流體輸配管網(wǎng)課件

第1章流體輸配管網(wǎng)型式與裝置自然界中的流體輸配管網(wǎng)：人體呼吸系統(tǒng)血液循環(huán)系統(tǒng)植物水分輸配系統(tǒng)江河水系工程中的流體輸配管網(wǎng)：西氣東輸南水北調(diào)城市供熱、給水排水、燃?xì)饨êB物採(cǎi)暖、上下水、燃?xì)狻⒖照{(diào)送排風(fēng)、空調(diào)冷凍水與冷卻水工廠通風(fēng)1.1舉例認(rèn)識(shí)管網(wǎng)1.1.1居民樓廚房排煙管網(wǎng)1、油煙機(jī)排煙罩——收集煙氣2、風(fēng)機(jī)——抽煙和排煙3、單向閥——防止煙氣倒流4、管道——引導(dǎo)煙氣流動(dòng)路徑5、風(fēng)帽——防止雨水該管網(wǎng)組成與功能分析該管網(wǎng)的特點(diǎn)1、流體種類：

氣體，極少量液體2、管網(wǎng)型式：根據(jù)管內(nèi)流體與環(huán)境大氣的關(guān)係：開式根據(jù)每個(gè)支路管道流向的確定性：枝狀根據(jù)管道中流體的分流與匯流：匯流引申：流體輸配管網(wǎng)的組成流體的源和匯動(dòng)力裝置調(diào)控裝置末端裝置其他附屬設(shè)備1.1.2西氣東輸接續(xù)天然氣管網(wǎng)該管網(wǎng)的特點(diǎn)：

1、按照壓力不同分級(jí)，不同的場(chǎng)合應(yīng)用不同的壓力級(jí)別。

2、城區(qū)管網(wǎng)一些管線構(gòu)成環(huán)狀。

3、是一個(gè)開式管網(wǎng)。

4、上下級(jí)管網(wǎng)相互影響。1.1.3重力迴圈熱水採(cǎi)暖管網(wǎng)1、熱源2、膨脹水箱3、散熱器4、管道該管網(wǎng)的特點(diǎn)重力作用形成管網(wǎng)中流體流動(dòng)的動(dòng)力。思考：空調(diào)冷凍水系統(tǒng)能否依靠自然迴圈？枝狀管網(wǎng)注意：“閉合”不一定是“環(huán)狀”閉式管網(wǎng)同程與異程1、熱源2、疏水器3、散熱器4、管道1.1.4蒸汽採(cǎi)暖管網(wǎng)該管網(wǎng)的特點(diǎn)介質(zhì)：汽體、汽液混合、液體（分析在管網(wǎng)不同位置的流體種類及占主導(dǎo)地位的流體）既有分流，又有匯流枝狀管網(wǎng)1.1.5氣力物料輸送管網(wǎng)該管網(wǎng)特點(diǎn)氣固兩相流，固體顆粒是流動(dòng)的阻礙。風(fēng)速要求高，流動(dòng)阻力大，風(fēng)機(jī)的壓力要求大。輸送距離有限。1.1.5熱水供熱管網(wǎng)系統(tǒng)1、熱源2、迴圈水泵3、補(bǔ)水泵4、壓力調(diào)節(jié)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(wǎng)的特點(diǎn)一級(jí)管網(wǎng)集中供熱管網(wǎng)（外網(wǎng)）二級(jí)管網(wǎng)用戶採(cǎi)暖管網(wǎng)（內(nèi)網(wǎng)）兩級(jí)管網(wǎng)之間的連接方式：直接連接裝噴射泵直接連接裝混合水泵直接連接裝換熱器間接連接不同級(jí)管網(wǎng)之間的水力相關(guān)性水力相關(guān)性的概念“水”泛指流體；“水力”指流體流動(dòng)時(shí)的一些力學(xué)性質(zhì)，如壓力、速度等?！跋嚓P(guān)”指上下級(jí)管網(wǎng)之間的壓力、速度相互影響；“無關(guān)”指上下級(jí)管網(wǎng)之間壓力、速度不相互影響。直接連接的上下級(jí)管網(wǎng)是水力相關(guān)的，間接連接則水力無關(guān)。注意：水力無關(guān)的管網(wǎng)“熱力相關(guān)”。1.2小結(jié)1.2.1流體輸配管網(wǎng)的基本功能與基本組成基本功能

1、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；

2、從末端裝置處按照要求收集流體，通過管道，將其輸送到“匯”。末端裝置

：

從管道中取得一定量的流體，或?qū)⒁欢康牧黧w送入管道。如：排風(fēng)罩、散熱器、送風(fēng)口、燃?xì)庹郑恍l(wèi)生器具、配水龍頭等。管道：在“源”和“匯”之間，給流體流動(dòng)以路徑，引導(dǎo)流體流動(dòng)?；窘M成

動(dòng)力：

來源於“源”

如鍋爐；儲(chǔ)氣罐的壓力；上級(jí)管網(wǎng)的壓力；

來源於重力

如自然迴圈熱水採(cǎi)暖；建築排水；

來源於機(jī)械動(dòng)力－－水泵與風(fēng)機(jī)

機(jī)械通風(fēng)、城市供熱、城市給水，應(yīng)用廣泛?；窘M成調(diào)控設(shè)備

調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥安全、計(jì)量裝置

安全閥、報(bào)警器、流量計(jì)、溫度計(jì)、壓力錶等其他裝置與設(shè)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(wǎng)的分類1.2.2.1單相流與多相流管網(wǎng)1.2.2.2重力驅(qū)動(dòng)與壓力驅(qū)動(dòng)管網(wǎng)1.2.2.3開式與閉式管網(wǎng)1.2.2.4支狀與環(huán)狀管網(wǎng)1.2.2.5異程式管網(wǎng)與同程式管網(wǎng)1.2.3多級(jí)管網(wǎng)之間的連接方式1.2.3.1直接連接——水力相關(guān)1.2.3.2間接連接——水力無關(guān)第二章氣體輸配管網(wǎng)的水力特徵與

水力計(jì)算重點(diǎn)：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(wǎng)水力計(jì)算的基本原理、方法及相關(guān)概念；環(huán)路與環(huán)路位壓，阻力平衡，動(dòng)靜壓的相互轉(zhuǎn)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：

（2-1-1)

靜壓

動(dòng)壓

位壓

當(dāng)1斷面和2斷面位於位於進(jìn)口和出口處，這時(shí)靜壓均為0。將出口的動(dòng)壓損失視為出口的一種流動(dòng)局部阻力，則：

(2-1-2)

上式表明：流動(dòng)阻力依靠位壓（即重力的作用）克服。流動(dòng)方向取決於管內(nèi)外的密度差。以廚房排煙管網(wǎng)為例，當(dāng)沒有開啟排風(fēng)機(jī)、且未設(shè)防倒流閥，夏季豎井中密度低，室外空氣經(jīng)豎井進(jìn)入室內(nèi)；冬季豎井溫度高，室內(nèi)空氣進(jìn)入豎井。（2）U型管道內(nèi)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：

g（ρ1－ρ2）（H2－H1）=

(2-1-5)注意：

1)斷面1和2分別在進(jìn)口和出口外，包含了進(jìn)口阻力損失和出口阻力損失。

2)進(jìn)出口位於相同標(biāo)高時(shí)，流動(dòng)動(dòng)力是豎管內(nèi)的密度差與高差的乘積，與管外大氣密度無關(guān)。

3)流動(dòng)方向取決於豎管內(nèi)密度的相對(duì)大小。（3）閉式管道內(nèi)的重力流具有與進(jìn)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(qū)動(dòng)的流動(dòng)方向與位壓一致，則二者綜合作用加強(qiáng)管內(nèi)氣體流動(dòng)，若驅(qū)動(dòng)方向相反，則由絕對(duì)值大者決定管流方向；絕對(duì)值小者實(shí)際上成為另加流動(dòng)阻力。如空調(diào)建築裝有排氣風(fēng)機(jī)的衛(wèi)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(qiáng)；夏季排氣風(fēng)機(jī)除克服豎井的阻力時(shí)，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(wǎng)水力計(jì)算的基本原理和方法

水力計(jì)算：設(shè)計(jì)計(jì)算；校核計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)要求的流量分配，確定管網(wǎng)的各段管徑（或斷面尺寸）和阻力。對(duì)枝狀管外，求得管網(wǎng)特性曲線，為匹配管網(wǎng)動(dòng)力設(shè)備準(zhǔn)備好條件，進(jìn)而選擇確定動(dòng)力設(shè)備（風(fēng)機(jī)、水泵等）的型號(hào)。校核計(jì)算：根據(jù)已定的動(dòng)力設(shè)備，確定保證流量輸配的管道尺寸；或者根據(jù)已定的管道尺寸，確定保證流量輸配的動(dòng)力設(shè)備。水力計(jì)算是流體輸配管網(wǎng)設(shè)計(jì)及其運(yùn)行品質(zhì)保證的基本手段。水力計(jì)算的基本理論依據(jù)：流體力學(xué)一元流動(dòng)連續(xù)性方程、能量方程及串、並聯(lián)管路流動(dòng)規(guī)律。管網(wǎng)的流動(dòng)動(dòng)力等於管網(wǎng)流動(dòng)總阻力。若干管段串聯(lián)後的阻力，等於各管段阻力之和；各並聯(lián)管段的起點(diǎn)（終點(diǎn)）相同，具有相同的壓力。不包含動(dòng)力源的並聯(lián)管段，阻力應(yīng)相等。管段阻力是構(gòu)成管網(wǎng)阻力的基本單元。流體力學(xué)已經(jīng)揭示，管段中的流體流動(dòng)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(jì)算的基本原理2.2.1摩擦阻力計(jì)算

