多相流管網(wǎng)水力特征與水力計算

多相流管網(wǎng)水力特征與水力計算第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.1液氣兩相流管網(wǎng)水力特征與水力計算工程背景：建筑排水管網(wǎng)空調(diào)凝結(jié)水管網(wǎng)蒸汽供暖管網(wǎng)第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.1.1液氣兩相流管網(wǎng)水力特征

4.1.1.1建筑內(nèi)部排水流動特點(diǎn)及水封

（1）流動特點(diǎn)

氣、液、固均存在，固較少，視為液氣兩相流。水量、氣壓時變幅度大。流速隨空間變化劇烈。橫支管進(jìn)入立管，流速激增，水汽混合；立管進(jìn)入橫總管，流速急降，水氣分離。第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日（2）水封

水封水封位置水封高度水封破壞第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.1.1.2橫管內(nèi)水流狀態(tài)

（1）能量（2）狀態(tài)圖4-1-1橫管內(nèi)水流狀態(tài)示意圖1-水膜狀高速水流；2-氣體第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日（3）管內(nèi)壓力

1）橫支管內(nèi)壓力變化2）橫干管內(nèi)壓力變化

更為劇烈。特別注意對建筑下部幾層橫支管的影響，要與橫干管保持一定的垂直距離。第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.1.1.3立管中水流狀態(tài)

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

1）斷續(xù)的非均勻流

2）水氣兩相流

3）管內(nèi)壓力變化

第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日圖4-1-3排水管內(nèi)壓力分布示意圖第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日（2）排水立管中水流流動狀態(tài)

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(wěn)定。這種狀態(tài)歷時很短。2）水膜流

有一定厚度的帶有橫向隔膜的附壁環(huán)狀流。隨水流下降流速的增加，水膜所受管壁摩擦力增加。當(dāng)水膜受向上的管壁摩擦力與重力達(dá)到平衡時，下降速度和厚度不再發(fā)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(wěn)定，形成與破壞交替進(jìn)行。在水膜流階段，立管內(nèi)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(xù)增加，水膜厚度不斷增加，隔膜下部壓力不能沖破水膜，最后形成較穩(wěn)定的水塞。水塞向下運(yùn)動，管內(nèi)氣體壓力波動劇烈，水封破壞，整個排水系統(tǒng)不能正常使用。

第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日這3個階段流動狀態(tài)的形成與管徑和排水量有關(guān)。也就是與水流充滿立管斷面的大小有關(guān)。排水立管內(nèi)的水流狀態(tài)應(yīng)為水膜流。實驗表明，在設(shè)有專用通氣立管的排水系統(tǒng)中：第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日（3）水膜流運(yùn)動的力學(xué)分析

水膜區(qū)以水為主的水氣兩相流，忽略氣；氣核區(qū)以氣為主的氣水兩相流，忽略水。經(jīng)分析推導(dǎo)，得出：

第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.1.1.4排水管在水膜流時的通水能力

第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.1.1.5影響立管內(nèi)壓力波動的因素及防止措施

(1)影響排水立管內(nèi)部壓力的因素確保立管內(nèi)通水能力和防止水封破壞是建筑內(nèi)部排水系統(tǒng)中兩個最重要的問題，這兩個問題都與立管內(nèi)壓力有關(guān)。最大負(fù)壓：第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日（2）穩(wěn)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系數(shù)K第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.1.2建筑排水管網(wǎng)的水力計算

4.1.2.1橫管的水力計算

1、設(shè)計規(guī)定

（1）充滿度

（2）自凈流速

（3）管道坡度

（4）最小管徑

第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.橫管水力計算方法

對于橫干管和連接多個衛(wèi)生用水器具的橫支管，應(yīng)逐段計算各管段的排水設(shè)計秒流量，通過水力計算來確定各管段的管徑和坡度。建筑內(nèi)部橫向管道按明渠均勻流公式計算。水力計算表見《建筑給水排水工程》（第四版）附錄6-1和6-2第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.1.2.2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、特制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(shè)計時先計算立管的設(shè)計秒流量，然后查表4-1-9確定管徑。

第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.1.2.3通氣管道計算

按工程實際情況，查取有關(guān)手冊、參考資料確定。第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日自學(xué)【例4-1】

參考書：

《建筑給水排水工程》（第四版）第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.1.3空調(diào)凝結(jié)水管路系統(tǒng)的設(shè)計

