīng)的壓力損失（r）值。同時(shí)，在流量值下也注明了流速，以便能了解此流速是否過(guò)高而會(huì)帶來(lái)噪音和管道腐蝕。同時(shí)，表格還根據(jù)10°C，50°C，80°C這三個(gè)不同水溫制定，因?yàn)樵诓煌疁叵碌膲毫p失也不一樣。 比如說(shuō)，內(nèi)徑20mm的PEX管，在10°C時(shí)，其延程壓力損失為r=39.4mm/m, 而在80°C時(shí)，其壓力損失為28.3mm/m.由于篇幅關(guān)系，我們?cè)谶@兒只提供了一個(gè)水溫在80°C時(shí)鋼管的延程壓力損失表僅供參考。更

10、為詳細(xì)的表格可向我公司技術(shù)部咨詢。見(jiàn)表4延程壓力損失（r）曲線圖同樣的壓力損失、流量、管徑、流速的數(shù)據(jù)也可以用曲線圖示的方法表達(dá)。見(jiàn)圖1二、 局部壓力損失計(jì)算方法局部壓力損失指管道系統(tǒng)內(nèi)一些元件， 如閥門(mén)、彎頭、三通、縮徑、接頭、過(guò)濾器等，它們?cè)斐伤鞣较蚧蛄魍娣e改變，因此在其元件內(nèi)部所產(chǎn)生的壓力損失。計(jì)算局部壓力損失分為以下3種方法：21 直接計(jì)算法 根據(jù)局部元件的形狀，大小而確定阻力系數(shù)，然后再使用相關(guān)的公式： 公式 10 Z=局部壓力損失 Pa =局部阻力系數(shù) =水密度 kg/ m3 v=水流速 m/s公式 11 如果Z用mm表示，則轉(zhuǎn)換公式為： 其中，局部阻力系數(shù)可根據(jù)相關(guān)資料查閱（

11、可參考CALEFFI技術(shù)手冊(cè)1）22 額定流量計(jì)算法這種方法通常運(yùn)用于閥門(mén)的阻力計(jì)算。它根據(jù)制造廠家在實(shí)驗(yàn)室得出的, 并由第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)認(rèn)證的, 在水流通過(guò)閥門(mén)時(shí)，閥前與閥后壓力差1bar或0.01bar時(shí)的流量值為額定流量進(jìn)行計(jì)算。KV：閥前后壓差為1bar的額定流量計(jì)算公式： P=（G / KV）² 公式 12P =局部壓力損失 barG=流量： m3/hKV=額定流量（壓差=1bar） m3/hKV值的計(jì)算方法一般運(yùn)用于口徑和流量較大的閥門(mén)。KV0.01: 閥前后壓差為0.01bar的額定流量計(jì)算公式: P= 102 x（G / KV0.01）² 公式 13P =局部壓力損失 mmG=流量 l/hKV0.01=額定流量（壓差=0.01bar） l/hKV0.01值的計(jì)算方法一般運(yùn)用于口徑及流量相對(duì)較小的閥門(mén).范例: 計(jì)算一個(gè)口徑為1/2”的手動(dòng)溫控閥在流量600 l/h時(shí)的壓力損失值, KV0.01值:399 l/h:計(jì)算: P=102 x (G/KV0.01)²= 10