摩擦阻力係數(shù)說明工程上常根據(jù)自身的工程特點(diǎn)，編制相應(yīng)的計(jì)算圖表幫助計(jì)算。任何計(jì)算公式或圖表，都有其使用範(fàn)圍，使用時(shí)要特別注意。當(dāng)工程條件與得出公式或圖表的條件有差異時(shí)，常採(cǎi)用修正的方法。2.2.1局部阻力計(jì)算產(chǎn)生原因：流動(dòng)邊界幾何形狀改變，使流動(dòng)產(chǎn)生渦旋、流動(dòng)方向變化，引起能量損失。局部阻力基本計(jì)算公式：局部阻力係數(shù)局部阻力處，流動(dòng)處於阻力平方區(qū)。局部阻力係數(shù)只與幾何形狀有關(guān)。局部阻力係數(shù)與其安裝條件（受流動(dòng)環(huán)境的影響）、各部分的幾何尺寸有關(guān)（如突擴(kuò)）。同名的局部阻力在不同的場(chǎng)合有不同的阻力係數(shù)值。局部阻力係數(shù)值通過一般實(shí)驗(yàn)獲得。局部阻力係數(shù)值對(duì)應(yīng)是某斷面動(dòng)壓而言的，使用時(shí)必須注意。各工程設(shè)計(jì)手冊(cè)給出了常用的局部阻力係數(shù)。2.2.3

常用的水力計(jì)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(diǎn)先按技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求選定管內(nèi)流速，再結(jié)合所需輸送的流量，確定管道斷面尺寸，進(jìn)而計(jì)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(wǎng)軸測(cè)圖，對(duì)各管段進(jìn)行編號(hào)，標(biāo)出長(zhǎng)度和流量，確定最不利環(huán)路。（2）合理確定最不利環(huán)路各管段的管內(nèi)流體流速。（3）根據(jù)各管段的流量和確定的流速，確定最不利環(huán)路各管段的斷面寸。（4）計(jì)算最不利環(huán)路各管段的阻力。（5）平衡並聯(lián)管路。確定並聯(lián)管路的管徑，使各並聯(lián)管路的計(jì)算阻力與各自的資用壓力相等，可用壓損平均法計(jì)算。這是保證流量按要求分配的關(guān)鍵。若並聯(lián)管路計(jì)算阻力與各自的資用壓力不相等，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，管網(wǎng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整各並聯(lián)管路流量，使並聯(lián)管路的實(shí)際流動(dòng)阻力與各自的資用壓力相等。這時(shí)各並聯(lián)管路的流量不是要求的流量。（6）計(jì)算管網(wǎng)的總阻力，求取管網(wǎng)特性曲線。（7）根據(jù)管網(wǎng)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(zhì)等諸因素，綜合考慮為管網(wǎng)匹配動(dòng)力設(shè)備（風(fēng)機(jī)、水泵等），確定動(dòng)力設(shè)備所需的參數(shù)。壓損平均法的特點(diǎn)將已定的總作用壓力，按幹管長(zhǎng)度平均分配給每一管段，以此確定管段阻力，再根據(jù)每一管段的流量確定管道斷面尺寸。當(dāng)管道系統(tǒng)所用的動(dòng)力設(shè)備型號(hào)已定，或?qū)Ψ种Ч苈愤M(jìn)行阻力平衡計(jì)算，此法較為方便。當(dāng)然，也可按其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(wǎng)軸測(cè)圖，對(duì)各管段進(jìn)行編號(hào)，標(biāo)出長(zhǎng)度和流量，確定最不利環(huán)路。

（2）根據(jù)確定的最不利環(huán)路的資用壓力，計(jì)算最不利環(huán)路單位管長(zhǎng)的壓力損失。

（3）根據(jù)最不利環(huán)路單位管長(zhǎng)壓力損失和各管段流量，確定其各管段管徑。

（4）確定各並聯(lián)支路的資用壓力，計(jì)算單位管長(zhǎng)的壓力損失。

（5）根據(jù)各並聯(lián)支路單位管長(zhǎng)壓力損失和各管段流量，確定其各管段管徑。靜壓複得法的特點(diǎn)通過調(diào)整管道斷面尺寸，維持管道在不同斷面處的管內(nèi)靜壓。送風(fēng)管道若要求各個(gè)風(fēng)口風(fēng)量均勻，常用此方法保證要求的風(fēng)口風(fēng)速。靜壓複得法的基本步驟

不論採(cǎi)用何種方法，水力計(jì)算前必須完成管網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的佈置，確定管道材料及每個(gè)管段的流量，然後循著各種方法所要求的步驟進(jìn)行計(jì)算。水力計(jì)算中，各種計(jì)算公式和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的選取，應(yīng)遵循相關(guān)規(guī)範(fàn)、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

說明2.3.1通風(fēng)空調(diào)工程氣體輸配管網(wǎng)水力計(jì)算

以通風(fēng)空調(diào)工程的空氣輸配管網(wǎng)為例，學(xué)習(xí)開式枝狀氣體輸配管網(wǎng)水力計(jì)算的具體方法。設(shè)計(jì)計(jì)算要確定管徑和動(dòng)力大小，主要採(cǎi)用假定流速法。需先完成空氣輸配管網(wǎng)的佈置，確定設(shè)備和各送排風(fēng)點(diǎn)位置的確定；各送排風(fēng)點(diǎn)要求的風(fēng)量；管道佈置、各管段的輸送風(fēng)量。製作風(fēng)管的水力計(jì)算表格。2.3.1.1確定最不利環(huán)路的管內(nèi)流速和管道斷面尺寸

（1）繪製風(fēng)管系統(tǒng)軸測(cè)圖，並劃分管段，對(duì)各管段進(jìn)行編號(hào)，標(biāo)注其長(zhǎng)度和設(shè)計(jì)風(fēng)量。

注：管段：管內(nèi)流量和管道斷面均不變化。管段長(zhǎng)度按中心線長(zhǎng)度計(jì)算，不扣除管件（如三通、彎頭）本身的長(zhǎng)度。圖2-3-2通風(fēng)除塵管網(wǎng)軸測(cè)圖

〔例2-3〕（2）確定管內(nèi)流速和管道斷面尺寸

管內(nèi)的流速對(duì)通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性有較大的影響，對(duì)系統(tǒng)的技術(shù)條件也有影響。流速高，風(fēng)管斷面小，佔(zhàn)用的空間小，材料耗用少，建造費(fèi)用??；但是系統(tǒng)的阻力大，動(dòng)力消耗增大，運(yùn)行費(fèi)用增加，且增加雜訊。若氣流中含有粉塵等，會(huì)增加設(shè)備和管道的磨損。反之，流速低，阻力小，動(dòng)力消耗少；但是風(fēng)管斷面大，材料和建造費(fèi)用大，風(fēng)管佔(zhàn)用的空間也增大。流速過低會(huì)使粉塵沉積而堵塞管道。因此，必須通過全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定合理的流速。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了通風(fēng)空調(diào)工程中風(fēng)管內(nèi)較為合理的空氣流速。選定最不利環(huán)路，本系統(tǒng)選擇1-3-5-除塵器-6-風(fēng)機(jī)-7為最不利環(huán)路。

解釋：環(huán)路；最不利環(huán)路。根據(jù)表2-3-3，輸送含有輕礦物粉塵的空氣時(shí)，風(fēng)管內(nèi)最小風(fēng)速為，垂直風(fēng)管12m/s、水準(zhǔn)風(fēng)管14m/s?？紤]到除塵器及風(fēng)管漏風(fēng)（思考？），取5%的漏風(fēng)係數(shù)，管段6及7的計(jì)算風(fēng)量為6300×1.05=6615m3/h?！怖?-3〕有水準(zhǔn)風(fēng)管，初定流速為14m/s。管徑計(jì)算：沒有這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，取為d=0.2m=200mm則實(shí)際風(fēng)速為：同理確定出3、5、6、7的管內(nèi)流速和管徑。管內(nèi)流速和管徑：〔例2-3〕2.3.1.2

