流體輸配管網(wǎng)第三版課件第三章

第3章

液體輸配管網(wǎng)

水力特征與水力計(jì)算液體管網(wǎng)與氣體管網(wǎng)的區(qū)別液體管網(wǎng)中管內(nèi)液體的密度是管外空氣密度的1000倍左右能量方程中的位壓簡為，稱為水柱壓力.位壓（水柱壓力）大。要注意其對(duì)于液體管網(wǎng)運(yùn)行的影響?？諝獾臐B入會(huì)嚴(yán)重影響管內(nèi)液體的正常流動(dòng)3.1.1.1重力循環(huán)液體管網(wǎng)的工作原理與水力特征忽略管道散熱的影響：3.1.1閉式液體管網(wǎng)水力特征主要形式3.1.1.1重力循環(huán)液體管網(wǎng)的工作原理與水力特征起循環(huán)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(chǎn)生的作用壓力為156Pa。重力循環(huán)的作用壓力不大，環(huán)路中若積有空氣，會(huì)形成氣塞，阻礙循環(huán)。例如在下降的回水管中，有個(gè)充滿回水管斷面，高僅2cm的氣泡，就可產(chǎn)生約192Pa的反循環(huán)力。因此要特別重視排氣。

為了排氣，系統(tǒng)的供水干管必須有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(huán)系統(tǒng)中，水的流速較低，空氣能逆著水流方向，經(jīng)過供水干管聚集到系統(tǒng)的最高處，通過膨脹水箱排除。

（1）并聯(lián)管路的水力特征（1）并聯(lián)管路的水力特征環(huán)路a-S1-b-熱源-a環(huán)路a-S2-b-熱源-a重力循環(huán)雙管熱水采暖系統(tǒng)的作用壓頭第一層:第二層：容易引起垂直失調(diào)雙管系統(tǒng)的垂直失調(diào)當(dāng)上下層環(huán)路的管道、散熱器尺寸一致時(shí)，必然出現(xiàn)上層的流量大于下層的情況。在供熱系統(tǒng)中，稱為垂直失調(diào)。解決辦法：在設(shè)計(jì)時(shí)正確計(jì)算不同環(huán)路的循環(huán)動(dòng)力，采用不同的管道與設(shè)備尺寸及調(diào)節(jié)措施。并聯(lián)管路的阻力與流量分配共用管路是b-熱源-a，獨(dú)用管路a-S1-b和a-S2-b處于并聯(lián)，它們的阻力分別為：并聯(lián)的獨(dú)用管路的阻力等于各自的資用動(dòng)力。它們之間的流量分配：（2）串聯(lián)管路的水力特征（2）串聯(lián)管路的水力特征每一根立管只有一個(gè)重力循環(huán)作用壓頭N組串聯(lián)：密度推算：確定ti，可確定ρi,再利用公式求出單管重力循環(huán)系統(tǒng)的作用壓力單管系統(tǒng)的垂直失調(diào)在串聯(lián)環(huán)路中，各層散熱器循環(huán)作用壓力是同一個(gè)，但進(jìn)出口水溫不相同，越在下層，進(jìn)水溫度越低。