各種空調(diào)設(shè)備（例如風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組，柜式空調(diào)機(jī)，新風(fēng)機(jī)組，組合式空調(diào)箱等）在運(yùn)行過程中產(chǎn)生凝結(jié)水。較之建筑排水管網(wǎng)，凝結(jié)水管網(wǎng)內(nèi)的流動穩(wěn)定性要好得多，氣壓波動很小。設(shè)計要點(diǎn)：管材；坡度；水封；通氣；保溫；沖洗的可能性。第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日

通常，可以根據(jù)機(jī)組的冷負(fù)荷Q（kW）按下列數(shù)據(jù)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=150mm第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.2汽液兩相流管網(wǎng)水力特征與水力計算

4.2.1汽液兩相流管網(wǎng)水力特征與保障正常流動的技術(shù)措施汽、液相的相互轉(zhuǎn)變：

蒸汽－－凝水；凝結(jié)水－－二次汽化。形成流動阻礙。水擊產(chǎn)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。盡量汽、水同向流，逆向流時采用低流速；及時排除凝水。系統(tǒng)引入和排除空氣

停止運(yùn)行時，引入空氣以排除凝水；開始運(yùn)行，排除空氣。第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日凝結(jié)水回收重力回水余壓回水機(jī)械回水二次蒸汽利用第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.2.2室內(nèi)低壓蒸汽供暖管網(wǎng)水力計算（1）蒸汽管路資用動力鍋爐出口（或建筑物采暖管網(wǎng)入口）蒸汽壓力。密度：常數(shù)。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(dǎo)致流速過大。這時，控制比摩阻<100Pa/m。第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日計算次序

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

實際采用更低。蒸汽供暖管網(wǎng)的“周期性”和“自調(diào)節(jié)性”

原因：疏水器的作用第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日（2）凝水管路干凝水管路

非滿管流。按負(fù)擔(dān)的熱負(fù)荷查表確定管徑。前提：坡度0.005。濕凝水管路

按負(fù)擔(dān)的熱負(fù)荷查表確定管徑。計算表參考《供熱工程》（第三版）第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.2.3室內(nèi)高壓蒸汽供暖管網(wǎng)水力計算

（1）蒸汽管道：壓損平均法

假定流速法汽、水同向流動時<80m/s

汽、水逆向流動時<60m/s

推薦采用15～40m/s（小管徑取低值）限制平均比摩阻法高壓蒸汽供暖的干管的總壓降不應(yīng)超過凝水干管總壓降的1.2～1.5倍

第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日（2）凝水管道散熱設(shè)備——疏水器

非滿管流的，保證坡降I>0.005，查表選用管徑。疏水器以后：余壓回水，在室外凝水管網(wǎng)中介紹。第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日計算公式：同室外供熱管網(wǎng)。注意：密度變化。采用圖表計算要注意修正：密度；粗糙度。4.2.4室外蒸汽管網(wǎng)的水力計算

第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.2.5凝結(jié)水管網(wǎng)的水力計算方法

第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日管段A—B

散熱設(shè)備—疏水器。非滿管流。前面已在“室內(nèi)高壓蒸汽供暖管網(wǎng)水力計算”中介紹。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(fā)箱

2）疏水器—凝結(jié)水箱（沿圖中綠色管道路徑）對于1），距離較短，按余壓凝水管道計算表計算、修正；對于2），按室外熱水管網(wǎng)水力計算表計算、修正。局部阻力按百分?jǐn)?shù)估計。第三十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日管段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，用室外供熱計算表確定管徑并計算阻力、確定水泵所需揚(yáng)程。注意修正。第三十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.3氣固兩相流管網(wǎng)水力特征與水力計算4.3.1氣固兩相流水力特征（1）物料的沉降速度和懸浮速度

粉狀物料與粒狀物料，根據(jù)不同的雷諾數(shù)，可得不同的計算公式。若氣體處于靜止?fàn)顟B(tài)，則vf是顆粒的沉降速度；若顆粒處于懸浮狀態(tài)，則vf是使顆粒處于懸浮狀態(tài)的豎直向上的氣流速度，稱為顆粒的懸浮速度。第三十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日（2）氣固兩相流中物料的運(yùn)動狀態(tài)

豎直管道中，要使物料懸浮，所需速度比理論懸