風(fēng)管摩擦阻力計(jì)算

公式計(jì)算：

對(duì)於圓管，4Rs＝D圖表計(jì)算製成計(jì)算表或線算圖。圖2-3-1所示的線算圖，可供計(jì)算管道阻力時(shí)使用。只要已知流量、管徑、流速、阻力四個(gè)參數(shù)中的任意兩個(gè)，即可利用該圖求得其餘的兩個(gè)參數(shù)。該圖是按過渡區(qū)的λ值，在壓力B0=101.3kPa、溫度t0=20℃、空氣密度ρ0=1.204kg/m3、運(yùn)動(dòng)粘度ν0=15.06×10-6m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm、圓形風(fēng)管、氣流與管壁間無熱交換等條件下得出的。當(dāng)實(shí)際條件與上述條件不相符時(shí)，應(yīng)進(jìn)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(dāng)量直徑”流速當(dāng)量直徑：假設(shè)某一圓形風(fēng)管中的空氣流速與非圓形風(fēng)管中的空氣流速相等，並且兩者的單位長(zhǎng)度摩擦阻力也相等，則該圓形風(fēng)管的直徑就稱為此矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑，以Dv表示。根據(jù)這一定義,斷面為a×b的矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑Dv為：

流量當(dāng)量直徑:設(shè)某一圓形風(fēng)管中的空氣流量與非圓形風(fēng)管的空氣流量相等，並且單位長(zhǎng)度摩擦阻力也相等，則該圓形風(fēng)管的直徑就稱為非圓形風(fēng)管的流量當(dāng)量直徑，以DL表示。根據(jù)推導(dǎo)，矩形風(fēng)管的流量當(dāng)量直徑可近似按下式計(jì)算。

查圖得管段1的比摩阻為12.5Pa/m，填入計(jì)算表中，並計(jì)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(jì)算表中。檢查是否需要修正。本例無需進(jìn)行修正。如需修正的情況，在水力計(jì)算表中留出填寫這些參數(shù)的位置。摩擦阻力〔例2-3〕2.3.1.3風(fēng)管局部阻力計(jì)算

計(jì)算公式：各種管件（彎頭、三通等）的局部阻力係數(shù)ξ通常查圖表確定。查圖表時(shí)要注意依據(jù)的參數(shù)值。還要注意對(duì)應(yīng)的特徵速度。各種設(shè)備的局部阻力或局部阻力係數(shù)，由設(shè)備生產(chǎn)廠商提供。

局部阻力計(jì)算（1）管段1設(shè)備密閉罩ζ=1.0（對(duì)應(yīng)接管動(dòng)壓）90°彎頭（R/D=1.5）一個(gè)ζ=0.17直流三通（1→3）（見圖2-3-3）根據(jù)F1+F2≈F3

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

計(jì)算出管段1的局部阻力損失為：147.5Pa。同理計(jì)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(lián)管路的平衡

（1）開式管網(wǎng)的虛擬閉合

引入虛擬管路的概念，將開式管網(wǎng)變?yōu)樘摂M的閉式管網(wǎng)。虛擬管路是連接開式管網(wǎng)出口和進(jìn)口的虛設(shè)管路，該管路中的流體為開式管網(wǎng)出口和進(jìn)口高度之間的環(huán)境流體，從管網(wǎng)出口流向進(jìn)口，其水力和熱力參數(shù)都與環(huán)境流體相同，虛擬管路的管徑趨於無限大，流動(dòng)阻力為零。

圖2-3-2虛擬管路與流動(dòng)環(huán)路

〔例2-3〕（2）枝狀管網(wǎng)的環(huán)路、共用管路和獨(dú)用管路

枝狀管網(wǎng)中，管段的流向是唯一的。以管網(wǎng)的源為起點(diǎn)，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(wǎng)的真實(shí)出口到真實(shí)進(jìn)口）前進(jìn)，最終必定回到起點(diǎn)。沿途所經(jīng)過的所有管路（含虛擬管路）構(gòu)成了枝狀管網(wǎng)的一個(gè)流動(dòng)環(huán)路?！怖?-3〕管網(wǎng)的環(huán)路有：

1-3-5-6-7-虛擬管路－1（流動(dòng)環(huán)路I）

2-3-5-6-7-虛擬管路－2（流動(dòng)環(huán)路II）

4-5-6-7-虛擬管路－4（流動(dòng)環(huán)路III）管段與環(huán)路之間的隸屬關(guān)係有兩種情況。其一，共用；其二，獨(dú)用。若某管路出現(xiàn)在兩個(gè)及以上的環(huán)路中，該管路稱為這些環(huán)路的共用管路，若管路只出現(xiàn)在某環(huán)路中，該管路稱為這一環(huán)路的獨(dú)用管路。圖2-3-2中，管段1、2、4分別是環(huán)路I、II、III的獨(dú)用管路；管段3為環(huán)路I、II的共用管路；管段5、6、7為環(huán)路I、II、III的共用管路。

(3)環(huán)路動(dòng)力來源流體力學(xué)表明，管網(wǎng)中的流動(dòng)動(dòng)力有壓力、慣性力和重力3種。在管網(wǎng)工程中，壓力稱為靜壓，慣性力稱為動(dòng)壓，二者可以互相轉(zhuǎn)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(shì)壓、熱壓等。

全壓的來源與性質(zhì)來源：來源於風(fēng)機(jī)水泵等流體機(jī)械。來源於壓力容器。來源於上級(jí)管網(wǎng)。性質(zhì)：在一個(gè)位置上提供，沿整個(gè)環(huán)路中起作用。提供動(dòng)力的位置在共用管段上，則共用該管路的所有環(huán)路都獲得相同大小的全壓動(dòng)力。重力產(chǎn)生的環(huán)路動(dòng)力及其性質(zhì)重力產(chǎn)生的環(huán)路動(dòng)力是在整個(gè)環(huán)路上形成的。它作用在整個(gè)環(huán)路上。各個(gè)環(huán)路因重力作用產(chǎn)生的環(huán)路動(dòng)力不相同。（4）環(huán)路的需用壓力與資用動(dòng)力環(huán)路動(dòng)力－－阻力平衡，是流體流動(dòng)的基本規(guī)律。要實(shí)現(xiàn)要求的流量輸送與分配任務(wù)，就必須在設(shè)計(jì)狀態(tài)，使管網(wǎng)滿足這一規(guī)律。如果設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果不滿足這一規(guī)律，管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)會(huì)按照這一規(guī)律的要求，改變流動(dòng)參數(shù)，來滿足這一規(guī)律，這樣，就得不到需要的流量。需用壓力：管網(wǎng)需用壓力一般按照“最不利環(huán)路”來確定管網(wǎng)的需用壓力。在有重力作用的情況下，不應(yīng)只根據(jù)管路的長(zhǎng)短和局部阻力部件的多少選定最不利環(huán)路，而應(yīng)綜合考慮流動(dòng)阻力和重力作用，選管路長(zhǎng)、部件多，重力推動(dòng)作用?。ㄉ踔潦亲璧K流動(dòng)）的環(huán)路為最不利環(huán)路。環(huán)路的資用動(dòng)力管網(wǎng)的需用壓力作用在所有環(huán)路的共用管路上，則這些環(huán)路得到的全壓作用是相同的。各環(huán)路的資用動(dòng)力為：（5）環(huán)路資用動(dòng)力的分配管網(wǎng)的需用壓力由最不利環(huán)路確定，因此，任意環(huán)路與最不利環(huán)路共用的管路上，已完成了資用動(dòng)力的分配，即這些管路上資用動(dòng)力與流動(dòng)阻力平衡。獨(dú)用管路的資用動(dòng)力：：i環(huán)路與性質(zhì)：最不利環(huán)路的共用管段的流動(dòng)阻力獨(dú)用管路的壓損平衡共用管路的阻力與資用動(dòng)力已實(shí)現(xiàn)了平衡。要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的流量輸配，還要讓獨(dú)用管路的阻力與資用動(dòng)力相等。在設(shè)計(jì)中通過對(duì)管路幾何參數(shù)（主要是管道斷面尺寸）的調(diào)整，改變管內(nèi)流速，來實(shí)現(xiàn)上述要求。並聯(lián)管路阻力平衡管路處於並聯(lián)地位時(shí)，若它們各自所在的環(huán)路的重力作用形成的動(dòng)力相等，則這些並聯(lián)管路的資用動(dòng)力相等。那麼，它們的阻力也應(yīng)相等?？梢?，並聯(lián)管路阻力平衡是壓損平衡的特例。在環(huán)路的重力作用形成的動(dòng)力相等時(shí)適用。管段2的壓損平衡所在環(huán)路II的資用動(dòng)力：管段2是II環(huán)路中不與最不利環(huán)路共用的管段，其資用動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(shè)計(jì)流量下的總阻力為256.9Pa；資用動(dòng)力285Pa；不平衡率：基本符合要求。按相同步驟，對(duì)管段4進(jìn)行壓損平衡，確定其管徑。2.3.2均勻送風(fēng)管道設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)原理均勻送風(fēng)管道設(shè)計(jì)原理圖2-3-6從條縫口吹出和吸入的速度分佈