由于各層散熱器的傳熱系數(shù)K隨各層散熱器平均計(jì)算溫度差變化，在選擇設(shè)備時(shí)沒有正確考慮這一點(diǎn)，也會(huì)帶來各個(gè)散熱器的散熱量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，引起垂直失調(diào)。（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。水的溫度和密度沿循環(huán)環(huán)路不斷變化，不僅影響各層散熱器的進(jìn)、出口水溫，同時(shí)也影響到循環(huán)動(dòng)力。由于重力作用形成的循環(huán)動(dòng)力不大，在確定實(shí)際循環(huán)動(dòng)力大小時(shí)，必須加以考慮。精確計(jì)算：必須明確密度沿程變化的關(guān)系式。在工程中，采用簡化處理。首先只考慮水在散熱器內(nèi)冷卻，然后根據(jù)不同情況，增加一個(gè)考慮水在循環(huán)管路中冷卻的附加作用壓力。它的大小與系統(tǒng)供水管路布置狀況、樓層高度、所計(jì)算的冷卻中心與加熱中心之間的水平距離等因素有關(guān)。其數(shù)值可從相關(guān)采暖設(shè)計(jì)手冊查取。例題3.1.1.2機(jī)械循環(huán)液體管網(wǎng)的工作原理與水力特征■機(jī)械循環(huán)液體管網(wǎng)設(shè)置循環(huán)水泵，靠水泵動(dòng)力克服循環(huán)流動(dòng)阻力，維持循環(huán).■機(jī)械循環(huán)能量方程：■重力作用壓力相對(duì)水泵動(dòng)力很小，對(duì)整個(gè)管網(wǎng)，可忽略不計(jì)，能量方程簡化為：在局部并聯(lián)管路中，重力作用壓力仍對(duì)并聯(lián)立管的流量分配產(chǎn)生影響在并聯(lián)立管的阻力平衡時(shí)應(yīng)計(jì)算重力作用液體管網(wǎng)與氣體管網(wǎng)水力計(jì)算的區(qū)別：■主要目的、基本原理和方法相同■液體與氣體的物性參數(shù)有顯著的差別■液體與氣體管網(wǎng)的工作參數(shù)有一定區(qū)別■

水力計(jì)算使用的計(jì)算公式和技術(shù)數(shù)據(jù)不同◆液體管網(wǎng)水力計(jì)算的基本公式

■

沿程阻力：

■

k的取值：■

局部阻力3.1.2閉式液體管網(wǎng)水力計(jì)算

液體管網(wǎng)水力計(jì)算的主要任務(wù)和方法

任務(wù)（1）：已知管網(wǎng)各管段的流量和循環(huán)動(dòng)力，確定各管段的管徑。方法：壓損平均法。預(yù)先求出管段的平均比摩阻，作為選擇管徑的控制參數(shù)。然后根據(jù)各管段流量和Rmp，用公式或圖表計(jì)算管徑，選擇接近的標(biāo)準(zhǔn)管徑，然后根據(jù)流量和選定管徑計(jì)算阻力損失，并核算資用動(dòng)力和計(jì)算阻力的不平衡率是否滿足要求。任務(wù)（2）

：

已知各管段的流量和管徑，確定管網(wǎng)的需要壓力。方法：

首先計(jì)算最不利環(huán)路各管段的壓力損失，如果不能忽略重力作用，計(jì)算重力作用形成的循環(huán)動(dòng)力。按下式確定管網(wǎng)的需用壓力：然后計(jì)算其他環(huán)路的資用壓力，用壓損平均法對(duì)各個(gè)環(huán)路不與最不利環(huán)路共用的各個(gè)管段進(jìn)行壓損平衡。任務(wù)（3）：已知各管段的流量，確定各管段的管徑和管網(wǎng)的需用壓力。方法：首先用假定流速法計(jì)算最不利環(huán)路。根據(jù)管網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，選用經(jīng)濟(jì)流速或經(jīng)濟(jì)比摩阻，用公式或圖表確定管徑，計(jì)算各個(gè)管段的阻力損失，進(jìn)而確定管網(wǎng)的需用壓力。然后計(jì)算其他環(huán)路的資用壓力，用壓損平均法對(duì)各個(gè)環(huán)路不與最不利環(huán)路共用的各個(gè)管段進(jìn)行壓損平衡。室內(nèi)采暖管網(wǎng)最大允許的水流速：民用建筑

