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1、第第3 3章液体输配管网水力特征与水力计算章液体输配管网水力特征与水力计算3.1液体管网水力特征与水力计算液体管网水力特征与水力计算特点特点:水的密度远远大于气体，能量水的密度远远大于气体，能量 方程中的位压方程中的位压转化为转化为闭式液体管网水力特征闭式液体管网水力特征重力循环液体管网的工作原理和作用压力重力循环液体管网的工作原理和作用压力*一、工作原理（如图）一、工作原理（如图）*二、作用压力二、作用压力注意注意:作用力不大，重视排气作用力不大，重视排气重力循环液体管网的水力特征重力循环液体管网的水力特征一、重力循环热水供暖双管系统的的水力特征一、重力循环热水供暖双管系统的的水力特征 如图
2、所示如图所示：该双管系统中两个冷却中心分别：该双管系统中两个冷却中心分别产生的作用压力为：产生的作用压力为：结论结论：u 在双管系统中，由于各层散热器与锅炉的高在双管系统中，由于各层散热器与锅炉的高差不同，形成上层作用压力大，下层压力小差不同，形成上层作用压力大，下层压力小的现象。使流量分配不均，必然要出现的现象。使流量分配不均，必然要出现上热上热下冷下冷的现象。的现象。u 在同一竖向的各层房间出现上、下层冷热不在同一竖向的各层房间出现上、下层冷热不匀的现象，使室温不符合设计要求的温度，匀的现象，使室温不符合设计要求的温度，而通常称作系统而通常称作系统垂直失调垂直失调。u 垂直失调是由于通过各
3、层的垂直失调是由于通过各层的循环作用压力循环作用压力不不同而出现的；层数越多，上下层的作用压力同而出现的；层数越多，上下层的作用压力差值越大，垂直失调就会越严重。差值越大，垂直失调就会越严重。二、重力循环热水供暖单管系统的水力特征二、重力循环热水供暖单管系统的水力特征如图如图所示：所示：该单管系统中热水顺流依次进入多个散热器，两个冷却中该单管系统中热水顺流依次进入多个散热器，两个冷却中心共同产生的作用压力为：心共同产生的作用压力为：各层散热器进出口水温和密度计算：各层散热器进出口水温和密度计算：例如求第二层的出水温度例如求第二层的出水温度t2 ，根据流量平衡根据流量平衡(1)(2)由式由式(1
4、)和式和式(2)相等得相等得:通用公式为通用公式为:结论结论：u 在双管系统中，各层散热器的进出水温度是相同的；在双管系统中，各层散热器的进出水温度是相同的；u 在单管系统中，各层散热器的进出口水温不相同，越在下层，进水在单管系统中，各层散热器的进出口水温不相同，越在下层，进水温度越低。温度越低。u单管系统，由于立管的供水温度不符合设计要求，也会出现垂直失调单管系统，由于立管的供水温度不符合设计要求，也会出现垂直失调现象。现象。u在单管系统垂直失调的原因，不是由于各层作用压力的不同，而是由在单管系统垂直失调的原因，不是由于各层作用压力的不同，而是由于各层散热器的传热系数于各层散热器的传热系数K
5、 K随各层散热器平均计算温度差的变化程度随各层散热器平均计算温度差的变化程度不同而引起的。不同而引起的。总重力循环作用力总重力循环作用力机械循环液体管网的工作原理机械循环液体管网的工作原理特点：特点：系统设置水泵，输入动力，外加附加作用系统设置水泵，输入动力，外加附加作用力，共同克服循环阻力，维持循环流动。力，共同克服循环阻力，维持循环流动。实际工程中因重力作用引起的附加作用力实际工程中因重力作用引起的附加作用力相对于水泵动力较小，可忽略。上式变为：相对于水泵动力较小，可忽略。上式变为：闭式液体管网水力计算闭式液体管网水力计算基本公式与压力损失平衡基本公式与压力损失平衡（1 1）水力计算的基本
6、公式）水力计算的基本公式一、沿程阻力一、沿程阻力其中：室内闭式管网其中：室内闭式管网K=0.2mmK=0.2mm其它管网其它管网K=0.5mmK=0.5mm可采用莫迪公式计算图计算和查取：可采用莫迪公式计算图计算和查取：图图二 局部阻力（2 2）压力损失平衡与不平衡率）压力损失平衡与不平衡率l压力平衡：管网计算压力损失等于作用力压力平衡：管网计算压力损失等于作用力l压力损失不平衡率：压力损失不平衡率：l并联管路压力损失平衡方法并联管路压力损失平衡方法 1 1）确定资用压力）确定资用压力 2 2）确定共用管路的压力损失）确定共用管路的压力损失 3 3）计算独立管路的资用压力）计算独立管路的资用压