（2）實(shí)現(xiàn)管道均勻送風(fēng)的條件保持各個(gè)側(cè)孔靜壓相等。保持各個(gè)側(cè)孔流量係數(shù)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(duì)於送風(fēng)的作用地點(diǎn)還有重要影響。（3）均勻送風(fēng)管道的計(jì)算方法採(cǎi)用靜壓複得法。參見〔例2-4〕2.3.3室內(nèi)燃?xì)夤芫W(wǎng)水力計(jì)算

（1）管段的計(jì)算流量根據(jù)負(fù)責(zé)的燃具數(shù)目、考慮同時(shí)工作係數(shù)進(jìn)行計(jì)算。（2）屬於可壓縮氣體，摩阻計(jì)算公式有所不同。（3）並聯(lián)管路無需進(jìn)行平衡。（？）（4）局部阻力採(cǎi)用當(dāng)量長(zhǎng)度法計(jì)算。（5）位壓作用不容忽略。局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度第3章液體輸配管網(wǎng)水力特徵與水力計(jì)算

基本水力特徵任意兩個(gè)斷面之間的能量方程位壓（水柱壓力）大。要注意其對(duì)於液體管網(wǎng)運(yùn)行的影響?？諝鉂B入會(huì)嚴(yán)重影響管內(nèi)的正常流動(dòng)，要重視“排氣”。

3.1.1閉式液體管網(wǎng)水力特徵3.1.1.1重力迴圈液體管網(wǎng)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(chǎn)生的作用壓力為156Pa。重力迴圈的作用壓力不大，環(huán)路中若積有空氣，會(huì)形成氣塞，阻礙迴圈。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的反迴圈力。因此要特別重視排氣。為了排氣，系統(tǒng)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(huán)系統(tǒng)中，水的流速較低，空氣能逆著水流方向，經(jīng)過供水幹管聚集到系統(tǒng)的最高處，通過膨脹水箱排除。

（1）並聯(lián)管路的水力特徵環(huán)路a-S1-b-熱源-a環(huán)路a-S2-b-熱源-a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)上層的流量大於下層的情況。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)路的迴圈動(dòng)力，採(cǎi)用不同的管道與設(shè)備尺寸及調(diào)節(jié)措施。並聯(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處於並聯(lián)，它們的阻力分別為：並聯(lián)的獨(dú)用管路的阻力等於各自的資用動(dòng)力。它們之間的流量分配：（2）串聯(lián)管路的水力特徵環(huán)路動(dòng)力：各個(gè)散熱中心處於同一環(huán)路，迴圈動(dòng)力相同。需要計(jì)算從各個(gè)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(jù)溫度，求取各個(gè)密度值。單管系統(tǒng)的垂直失調(diào)在串聯(lián)環(huán)路中，各層散熱器迴圈作用壓力是同一個(gè)，但進(jìn)出口水溫不相同，越在下層，進(jìn)水

溫度越低。

由於各層散熱器的傳熱係數(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。水的溫度和密度沿迴圈環(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)也影響到迴圈動(dòng)力。由於重力作用形成的迴圈動(dòng)力不大，在確定實(shí)際迴圈動(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)係式。在工程中，採(cǎi)用簡(jiǎn)化處理。首先只考慮水在散熱器內(nèi)冷卻，然後根據(jù)不同情況，增加一個(gè)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(tǒng)供水管路佈置狀況、樓層高度、所計(jì)算的冷卻中心與加熱中心之間的水準(zhǔn)距離等因素有關(guān)。其數(shù)值可從採(cǎi)暖設(shè)計(jì)手冊(cè)查取。3.1.1.2機(jī)械迴圈液體管網(wǎng)的工作原理與水力特徵3.1.2閉式液體管網(wǎng)水力計(jì)算

液體管網(wǎng)和氣體管網(wǎng)在水力計(jì)算的主要目的、基本原理和方法上是相同的。只是因?yàn)橐后w的物性參數(shù)與氣體有顯著差別，液體管網(wǎng)的工作參數(shù)也與氣體管網(wǎng)有一定區(qū)別，所以二者水力計(jì)算使用的計(jì)算公式和技術(shù)數(shù)據(jù)有所不同。

3.1.2.1液體管網(wǎng)水力計(jì)算的基本公式

（1）摩擦阻力：室內(nèi)管網(wǎng)，常處於紊流過渡區(qū)：室外管網(wǎng)，常處於阻力平方區(qū)：（2）局部阻力3.1.2.2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)各管段的流量和迴圈動(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)。然後根據(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，然後根據(jù)流量和選定管徑計(jì)算阻力損失，並核算資用動(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)算重力作用形成的迴圈動(dòng)力。按下式確定管網(wǎng)的需用壓力：然後計(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。然後計(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)採(cǎi)暖管網(wǎng)最大允許的水流速：民用建築

1.2m/s生產(chǎn)廠房的輔助建築物

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：主幹線：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)。採(cǎi)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。3.1.2.3重力迴圈雙管系統(tǒng)管網(wǎng)水力計(jì)算

〔例3-2〕計(jì)算準(zhǔn)備：繪製管網(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)路迴圈動(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，用熱水採(cǎi)暖水力計(jì)算表，選擇接近Rpj的標(biāo)準(zhǔn)管徑，並根據(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，並計(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)該管段的局部阻力係數(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）核算壓力富餘值。

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並計(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，便於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)械迴圈液體管網(wǎng)的水力計(jì)算方法

（1）室內(nèi)熱水採(cǎi)暖管網(wǎng)與上級(jí)管網(wǎng)採(cǎi)用直接連接的管網(wǎng)迴圈動(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，特別是距離迴圈動(dòng)力比較近的建築物。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)路難於平衡。故一般按控制比摩阻60～120Pa/m進(jìn)行計(jì)算，剩餘壓力靠入口減壓裝置消耗。與上級(jí)管網(wǎng)採(cǎi)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)於重力迴圈動(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迴圈動(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）空調(diào)冷凍水管網(wǎng)一般是建築物自成系統(tǒng)（現(xiàn)在也有區(qū)域供冷，如北京的中關(guān)村）。水力計(jì)算目的是確定管網(wǎng)的需用壓力。按照推薦流速和控制比摩阻選擇最不利環(huán)路的管徑，再對(duì)其他環(huán)路進(jìn)行壓損平衡。供回水溫差小，不考慮重力作用形成的迴圈動(dòng)力。（3）關(guān)於同程式系統(tǒng)管網(wǎng)當(dāng)管網(wǎng)較大時(shí)，常採(cǎi)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，就所有幹管管徑即被確定。校核二者的不平衡率。然後計(jì)算其他立管，確定其管徑。按壓損平衡方法進(jìn)行。最後計(jì)算管網(wǎng)的需用壓力。提醒注意阻力計(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)範(fàn)的相關(guān)條文。《採(cǎi)暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)範(fàn)》GB50019-2003（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)範(fàn)》CJJ34-2002水力計(jì)算任務(wù)：根據(jù)已知流量，確定各個(gè)管段的管徑。計(jì)算管網(wǎng)的需用壓力。計(jì)算的基本方法：先按控制比摩阻計(jì)算最不利環(huán)路，再對(duì)其他環(huán)路進(jìn)行壓損平衡。不考慮重力作用形成的動(dòng)力。基本公式流量的單位是t/h；K=0.5mm.〔例3-3〕某工廠廠區(qū)熱水供熱系統(tǒng)，其網(wǎng)路平面佈置圖（各管段的長(zhǎng)度、閥門及方形補(bǔ)償器的佈置）見圖3-1-7。網(wǎng)路的計(jì)算供水溫度t1′=130℃，計(jì)算回水溫度t2′=70℃。用戶E、F、D的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷Qn′分別為：3.518GJ/h、2.513GJ/h和5.025GJ/h。熱用戶內(nèi)部的阻力為ΔP=5×104

Pa。試進(jìn)行該熱水網(wǎng)路的水力計(jì)算。

（1）準(zhǔn)備工作管網(wǎng)圖繪製、標(biāo)注管段編號(hào)、長(zhǎng)度、管件，計(jì)算設(shè)計(jì)流量，填入繪製的計(jì)算表格。例管段B-E的設(shè)計(jì)流量計(jì)算如下：（2）最不利環(huán)路計(jì)算說明：室外熱水管網(wǎng)的回水管路沿供水管路相同的路徑佈置，管徑、管內(nèi)流量與對(duì)應(yīng)的供水管段相同，故只進(jìn)行供水管路的計(jì)算。一般是閉式管網(wǎng)（即不從管網(wǎng)取出熱水）。但只計(jì)算供水供水管路，因此，也稱最不利環(huán)路的管線為“主幹線”。本例選A-B-C-D為主幹線。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(gè)，方形補(bǔ)償器3個(gè)，當(dāng)量長(zhǎng)度：相同方法計(jì)算管段BC、CD。（3）計(jì)算其他支路對(duì)其他環(huán)路進(jìn)行壓損平衡。管段BE：同理計(jì)算管段CF。3.2開式液體管網(wǎng)水力特徵與水力計(jì)算