1.2m/s生產(chǎn)廠房的輔助建筑物

2m/s生產(chǎn)廠房

3m/s。室外供熱管網(wǎng)最大允許的水流速：

3.5m/s室內(nèi)供熱、空調(diào)水管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)比摩阻：60~120Pa/m.室外供熱管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)比摩阻：主干線：30~70pa/m支線：<300Pa/m任務(wù)（4）：已知管網(wǎng)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(jì)算。在用水流量攜帶熱量（冷量）的工程中，實(shí)際上的已知量是散熱量（吸熱量）。它和換熱設(shè)備有關(guān)。采用此方法是通過調(diào)整換熱設(shè)備來滿足已定的熱量（冷量）需求。重力循環(huán)雙管系統(tǒng)水力計(jì)算■計(jì)算公式：■計(jì)算步驟：1、選擇最不利環(huán)路2、計(jì)算通過最不利環(huán)路散熱器的作用壓力3、確定最不利環(huán)路各管段的管徑4、確定長度壓力損失：5、確定局部阻力6、求各管段的壓力損失：7、求環(huán)路總壓力損失8、計(jì)算富裕壓力值9、確定通過立管各層散熱器環(huán)路中各管段管徑3.1.2.3重力循環(huán)雙管系統(tǒng)管網(wǎng)水力計(jì)算

〔例3-2〕計(jì)算準(zhǔn)備：繪制管網(wǎng)圖、管段編號(hào)、計(jì)算各個(gè)管段的設(shè)計(jì)流量。（1）選最不利環(huán)路：通過立管Ⅰ的最底層散熱器Ⅰ1（1500W）的環(huán)路。這個(gè)環(huán)路從散熱器Ⅰ1順序地經(jīng)過管段①、②、③、④、⑤、⑥，進(jìn)入鍋爐，再經(jīng)管段⑦、⑧、⑨、⑩、⑾、⑿、⒀、⒁進(jìn)入散熱器Ⅰ1。（2）計(jì)算最不利環(huán)路循環(huán)動(dòng)力：

（3）確定最不利環(huán)路各管段的管徑1）計(jì)算平均比摩阻。2）根據(jù)各個(gè)管段的流量，用熱水采暖水力計(jì)算表，選擇接近Rpj的標(biāo)準(zhǔn)管徑，并根據(jù)流量和管徑，查出實(shí)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(jù)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，并計(jì)算該管段的摩擦阻力。3）相同方法確定出最不利環(huán)路的所有管段的管徑。（4）統(tǒng)計(jì)該管段的局部阻力系數(shù)，計(jì)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(jì)算最不利環(huán)路的總阻力。（7）核算壓力富余值。至此，最不利環(huán)路計(jì)算完成。（8）其他環(huán)路計(jì)算確定通過立管Ⅰ第二層散熱器環(huán)路中各管段管徑。

不與最不利環(huán)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(dòng)力：

用同樣的方法，根據(jù)管段15和16的流量G及平均比摩阻，確定管徑d，Rm并計(jì)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(dòng)力與計(jì)算阻力的不平衡率。

用同樣的方法，依次計(jì)算I立管第3層、II、III、IV、V各立管各層的管路。說明：有的環(huán)路中，管段已選用了最小管徑，仍不能實(shí)現(xiàn)允許的不平衡率，可通過調(diào)節(jié)裝置在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。離熱源較遠(yuǎn)的立管、各層支管及共用管段選用較大的管徑，便于離熱源較近立管各個(gè)環(huán)路實(shí)現(xiàn)平衡。3.1.2.4機(jī)械循環(huán)液體管網(wǎng)的水力計(jì)算方法

（1）室內(nèi)熱水采暖管網(wǎng)