7、力 4 4）定独立管路的管径和调节装置，使资用压力与计）定独立管路的管径和调节装置，使资用压力与计算压力相等算压力相等 5 5）计算压力不平衡率，应满足要求）计算压力不平衡率，应满足要求见见p82表表3-1-1液体管网水力计算的主要任务和方法液体管网水力计算的主要任务和方法一、液体管网水力计算的主要任务一、液体管网水力计算的主要任务1、已知流量、已知流量Q和系统作用压力和系统作用压力P，确定管径确定管径D；2、已知流量、已知流量Q和管径和管径D，确定系统作用压力确定系统作用压力P；3、已知流量、已知流量Q，确定管径确定管径D和系统作用压力和系统作用压力P；4、已知管径、已知管径D和管段的允许压
8、力降，和管段的允许压力降，确定流量确定流量Q。二、液体管网水力计算方法二、液体管网水力计算方法1.1.对第一种情况，可预先求出最不利环路和分对第一种情况，可预先求出最不利环路和分支环路的比摩阻，再根据各管段的流量，利支环路的比摩阻，再根据各管段的流量，利用水力计算表，选出最接近的管径，再求出用水力计算表，选出最接近的管径，再求出实际压力损失值实际压力损失值；2.2.用于校核计算，当系统流量改变时，看水泵的扬用于校核计算，当系统流量改变时，看水泵的扬程能否满足要求；程能否满足要求；3.3.用于确定管径用于确定管径D D和水泵的型号，需要用到经济比摩和水泵的型号，需要用到经济比摩阻，一般取阻，一般
9、取60120Pa/m60120Pa/m；4.4.用于校核已有系统某一管段的流通能力。用于校核已有系统某一管段的流通能力。对于热水采暖系统最不利环路和各并联环路之对于热水采暖系统最不利环路和各并联环路之间的计算压力损失相对差额不大于间的计算压力损失相对差额不大于15%15%；最大允许的水流速不大于下列数值：最大允许的水流速不大于下列数值：民用建筑民用建筑1.2m/s1.2m/s；生产厂房的辅助建筑物生产厂房的辅助建筑物2m/s2m/s；生产厂房生产厂房3 3 m/sm/s。(还与管径有关）还与管径有关）重力循环双管系统管路水力计算方法和例题重力循环双管系统管路水力计算方法和例题循环作用压力计算公
10、式为：循环作用压力计算公式为：例题例题3-23-2：确定重力循环双管热水供暖系统管路确定重力循环双管热水供暖系统管路的管径（的管径（如图如图）热媒参数：供水温度）热媒参数：供水温度t tg g9595，回水温度回水温度t th h=70=70。锅炉中心距底层散热器中心。锅炉中心距底层散热器中心距离为距离为3m3m，层高为，层高为3m3m。每组散热器的供水支管。每组散热器的供水支管上有一截止阀。上有一截止阀。返回返回279008.55200330003返回返回继续继续解：1 1选择最不利环路。选择最不利环路。2 2 2 2计算最不利环路的作用压力（包括沿管路冷却产计算最不利环路的作用压力（包括沿
11、管路冷却产 生的作用压力）。生的作用压力）。3 3 3 3确定最不利环路的直径：确定最不利环路的直径：1 1）求单位长度的平均比摩阻）求单位长度的平均比摩阻 2 2）求各管段的流量）求各管段的流量 3 3）由流量和比摩阻查取管径，将查取的）由流量和比摩阻查取管径，将查取的d d、R R、v v、G G列入水力计算表中列入水力计算表中 4 4 4 4 确定沿程阻力确定沿程阻力 5.5.确定局部阻力确定局部阻力 6.6.求各管段的压力损失求各管段的压力损失 7.7.求环路的总压力损失求环路的总压力损失 8 8 8 8计算富裕压力值，应大于计算富裕压力值，应大于10%10%。9 9 9 9 确定通过
12、立管确定通过立管1 1第二层散热器环路中各管段第二层散热器环路中各管段 的管径。的管径。10101010.确定通过立管确定通过立管1 1第三层散热器环路中各管段第三层散热器环路中各管段 的管径。的管径。11 11 11 11.确定通过立管确定通过立管2 2第一层散热器环路中各管段第一层散热器环路中各管段 的管径。的管径。12.12.12.12.依次类推。依次类推。依次类推。依次类推。机械循环室内水系统管路水力计算方法机械循环室内水系统管路水力计算方法 一、异程式系统的水力计算一、异程式系统的水力计算 方法同自然循环管路系统，根据资用压力和平方法同自然循环管路系统，根据资用压力和平均比模阻选管径