水泵揚(yáng)程需要克服進(jìn)出口的高差。3.2.1建築給水管網(wǎng)水力計(jì)算

3.2.1.1確定設(shè)計(jì)流量與管徑

流量的確定要考慮末端用水器具的同時(shí)用水係數(shù)（即同時(shí)給水百分?jǐn)?shù)），分兩種情況採(cǎi)用不同的計(jì)算公式。

（1）用水時(shí)間集中，用水設(shè)備使用集中，同時(shí)給水百分?jǐn)?shù)高的建築，如工業(yè)企業(yè)生活間、公共浴室、洗衣房、食堂餐廳、實(shí)驗(yàn)室、影劇院、體育場(chǎng)等。（2）用水時(shí)間長(zhǎng)，用水設(shè)備使用不集中，同時(shí)給水百分?jǐn)?shù)隨用水器具數(shù)量增加而減少的建築，如住宅、賓館、醫(yī)院、學(xué)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(jiǎn)化計(jì)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(gè)當(dāng)量，其他用水器具的額定流量對(duì)它的比值，即為該用水器具的當(dāng)量值。用下式計(jì)算管段的給水設(shè)計(jì)秒流量qg：

管徑的確定

按控制流速範(fàn)圍來確定。設(shè)計(jì)時(shí)給水管道流速應(yīng)控制在正常範(fàn)圍內(nèi)：生活或生產(chǎn)給水管道，不宜大於2.0m/s，當(dāng)有防雜訊要求，且管徑小於或等於25mm時(shí)，生活給水管道內(nèi)的水流速度，可採(cǎi)用0.8～1.0m/s；消火栓系統(tǒng)，消防給水管道，不宜大於2.5m/s；自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)給水管道，不宜大於5.0m/s，但其配水支管在個(gè)別情況下，可控制在10m/s以內(nèi)。按流量和流速確定管徑規(guī)格後，需按確定的管徑核算實(shí)際流速。

3.2.1.2建築給水管網(wǎng)水頭損失計(jì)算

（1）沿程阻力選用公式或圖表計(jì)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(zhǎng)主編（2）局部阻力一般不作詳細(xì)計(jì)算，可按下列管網(wǎng)沿程水頭損失的百分?jǐn)?shù)採(cǎi)用:

生活給水管網(wǎng)為25%～30%；生產(chǎn)給水管網(wǎng)；生活、消防共用給水管網(wǎng)；生活、生產(chǎn)、消防共用給水管網(wǎng)為20%；消火栓系統(tǒng)消防給水管網(wǎng)為10%；自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)消防給水管網(wǎng)為20%；生產(chǎn)、消防共用給水管網(wǎng)為15%。（3）水錶阻力

是較為特殊的局部阻力。（4）管網(wǎng)需用壓力【例3-4】

第4章多相流管網(wǎng)水力特徵與水力計(jì)算4.1液氣兩相流管網(wǎng)水力特徵與水力計(jì)算工程背景：建築排水管網(wǎng)空調(diào)凝結(jié)水管網(wǎng)蒸汽供暖管網(wǎng)4.1.1液氣兩相流管網(wǎng)水力特徵

4.1.1.1建築內(nèi)部排水流動(dòng)特點(diǎn)及水封

（1）流動(dòng)特點(diǎn)

氣、液、固均存在，固較少，視為液氣兩相流。水量、氣壓時(shí)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。（2）水封

水封水封位置水封高度水封破壞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（3）管內(nèi)壓力

1）橫支管內(nèi)壓力變化2）橫幹管內(nèi)壓力變化

更為劇烈。特別注意對(duì)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(tài)

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(nèi)水流呈豎直下落流動(dòng)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

圖4-1-3排水管內(nèi)壓力分佈示意圖（2）排水立管中水流流動(dòng)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(shí)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(shí)，下降速度和厚度不再發(fā)生變化，這時(shí)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(zhǎng)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(dòng)，但其變化不會(huì)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，隔膜下部壓力不能衝破水膜，最後形成較穩(wěn)定的水塞。水塞向下運(yùn)動(dòng)，管內(nèi)氣體壓力波動(dòng)劇烈，水封破壞，整個(gè)排水系統(tǒng)不能正常使用。

這3個(gè)階段流動(dòng)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(shí)驗(yàn)表明，在設(shè)有專用通氣立管的排水系統(tǒng)中：（3）水膜流運(yùn)動(dòng)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：

4.1.1.4排水管在水膜流時(shí)的通水能力

4.1.1.5影響立管內(nèi)壓力波動(dòng)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築內(nèi)部排水系統(tǒng)中兩個(gè)最重要的問題，這兩個(gè)問題都與立管內(nèi)壓力有關(guān)。最大負(fù)壓：（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係數(shù)K4.1.2建築排水管網(wǎng)的水力計(jì)算

4.1.2.1橫管的水力計(jì)算

1、設(shè)計(jì)規(guī)定

（1）充滿度

（2）自淨(jìng)流速

（3）管道坡度

（4）最小管徑

2.橫管水力計(jì)算方法

對(duì)於橫幹管和連接多個(gè)衛(wèi)生用水器具的橫支管，應(yīng)逐段計(jì)算各管段的排水設(shè)計(jì)秒流量，通過水力計(jì)算來確定各管段的管徑和坡度。建築內(nèi)部橫向管道按明渠均勻流公式計(jì)算。水力計(jì)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(jì)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(shè)計(jì)時(shí)先計(jì)算立管的設(shè)計(jì)秒流量，然後查表4-1-9確定管徑。

4.1.2.3通氣管道計(jì)算

按工程實(shí)際情況，查取有關(guān)手冊(cè)、參考資料確定。自學(xué)【例4-1】

參考書：

《建築給水排水工程》（第四版）4.1.3空調(diào)凝結(jié)水管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

各種空調(diào)設(shè)備（例如風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組，櫃式空調(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。較之建築排水管網(wǎng)，凝結(jié)水管網(wǎng)內(nèi)的流動(dòng)穩(wěn)定性要好得多，氣壓波動(dòng)很小。設(shè)計(jì)要點(diǎn)：管材；坡度；水封；通氣；保溫；沖洗的可能性。

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(shí)，DN=20mmQ=7.1～17.6kW時(shí)，DN=25mmQ=17.7～100kW時(shí)，DN=32mmQ=101～176kW時(shí)，DN=40mmQ=177～598kW時(shí)，DN=50mmQ=599～1055kW時(shí)，DN=80mmQ=1056～1512kW時(shí)，DN100mmQ=1513～12462kW時(shí)，DN=125mQ＞12462kW時(shí)，

DN=150mm4.2汽液兩相流管網(wǎng)水力特徵與水力計(jì)算

4.2.1汽液兩相流管網(wǎng)水力特徵與保障正常流動(dòng)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(dòng)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。儘量汽、水同向流，逆向流時(shí)採(cǎi)用低流速；及時(shí)排除凝水。系統(tǒng)引入和排除空氣

停止運(yùn)行時(shí)，引入空氣以排除凝水；開始運(yùn)行，排除空氣。凝結(jié)水回收重力回水餘壓回水機(jī)械回水二次蒸汽利用4.2.2室內(nèi)低壓蒸汽供暖管網(wǎng)水力計(jì)算（1）蒸汽管路資用動(dòng)力鍋爐出口（或建築物採(cǎi)暖管網(wǎng)入口）蒸汽壓力。密度：常數(shù)。計(jì)算方法壓損平均法－－平均比摩阻P0一般取2000Pa；Pg較大時(shí)，Rm可能很大，可能導(dǎo)致流速過大。這時(shí)，控制比摩阻<100Pa/m。計(jì)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(shí)際採(cǎi)用更低。蒸汽供暖管網(wǎng)的“週期性”和“自調(diào)節(jié)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(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(jì)算表參考《供熱工程》（第三版）4.2.3室內(nèi)高壓蒸汽供暖管網(wǎng)水力計(jì)算

（1）蒸汽管道：壓損平均法

假定流速法汽、水同向流動(dòng)時(shí)<80m/s

汽、水逆向流動(dòng)時(shí)<60m/s

推薦採(cǎi)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幹管的總壓降不應(yīng)超過凝水幹管總壓降的1.2～1.5倍

（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。疏水器以後：餘壓回水，在室外凝水管網(wǎng)仲介紹。計(jì)算公式：同室外供熱管網(wǎng)。注意：密度變化。採(cǎi)用圖表計(jì)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(jì)算

4.2.5凝結(jié)水管網(wǎng)的水力計(jì)算方法

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(jì)算”仲介紹。管段B—C

乳狀混合物的兩相流。要計(jì)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(duì)於1），距離較短，按餘壓凝水管道計(jì)算表計(jì)算、修正；對(duì)於2），按室外熱水管網(wǎng)水力計(jì)算表計(jì)算、修正。局部阻力按百分?jǐn)?shù)估計(jì)。管段C—D