與上級(jí)管網(wǎng)采用直接連接的管網(wǎng)循環(huán)動(dòng)力由上級(jí)管網(wǎng)提供。室內(nèi)管網(wǎng)的資用壓力往往比較大，特別是距離循環(huán)動(dòng)力比較近的建筑物。此時(shí)，按資用壓力計(jì)算得出的最不利環(huán)路的平均比摩阻較大，按此選用管徑，造成管內(nèi)流速高、噪音大，且其他環(huán)路難于平衡。故一般按控制比摩阻60～120Pa/m進(jìn)行計(jì)算，剩余壓力靠入口減壓裝置消耗。與上級(jí)管網(wǎng)采用間接連接的室內(nèi)管網(wǎng)水力計(jì)算的目的是確定管網(wǎng)的需用壓力和各管段管徑。仍按控制比摩阻進(jìn)行計(jì)算。關(guān)于重力循環(huán)動(dòng)力水在管道內(nèi)冷卻的附加作用壓力可不考慮。對(duì)雙管系統(tǒng)，要考慮水在散熱器冷卻的重力循環(huán)動(dòng)力；單管系統(tǒng)，若各立管樓層數(shù)相同，可不考慮，若不同，要考慮。（2）關(guān)于同程式系統(tǒng)管網(wǎng)當(dāng)管網(wǎng)較大時(shí)，常采用同程式管網(wǎng)。按控制比摩阻，先計(jì)算最遠(yuǎn)立管，再計(jì)算最近立管。這樣，就所有干管管徑即被確定。校核二者的不平衡率。然后計(jì)算其他立管，確定其管徑。按壓損平衡方法進(jìn)行。最后計(jì)算管網(wǎng)的需用壓力。

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同程式多耗管道金屬材料■通過調(diào)整供、回水干管的各管段的壓力損失來滿足各立管的平衡(3)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)水力計(jì)算方法

■與室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)計(jì)算方法基本相同■按推薦的流速或比摩阻值確定管徑■計(jì)算最不利環(huán)路壓力損失

■進(jìn)行并聯(lián)環(huán)路阻力平衡

■

確定系統(tǒng)總阻力注意阻力計(jì)算公式的選用及修正。注意粗糙度等基礎(chǔ)參數(shù)的取值。靈活應(yīng)用各種計(jì)算參考資料（圖表）。閱讀規(guī)范的相關(guān)條文。

《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019-2003■室外熱水管網(wǎng)水力計(jì)算的主要任務(wù)(與室內(nèi)管網(wǎng)相同）按已知熱媒流量，確定管道的直徑，計(jì)算壓力損失按已知熱媒流量和管道直徑，計(jì)算管道的壓力損失按已知管道直徑和允許壓力損失，計(jì)算或校核管道中的流量計(jì)算公式：阻力系數(shù)：

或代入得到：（4）枝狀室外供熱管網(wǎng)的水力計(jì)算《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ34-2002■管段的局部阻力損失折合成相當(dāng)?shù)难爻虛p失來計(jì)算

由得到管道總阻力■

計(jì)算步驟確定各用戶的設(shè)計(jì)流量管網(wǎng)中平均比摩阻最小的一條管線稱為主干線，水力計(jì)算從主干線開始，即從熱源到最遠(yuǎn)用戶的管線計(jì)算

主干線水力計(jì)算后,按支干線、支線的資用壓力確定其管徑DN≥400mm的管道，流速≯3.5m/s；DN<400mm的管道，比摩阻≯300Pa/m計(jì)算系統(tǒng)總壓力損失例題：供水溫度，,回水溫度，,E,F,D設(shè)計(jì)熱負(fù)荷分別為：,,熱用戶內(nèi)部的阻力為：3.2開式液體管網(wǎng)水力特征與水力計(jì)算開式液體管網(wǎng)的水力特征管網(wǎng)進(jìn)出口、節(jié)點(diǎn)與大氣相同動(dòng)力設(shè)備要克服管網(wǎng)流動(dòng)阻力和進(jìn)出口高差形成的靜水壓力開式液體管網(wǎng)水力計(jì)算基本原理和方法類似閉式液體管網(wǎng)首先要完成管線布置,繪出管道軸測圖后計(jì)算設(shè)計(jì)流量,確定各管段的管徑和管網(wǎng)所需壓力復(fù)核室外給水管網(wǎng)水壓是否滿足室內(nèi)給水管網(wǎng)所需壓力額定流量：為滿足衛(wèi)生器具、設(shè)備用水要求，規(guī)定衛(wèi)生器具配水出口在單位時(shí)間內(nèi)流出的規(guī)定水量。設(shè)計(jì)流量：衛(wèi)生器具按配水最不利情況組合出流時(shí)的最大瞬時(shí)流量衛(wèi)生器具當(dāng)量衛(wèi)生器具當(dāng)量：以某一衛(wèi)生器具流量(給水流量或排水流量)值為基數(shù)，其他衛(wèi)生器具的流量(給水流量或排水流量)值與其的比值?！?/p>