13、，但要控制均比模阻选管径，但要控制R Rpjpj=60120Pa/m=60120Pa/m。二、同程式系统的水力计算二、同程式系统的水力计算 通过控制通过控制R Rpjpj=60120Pa/m=60120Pa/m计算计算最远和最近最远和最近立管环路的管径，二者不平衡率应小于立管环路的管径，二者不平衡率应小于15%15%；对不同立管间的不平衡率要小于对不同立管间的不平衡率要小于10%10%。（l l）选择最不利环路，确定各个管段管径及其压力）选择最不利环路，确定各个管段管径及其压力 损失。计算方法与例题损失。计算方法与例题3 32 2相同。相同。（2 2）计算通过最近立管的环路，从而确定出各管段）
14、计算通过最近立管的环路，从而确定出各管段 的管径及其压力损失。的管径及其压力损失。（3 3）求最远立管和最近立管的压力损失不平衡率，）求最远立管和最近立管的压力损失不平衡率，应使其在土应使其在土1515以内。以内。（4 4）计算总压力损失及其他各立管的资用压力值。）计算总压力损失及其他各立管的资用压力值。（5 5）确定其他立管的管径。根据各立管的资用压力）确定其他立管的管径。根据各立管的资用压力 和立管各管段的流量，选用合适的立管管径。和立管各管段的流量，选用合适的立管管径。（6 6）求各立管的不平衡率。不平衡率应在）求各立管的不平衡率。不平衡率应在 10 10 以内。以内。（7 7）计算系统
15、总阻力，获得管网特性曲线，为选水）计算系统总阻力，获得管网特性曲线，为选水 泵作准备。泵作准备。室内热水供暖系统不等温降的水力计算方法室内热水供暖系统不等温降的水力计算方法 1）给定最远立管的温降。一般按设计温降增加给定最远立管的温降。一般按设计温降增加25。由此求出最远立管的计算流量。根据该立管的流由此求出最远立管的计算流量。根据该立管的流量，选用量，选用R（或（或v）值，确定最远立管管径和环路）值，确定最远立管管径和环路末端供、回水干管的管径及相应的压力损失值。末端供、回水干管的管径及相应的压力损失值。2）确定环路最末端的第二根立管的管径。该立管与上确定环路最末端的第二根立管的管径。该立管
16、与上述计算管段为并联管路。根据已知节点的压力损述计算管段为并联管路。根据已知节点的压力损失失P，给定该立管管径，从而确定通过环路最末，给定该立管管径，从而确定通过环路最末端的第二根立管的计算流量及其计算温度降。端的第二根立管的计算流量及其计算温度降。3)按照上述方法，由远至近，依次确定出该环按照上述方法，由远至近，依次确定出该环路上供、回水干管各管段的管径及其相应的路上供、回水干管各管段的管径及其相应的压力损失以及各立管的管径、计算流量和计压力损失以及各立管的管径、计算流量和计算温度降。算温度降。4)系统中有多个分支循环环路时，计算的流量系统中有多个分支循环环路时，计算的流量总和一般都不会等于
17、设计要求的总流量，最总和一般都不会等于设计要求的总流量，最后需要对初步计算出的各循环环路的流量、后需要对初步计算出的各循环环路的流量、温降和压降进行调整。最后确定各立管散热温降和压降进行调整。最后确定各立管散热器所需的面积。器所需的面积。n使用不等温降法的前提条件是散热器的传热使用不等温降法的前提条件是散热器的传热面积可随意调节。面积可随意调节。室外热水供热管网的水力计算室外热水供热管网的水力计算*一、计算任务：一、计算任务：（1 1）按已知的热媒流量，确定管道的直径，计）按已知的热媒流量，确定管道的直径，计算压力损失。算压力损失。（2 2）按已知热媒流量和管道直径，计算管道）按已知热媒流量和
18、管道直径，计算管道的压力损失。的压力损失。（3 3）按已知管道直径和允许压力损失，计算）按已知管道直径和允许压力损失，计算或校核管道中的流量。或校核管道中的流量。二、计算公式二、计算公式 *供热管网主干线的设计平均比摩阻，供热管网主干线的设计平均比摩阻，可取可取4080Pam。例例3-3 某工厂厂区热水供热系统，其网路平面布某工厂厂区热水供热系统，其网路平面布置图（各管段的长度、阀门及方形补偿器的布置）置图（各管段的长度、阀门及方形补偿器的布置）见图见图，网路的计算供水温度，网路的计算供水温度 t1=130度，计算回水度，计算回水温度温度 t2=70度。用户度。用户 E、F、D的设计热负荷的设计热负荷 Qn分别为：分别为：3.518 GJ/h、2.513 GJ/h和和 5.025 GJ/h。热用户内部的阻力为热用户内部的阻力为 P=5 104 Pa。试进行该热水。试进行该热水网路的水力计算。网路的水力计算。解解（1）确定各用户的设计流量）确定各用户的设计流量Gn