飽和凝水。按資用動(dòng)力確定平均比摩阻，利用室外供熱計(jì)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(jì)算表確定管徑並計(jì)算阻力、確定水泵所需揚(yáng)程。注意修正。4.3氣固兩相流管網(wǎng)水力特徵與水力計(jì)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(jù)不同的雷諾數(shù)，可得不同的計(jì)算公式。若氣體處於靜止?fàn)顟B(tài)，則vf是顆粒的沉降速度；若顆粒處於懸浮狀態(tài)，則vf是使顆粒處於懸浮狀態(tài)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)

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(zhǔn)管中，氣流速度不是使物料懸浮的直接動(dòng)力，所需速度更大。輸料管內(nèi)氣固兩相流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，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(tài)。（3）氣固兩相流的阻力特徵

c點(diǎn)是臨界狀態(tài)點(diǎn)，此時(shí)顆粒群剛處於完全懸浮狀態(tài)，阻力最小。臨界狀態(tài)的流速稱為臨界流速。

圖4-3-3兩相流阻力與流速的關(guān)係（4）氣固兩相流管網(wǎng)的主要參數(shù)

1）料氣比：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過管道的物料量與空氣量的比值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般低壓吸送式系統(tǒng)μ1=1～4，低壓送式系統(tǒng)μ1=1～10，迴圈式系統(tǒng)μ1=1左右，高真空吸送式系統(tǒng)μ1=20～70。

2）輸送風(fēng)速：可以按懸浮速度的某一倍數(shù)來定，一般取2.4～4.0倍，對(duì)大密度粘結(jié)性物料取5～10倍。輸送風(fēng)速也可按臨界風(fēng)速來定，例如砂子等粒狀物料，其輸送風(fēng)速為臨界風(fēng)速的1.2～2.0倍。通常參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表4-3-1。

3）物料速度和速比：氣流必須用一部分能量使物料顆粒懸浮，然後再推動(dòng)顆粒運(yùn)動(dòng)，因此，物料速度v1小於輸送風(fēng)速v。物料速度與輸送風(fēng)速之比稱為速比。4.3.2氣固兩相流管網(wǎng)水力計(jì)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(jì)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）其他部件的阻力第5章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ)5.1離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5.1.1離心式風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（1）葉輪

前盤、葉片（2）機(jī)殼蝸殼、進(jìn)風(fēng)口（3）進(jìn)氣箱（4）前導(dǎo)器（5）擴(kuò)散器（6）電動(dòng)機(jī)5.1.2離心式泵的基本結(jié)構(gòu)（1）葉輪（2）泵殼（3）泵座（4）軸封裝置5.2離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理及性能參數(shù)5.2.1離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理過程：流體受到離心力的作用——經(jīng)葉片被甩出葉輪——擠入機(jī)（泵）殼——流體壓強(qiáng)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(shí)質(zhì)：能量的傳遞和轉(zhuǎn)化過程。電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能——被輸送流體的動(dòng)能和勢(shì)能。在這個(gè)能量的傳遞和轉(zhuǎn)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(fēng)機(jī)的性能就越差，工作效率越低。5.2.2離心式泵與風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)（1）流量Q(m3/s)（2）揚(yáng)程H/全壓P(mH2O)(Pa)（3）功率：有效功率；軸功率(kW)（4）效率η(%)（5）轉(zhuǎn)速n(r/min)5.3.1絕對(duì)速度與相對(duì)速度、圓周速度5.3離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本方程—?dú)W拉方程5.3.2流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)與速度三角形流體在葉輪中運(yùn)動(dòng)的速度三角形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(shù)目無限多，厚度無限薄（4）理想流動(dòng)（無能量損失）歐拉方程歐拉方程分析（1）理論揚(yáng)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(guān)，與流動(dòng)過程無關(guān)。（2）流體所獲得的理論揚(yáng)程HT∞與被輸送流體的種類無關(guān)。只要葉片進(jìn)、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(yáng)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(dòng)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(dòng)K稱為環(huán)流係數(shù)。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(duì)離心式泵與風(fēng)機(jī)來說，K值一般在0.78~0.85之間。

1＝90

時(shí)，進(jìn)口切向分速vu1＝v1

cos

1＝0。

理論揚(yáng)程將達(dá)到最大值。這時(shí)流體按徑向進(jìn)入葉片的流道，理論揚(yáng)程方程式就簡(jiǎn)化為：

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

第三項(xiàng)是單位重量流體的動(dòng)能增量。利用導(dǎo)流器及蝸殼的擴(kuò)壓作用，可取得一部分靜壓。

5.4泵與風(fēng)機(jī)的損失與效率5.4.1流動(dòng)損失與流動(dòng)效率5.4泵與風(fēng)機(jī)的損失與效率5.4.2洩漏損失與洩漏效率

5.4泵與風(fēng)機(jī)的損失與效率5.4.3輪阻損失與輪阻效率

5.4.4泵與風(fēng)機(jī)的功率與效率有效功率內(nèi)功率軸功率課堂思考題：離心水泵有軸封裝置，而離心風(fēng)機(jī)沒有，為什麼？水泵啟動(dòng)時(shí)，為什麼要求灌滿水？離心風(fēng)機(jī)的基本機(jī)構(gòu)葉輪結(jié)構(gòu)形式示意圖葉片結(jié)構(gòu)形式示意圖葉片形狀示意圖進(jìn)風(fēng)口形式示意圖離心泵的基本機(jī)構(gòu)離心泵葉輪形式示意圖軸向渦流實(shí)驗(yàn)示意圖軸向渦流對(duì)流速分佈的影響軸向渦流對(duì)流速分佈的影響5.5性能曲線及葉型對(duì)性能的影響泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線5.5.1理論性能曲線HT—QTNT—QT分析基礎(chǔ)：歐拉方程HT—QTHT—QTNT—QTNT—QT（1）葉片的幾種形式（2）葉片安裝角對(duì)壓力的影響（3）幾種葉片形式的比較5.5.2葉型對(duì)性能的影響5.5.3泵與風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能曲線離心風(fēng)機(jī)的特性曲線葉片安裝角對(duì)壓力的影響葉片安裝角對(duì)壓力的影響分析揚(yáng)程與vu2成正比。在其他條件相同時(shí)，採(cǎi)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(yáng)程中的動(dòng)壓頭成分較少；前向葉型葉輪vu2較大，動(dòng)壓頭成分較多而靜壓頭成分減少。分析動(dòng)壓頭成分大，流體在擴(kuò)壓器中的流速大，動(dòng)靜壓轉(zhuǎn)換損失較大。在其他條件相同時(shí)，前向葉型的泵或風(fēng)機(jī)的總的揚(yáng)程較大，但它們的損失也大，效率較低。因此，離心式泵全部採(cǎi)用後向葉輪。在大型風(fēng)機(jī)中，為了增加效率和降低雜訊水準(zhǔn)，也幾乎都採(cǎi)用後向葉型。但就中小型風(fēng)機(jī)而論，效率不是主要考率因素，也有採(cǎi)用前向葉型的，這是因?yàn)槿~輪是前向葉型的風(fēng)機(jī)，在相同的壓頭下，輪徑和外形可以做得較小。根據(jù)這個(gè)原理，在微型風(fēng)機(jī)中，大都採(cǎi)用前向葉型的多葉葉輪。至於徑向葉型葉輪的泵或風(fēng)機(jī)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(yáng)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(diǎn)看，後向葉片最高，徑向葉片居中，前向葉片最低。（3）從結(jié)構(gòu)尺寸看，在流量和轉(zhuǎn)速一定時(shí)，達(dá)到相同的壓力前提下，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(diǎn)看，直葉片製造最簡(jiǎn)單。因此，大功率的泵與風(fēng)機(jī)一般用後向葉片較多。如果對(duì)泵與風(fēng)機(jī)的壓力要求較高，而轉(zhuǎn)速或圓周速度又受到一定限制時(shí)，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(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)方法自學(xué)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行試驗(yàn)說明：實(shí)際性能曲線考慮了泵與風(fēng)機(jī)自身的各種損失，是在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)裝置中得出的，實(shí)驗(yàn)裝置盡可能避免管網(wǎng)對(duì)泵（或風(fēng)機(jī)）的影響。它們管網(wǎng)中的性能曲線可能會(huì)發(fā)生變化，這需要對(duì)泵（或風(fēng)機(jī)）與管網(wǎng)進(jìn)行合理匹配與連接。5.6相似律與比轉(zhuǎn)數(shù)5.6.1泵與風(fēng)機(jī)的相似原理5.6.2泵與風(fēng)機(jī)的相似律及其應(yīng)用5.6.3比轉(zhuǎn)數(shù)5.6.4泵與風(fēng)機(jī)的無因次性能曲線5.6.1泵與風(fēng)機(jī)的相似原理相似條件根據(jù)相似理論，要保證流體流動(dòng)過程力學(xué)相似必須同時(shí)滿足幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似。這其中幾何相似是前提，動(dòng)力相似是保證，運(yùn)動(dòng)相似是目的。1.幾何相似2.運(yùn)動(dòng)相似對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度三角形相似，且所有對(duì)應(yīng)點(diǎn)兩速度三角形大小相差的倍數(shù)相同。3.動(dòng)力相似實(shí)物和模型內(nèi)各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同類力方向相同，而大小比值等於常數(shù)時(shí)，叫做動(dòng)力相似。5.6.1.2入口速度三角形相似要檢查所有各對(duì)應(yīng)點(diǎn)是否滿足上述各種關(guān)係式，來判斷兩泵與風(fēng)機(jī)的流通過程是否相似是很困難的，也是不必要的。實(shí)際上在幾何相似的泵與風(fēng)機(jī)中，只要能保持葉片入口速度三角形相似，且對(duì)應(yīng)點(diǎn)的慣性力與粘性力的比值相等，則其流動(dòng)過程必然相似。入口速度三角形相似——流量係數(shù)相等兩離心式泵（或風(fēng)機(jī)）流動(dòng)過程相似的條件歸結(jié)為：1.幾何相似；2.流量係數(shù)相等；3.雷諾數(shù)、歐拉數(shù)Eu相等。實(shí)際工程中，通常並不採(cǎi)用相似準(zhǔn)數(shù)來判斷泵或風(fēng)機(jī)的相似，而是根據(jù)工況相似來提出相似關(guān)係?！跋嗨乒r”的概念：當(dāng)兩泵或風(fēng)機(jī)的流動(dòng)過程相似時(shí)，則它們的對(duì)應(yīng)工況稱為相似工況。相似工況下，可推導(dǎo)出下列結(jié)果：