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設(shè)計(jì)秒流量的計(jì)算——參最新設(shè)計(jì)規(guī)范住宅建筑的生活給水管道的設(shè)計(jì)秒流量：根據(jù)住宅配置的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量、使用人數(shù)、用水定額、使用時(shí)數(shù)及小時(shí)變化系數(shù)，計(jì)算出最大用水時(shí)衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率：

住宅建筑的生活給水管道的設(shè)計(jì)秒流量：根據(jù)計(jì)算管段上的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量總數(shù)，計(jì)算出該管段的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量的同時(shí)出流概率：

根據(jù)計(jì)算管段上的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量的同時(shí)出流概率，計(jì)算該管段的設(shè)計(jì)秒流量：

宿舍(Ⅰ、Ⅱ類)、旅館、賓館、酒店式公寓、醫(yī)院、療養(yǎng)院、幼兒園、養(yǎng)老院、辦公樓、商場、圖書館、書店、客運(yùn)站、航站樓、會(huì)展中心、中小學(xué)教學(xué)樓、公共廁所等建筑的生活給水設(shè)計(jì)秒流量，應(yīng)按下式計(jì)算：

注：

1如計(jì)算值小于該管段上一個(gè)最大衛(wèi)生器具給水額定流量時(shí)，應(yīng)采用一個(gè)最大的衛(wèi)生器具給水額定流量作為設(shè)計(jì)秒流量；

2如計(jì)算值大于該管段上按衛(wèi)生器具給水額定流量累加所得流量值時(shí)，應(yīng)按衛(wèi)生器具給水額定流量累加所得流量值采用；

3有大便器延時(shí)自閉沖洗閥的給水管段，大便器延時(shí)自閉沖洗閥的給水當(dāng)量均以0.5計(jì)，計(jì)算得到的qg附加1.20L／s的流量后，為該管段的給水設(shè)計(jì)秒流量；

4綜合樓建筑的α值應(yīng)按加權(quán)平均法計(jì)算。宿舍（Ⅲ、Ⅳ類）、工業(yè)企業(yè)的生活間、公共浴室、職工食堂或營業(yè)餐館的廚房、體育場館、劇院、普通理化實(shí)驗(yàn)室等建筑的生活給水管道的設(shè)計(jì)秒流量，應(yīng)按下式計(jì)算：

■

根據(jù)設(shè)計(jì)流量確定管徑：

由

得

設(shè)計(jì)流速：生活或生產(chǎn)給水：≯2m/s15~20≤1.0m/s25~40≤1.2m/s50~70≤1.5m/s≥80≤1.8m/s有噪聲要求的生活給水：0.8～1.0m/s消防給水：自動(dòng)噴水滅火給水：≯5m/s消火栓給水：≯2.5m/s根據(jù)設(shè)計(jì)流量、流速確定管徑后，還需按確定的管徑核算實(shí)際流速◆確定給水系統(tǒng)所需壓力◆保證配水最不利點(diǎn)具有足夠的流出水頭

■

計(jì)算公式：

H－建筑內(nèi)給水系統(tǒng)所需的壓力,kPa；H1－引入管起點(diǎn)至配水最不利點(diǎn)位置高度所要求的靜水壓,kPa；H2－引入管起點(diǎn)至配水最不利點(diǎn)的給水管路即計(jì)算管路的沿程和局部水頭損失之和,kPa；

H3－水流通過水表時(shí)的水頭損失,kPa；

H4－配水最不利點(diǎn)所需的流出水頭,kPa.流出水頭：配水裝置放出額定流量的水所需的最小靜壓力◆

水頭損失計(jì)算◆

給水管網(wǎng)水頭損失計(jì)算

■

管段的沿程損失：鋼