5.6.2泵與風(fēng)機(jī)的相似律—性能參數(shù)之間的相似換算關(guān)係

注意相似律反映的是泵（風(fēng)機(jī)）在相似工況點(diǎn)之間的性能參數(shù)換算關(guān)係。5.6.3比轉(zhuǎn)數(shù)綜合反映泵（或風(fēng)機(jī)）主要性能參數(shù)流量、揚(yáng)程（全壓）、轉(zhuǎn)速的特性。根據(jù)兩臺(tái)水泵（或風(fēng)機(jī)）的相似工況點(diǎn)之間存在的相似律，可以得到：說明比轉(zhuǎn)數(shù)是反映泵（或風(fēng)機(jī)）流量（全壓）關(guān)係的綜合參數(shù)。泵（或風(fēng)機(jī)）在不同的工況點(diǎn)有不同的比轉(zhuǎn)數(shù)，為了便於進(jìn)行分析比較，一般把泵與風(fēng)機(jī)全壓效率最高點(diǎn)的比轉(zhuǎn)數(shù)作為該泵與風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)值。一組相似的水泵，它們的最高效率點(diǎn)工況相似，所以比轉(zhuǎn)數(shù)相等。但比轉(zhuǎn)數(shù)相等的泵（或風(fēng)機(jī)）未必相似。實(shí)際計(jì)算公式比轉(zhuǎn)數(shù)的應(yīng)用（1）用比轉(zhuǎn)數(shù)劃分泵（風(fēng)機(jī)）的類型

比轉(zhuǎn)數(shù)大，反映泵與風(fēng)機(jī)的流量大、壓力低；反之，比轉(zhuǎn)數(shù)小，則流量小、壓力高。在設(shè)計(jì)參數(shù)給定時(shí)，可先計(jì)算比轉(zhuǎn)數(shù)，再根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)的大小決定採(cǎi)用哪種類型的泵（風(fēng)機(jī)）。（2）反映葉輪的幾何形狀

比轉(zhuǎn)數(shù)越大，流量係數(shù)越大，葉輪出口相對(duì)寬度b2/D2大；比轉(zhuǎn)數(shù)越小，流量係數(shù)越小，則相應(yīng)葉輪的出口寬度b2/D2就越小。（3）反映性能曲線的特點(diǎn)

比轉(zhuǎn)數(shù)越小，H-Q越平坦，N-Q較陡，效率曲線較平坦。（4）比轉(zhuǎn)數(shù)可用於泵與風(fēng)機(jī)的相似設(shè)計(jì)5.6.4泵與風(fēng)機(jī)的無因次性能曲線當(dāng)幾何相似的兩泵與風(fēng)機(jī)的工況，滿足流量係數(shù)相等和雷諾數(shù)相等的條件時(shí)，全壓係數(shù)、功率係數(shù)與效率必彼此相等。當(dāng)流量係數(shù)、雷諾數(shù)變化時(shí)，全壓係數(shù)、功率係數(shù)與效率將跟著發(fā)生變化。因此，可用下列函數(shù)式表示它們之間的關(guān)係：第6章泵、風(fēng)機(jī)與管網(wǎng)系統(tǒng)的匹配6.1泵、風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點(diǎn)6.2泵、風(fēng)機(jī)的工況調(diào)節(jié)6.3泵、風(fēng)機(jī)的安裝位置6.4泵、風(fēng)機(jī)的選用6.1泵、風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點(diǎn)6.1.1管網(wǎng)特性曲線1.枝狀管網(wǎng)的阻力特性（1）管段的阻力特性（2）枝狀管網(wǎng)的簡(jiǎn)化1）管段串聯(lián)兩個(gè)管路構(gòu)成的回路（或虛擬回路）中，重力作用與輸入的全壓動(dòng)力均為零，則它們處於“水力並聯(lián)”地位，其阻力相等。2）管路“水力並聯(lián)”3）枝狀管網(wǎng)，可經(jīng)過逐次簡(jiǎn)化為一個(gè)管路。（3）枝狀管網(wǎng)的阻力特性（4）管網(wǎng)特性曲線

工程背景：

通風(fēng)空調(diào)氣體管網(wǎng)

機(jī)械循環(huán)采暖管網(wǎng)

室外供熱管網(wǎng)

空調(diào)冷凍水管網(wǎng)

空調(diào)冷卻水管網(wǎng)

（4）管網(wǎng)特性曲線（4）管網(wǎng)特性曲線6.1.2管網(wǎng)特性曲線的影響因素影響管網(wǎng)特性曲線的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，

)6.1.3管網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)泵、風(fēng)機(jī)性能的影響產(chǎn)品樣本給出的某種類型、規(guī)格的泵、風(fēng)機(jī)的性能曲線（或性能參數(shù)表），是根據(jù)某種標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下測(cè)試得到的數(shù)據(jù)整理繪製而成的。在實(shí)際使用中，工作流體的密度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)可能與試驗(yàn)時(shí)不一致，此時(shí)可根據(jù)相似率進(jìn)行性能參數(shù)的換算。由於泵（風(fēng)機(jī)）是在特定管網(wǎng)中工作，其出入口與管網(wǎng)的連接狀況一般與性能試驗(yàn)時(shí)不一致，將導(dǎo)致泵（風(fēng)機(jī)）的性能發(fā)生改變（一般會(huì)下降）。稱為“系統(tǒng)效應(yīng)”。

（1）入口系統(tǒng)效應(yīng)（1）入口系統(tǒng)效應(yīng)（2）出口系統(tǒng)效應(yīng)－系統(tǒng)效應(yīng)管段長(zhǎng)度（2）出口系統(tǒng)效應(yīng)-出口連接彎管（2）出口系統(tǒng)效應(yīng)-系統(tǒng)效應(yīng)曲線風(fēng)速-100fpm(m/s)6.1.4泵、風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點(diǎn)1.泵、風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)點(diǎn)

2.泵、風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū)和非穩(wěn)定工作區(qū)穩(wěn)定工況3.喘振及其防止方法①應(yīng)儘量避免設(shè)備在非穩(wěn)定區(qū)工作；②採(cǎi)用旁通或放空法；③增速節(jié)流法。4.系統(tǒng)效應(yīng)對(duì)工況點(diǎn)的影響通過選擇合理的進(jìn)出口連接方式，可以減小或消除系統(tǒng)效應(yīng)對(duì)泵、風(fēng)機(jī)的性能產(chǎn)生的影響。當(dāng)確實(shí)因?qū)嶋H安裝位置限制等原因?qū)е聼o法避免系統(tǒng)效應(yīng)時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)選用泵（風(fēng)機(jī)）時(shí)將系統(tǒng)效應(yīng)的影響考慮在內(nèi)。

6.1.4管網(wǎng)系統(tǒng)中泵、風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行1.並聯(lián)運(yùn)行分析並聯(lián)時(shí)聯(lián)合運(yùn)行性能曲線的求取方法並聯(lián)運(yùn)行時(shí)每臺(tái)機(jī)器的工作點(diǎn)並聯(lián)運(yùn)行的部分機(jī)器停止工作時(shí)的的工作點(diǎn)並聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn)與適應(yīng)性兩臺(tái)相同的泵或風(fēng)機(jī)的並聯(lián)

注意：管網(wǎng)特性曲線不一定都是如圖所示。多臺(tái)設(shè)備並聯(lián)運(yùn)行;不同性能設(shè)備並聯(lián)的工況分析多臺(tái)設(shè)備並聯(lián)工作的總流量小於並聯(lián)前各設(shè)備單獨(dú)工作的流量之和。並聯(lián)臺(tái)數(shù)增多，每並聯(lián)上一臺(tái)設(shè)備所增加的流量愈小，效果越差。管網(wǎng)特性曲線越陡，並聯(lián)運(yùn)行流量增加越少。設(shè)備性能曲線越陡，並聯(lián)運(yùn)行流量增加越多。並聯(lián)工作：2.泵或風(fēng)機(jī)的串聯(lián)工作串聯(lián)時(shí)聯(lián)合運(yùn)行性能曲線的求取方法串聯(lián)運(yùn)行時(shí)每臺(tái)機(jī)器的工作點(diǎn)串聯(lián)運(yùn)行的部分機(jī)器停止工作時(shí)的的工作點(diǎn)串聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn)與適應(yīng)性串聯(lián)工作：串聯(lián)運(yùn)行的總流量和壓頭都比串聯(lián)前高。表面上看，增加壓頭是串聯(lián)的目的。但最終目的還是為了滿足更大的流量需求：流量大，管網(wǎng)的阻力大，需要更大的動(dòng)力。設(shè)備性能曲線越平坦，越適合串聯(lián)工作。一般應(yīng)採(cǎi)用性能相同的泵串聯(lián)工作；一般風(fēng)機(jī)不直接串聯(lián)工作。性能曲線陡降與平緩的水泵並聯(lián)的比較

陡降型並聯(lián)得到的流量增量：Qc-Qa

平緩型并聯(lián)得到的流量增量：Qb-Qa6.2泵、風(fēng)機(jī)的工況調(diào)節(jié)6.2.1調(diào)節(jié)管網(wǎng)系統(tǒng)特性1.液體管網(wǎng)系統(tǒng)特性調(diào)節(jié)分析：採(cǎi)用增大阻抗減小流量的代價(jià)。2.氣體管網(wǎng)系統(tǒng)特性調(diào)節(jié)吸入管閥門調(diào)節(jié)，改變了風(fēng)機(jī)的性能，B點(diǎn)和B‘點(diǎn)比較，功率減小。6.2.2調(diào)節(jié)泵、風(fēng)機(jī)的性能1.變速調(diào)節(jié)雷諾自模區(qū)內(nèi)，同一泵或風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)數(shù)下的流體流動(dòng)是相似的；即泵或風(fēng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速時(shí)的性能曲線上存在一一對(duì)應(yīng)的相似工況點(diǎn)。在相似工況點(diǎn)之間，存在相似律。

分析：不改變管網(wǎng)，減小轉(zhuǎn)速，將流量從QA調(diào)節(jié)到QB。(a)廣義特性曲線管網(wǎng)的情況（b）狹義特性曲線管網(wǎng)的情況通過以上的分析，可以得出有重要工程意義的結(jié)論：（1）具有狹義管網(wǎng)特性曲線的管網(wǎng)，當(dāng)其特性（總阻抗S）不變時(shí)，泵或風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn)是相似工況點(diǎn)，流量比值與轉(zhuǎn)速比值成正比，壓力比值與轉(zhuǎn)速比值平方成正比，功率比值與轉(zhuǎn)速比值三次方成正比。若變轉(zhuǎn)速的同時(shí)，S值也發(fā)生變化，則不同轉(zhuǎn)速的工況不是相似工況，上述關(guān)係不成立；對(duì)於具有廣義特性曲線的管網(wǎng)，上述關(guān)係亦不成立。（2）用降低轉(zhuǎn)速來調(diào)小流量，節(jié)能效果非常顯著；用增加轉(zhuǎn)速來增大流量，能耗增加劇烈。在理論上可以用增加轉(zhuǎn)數(shù)的方法來提高流量，但是轉(zhuǎn)數(shù)增加後，使葉輪圓周速度增大，因而可能增大振動(dòng)和雜訊，且可能發(fā)生機(jī)械強(qiáng)度和電機(jī)超載問題，所以一般不採(cǎi)用增速方法來調(diào)節(jié)工況。實(shí)際應(yīng)用問題：

（1）不改變管網(wǎng)，減小轉(zhuǎn)速，將流量從QA（對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速n），調(diào)節(jié)到QB，轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？解：求流量為QB時(shí)要求的工況點(diǎn)（B點(diǎn)）；過B點(diǎn)作相似工況曲線，與轉(zhuǎn)速為n時(shí)的性能曲線的交點(diǎn)，是B點(diǎn)的相似工況點(diǎn)；在此兩點(diǎn)間依據(jù)相似律求應(yīng)有的轉(zhuǎn)速。（2）轉(zhuǎn)速n時(shí)流量為QA，不改變管網(wǎng)，轉(zhuǎn)速減小為n’，流量為多少？解：實(shí)際是求轉(zhuǎn)速為n‘時(shí)的水泵（風(fēng)機(jī)）性能曲線。復(fù)習(xí)：已知轉(zhuǎn)速n時(shí)水泵的性能曲線，求轉(zhuǎn)速減小為n’時(shí)的性能曲線。解：在轉(zhuǎn)速n的水泵性能曲線上找若干點(diǎn)。利用相似律，求對(duì)應(yīng)的相似工況點(diǎn)的性能參數(shù)。改變泵或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的方法有：

（1）改變電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)。常用：變頻調(diào)節(jié)（2）調(diào)換皮帶輪。（3）採(cǎi)用液力聯(lián)軸器2.進(jìn)口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)3.切削葉輪調(diào)節(jié)泵或風(fēng)機(jī)的葉輪經(jīng)過切削，外徑改變，其性能隨之改變。泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線改變，則工況點(diǎn)移動(dòng)，系統(tǒng)的流量和壓頭改變，達(dá)到節(jié)能的目的。葉輪經(jīng)過切削與原來葉輪不符合幾何相似條件。切削律：應(yīng)用1：已知水泵葉輪外徑D2時(shí)的性能曲線，求D2‘時(shí)的性能。解：在外徑D2時(shí)的性能曲線上選取若干點(diǎn)，應(yīng)用切削律，計(jì)算外徑為D2’時(shí)對(duì)應(yīng)的各個(gè)點(diǎn)的參數(shù)值，並連成曲線。應(yīng)用2：已知水泵葉輪外徑D2時(shí)的性能曲線和管網(wǎng)特性曲線，水泵輸出流量是Qa，要求通過改變?nèi)~輪直徑，將流量調(diào)整為Qb，求此時(shí)的直徑D2‘。解：1）找到所要求的新的工況點(diǎn)B；2）過新工況點(diǎn)作切削曲線，找到與外徑D2的水泵性能曲線的交點(diǎn)C（或D）；在B點(diǎn)和C點(diǎn)（或D點(diǎn)）之間利用切削律，求出D2‘。注意：切削會(huì)帶來效率下降，對(duì)切削量有限制。比轉(zhuǎn)數(shù)越大，允許切削量越?。皇褂弥型ǔＪ翘峁滋兹~輪經(jīng)過切削的葉輪在需要時(shí)進(jìn)行更換?！纠?－1】已知水泵性能曲線如下圖。管路阻抗S＝76000mH2O/(m3/s)2，靜揚(yáng)程Hst＝19m，轉(zhuǎn)速n＝2900r/min。試求：⑴水泵的流量Q、揚(yáng)程H、效率η及軸功率N；⑵用閥門調(diào)節(jié)方法使流量減少25％，求此時(shí)水泵的流量、揚(yáng)程、軸功率和閥門消耗的功率。⑶用變速調(diào)節(jié)方法使流量減少25％，轉(zhuǎn)速應(yīng)調(diào)至多少？6.3泵與風(fēng)機(jī)的安裝位置6.3.1水泵的氣穴和氣蝕現(xiàn)象引起原因：水泵內(nèi)部低壓區(qū)，液體汽化。後果：引起局部水錘，破壞水泵葉片。避免氣蝕的技術(shù)原理：使水泵內(nèi)部最低點(diǎn)的壓力高於工作溫度下的汽化壓力，且有一定的富餘值。避免氣蝕的技術(shù)手段：控制水泵的距離吸水面安裝高度。6.3.2吸升式水泵的安裝高度在實(shí)際應(yīng)用中，[Hs]的確定應(yīng)注意如下兩點(diǎn)：①當(dāng)泵的流量增加時(shí)，1－1斷面至葉輪進(jìn)口附近的流體流動(dòng)損失和速度頭都增加了，所以[Hs]應(yīng)隨流量增加而有所降低。水泵廠一般在產(chǎn)品樣本中，用Q－Hs曲線來表示該水泵的吸水性能。圖6-3-2為14SA型離心泵的Q－[Hs]曲線。②泵的產(chǎn)品樣本給出的Q－[Hs]曲線是在大氣壓強(qiáng)為10.33mH2O，水溫為20℃的清水條件下試驗(yàn)得出的。當(dāng)泵的使用條件與上述條件不相符時(shí)，應(yīng)對(duì)[Hs]值按下式進(jìn)行修正：

[Hs]′=[Hs]-(10.33-ha)+（0.24-hv）圖6-3-214SA型離心泵Q－〔HS〕曲線

【例6-3】12Sh－19A型離心泵，流量為0.22m3/s時(shí)，由水泵樣本中的