流体输配管网置.pptx

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1、课程性质及与其他课程的联系1、专业平台课（专业核心技术基础课）2、以流体力学为主要理论基础；是学习 燃气输配、暖通空调、供热工 程、建筑给排水等专业技术课的核 心基础。3、全国注册公用设备工程师考试科目第1页/共346页课程的学习任务通过各种教学环节，掌握暖通空调工程、城市燃气工程、供热工程、建筑给排水工程、建筑消防工程、工厂动力工程等各类工程中的流体输配管网的基本原理。掌握进行管网系统设计、调试和调节的基本理论和方法，并形成初步的工程实践能力。能够正确应用设计手册和参考资料进行上述管网系统的设计、调试和调节，并为从事其它大型、复杂管网工程的设计和运行管理打下初步基础。第2页/共346页课程的

2、学习方法教师指导和学生自学相结合，以学生自学为主。自学方法：阅读参考书、做习题、观察分析实际管网、做实验。课堂要求：不得干扰老师讲课和其他同学听课。第3页/共346页教材与参考书流体输配管网（第一版）付祥钊 主编 燃气输配（第三版）段常贵 主编工业通风 （第二版）孙一坚 主编供热工程 （第三版）贺平 孙刚 主编暖通空调（第一版）陆亚俊 主编建筑给排水工程（第四版）王增长 主编建筑燃气设计手册（第一版）袁国汀 主编简明供热设计手册（第一版）李岱森 主编简明通风设计手册（第一版）孙一坚 主编简明空调设计手册（第一版）赵荣义 主编第4页/共346页第1章 流体输配管网型式与装置自然界中的流体输配管网

3、：人体呼吸系统血液循环系统植物水分输配系统江河水系工程中的流体输配管网：西气东输南水北调城市供热、给水排水、燃气建筑物采暖、上下水、燃气、空调送排风、空调冷冻水与冷却水工厂通风第5页/共346页1.1 举例认识管网居民楼厨房排烟管网居民楼厨房排烟管网第6页/共346页1、油烟机排烟罩收集烟气2、风 机抽烟和排烟3、单向阀防止烟气倒流4、管 道引导烟气流动路径5、风 帽防止雨水该管网组成与功能分析该管网组成与功能分析第7页/共346页该管网的特点该管网的特点1、流体种类：气体，极少量液体2、管网型式：根据管内流体与环境大气的关系：开式 根据每个支路管道流向的确定性：枝状 根据管道中流体的分流与汇

4、流：汇流第8页/共346页引申：流体输配管网的组成引申：流体输配管网的组成流体的源和汇动力装置调控装置末端装置其他附属设备第9页/共346页西气东输接续天然气管网v该管网的特点：1、按照压力不同分级，不同的场合应用不同 的压力级别。2、城区管网一些管线构 成环状。3、是一个开式管网。4、上下级管网相互影响。第10页/共346页重力循环热水采暖管网1、热源2、膨胀水箱3、散热器4、管道第11页/共346页该管网的特点重力作用形成管网中流体流动的动力。思考：空调冷冻水系统能否依靠自然循环？枝状管网 注意：“闭合”不一定是“环状”闭式管网 同程与异程第12页/共346页1、热源2、疏水器3、散热器4

5、、管道蒸汽采暖管网第13页/共346页该管网的特点介质：汽体、汽液混合、液体 （分析在管网不同位置的流体种类及占主导地位的流体）既有分流，又有汇流枝状管网第14页/共346页气力物料输送管网该管网特点该管网特点气固两相流，固体颗粒是流动的阻碍。风速要求高，流动阻力大，风机的压力要求大。输送距离有限。第15页/共346页热水供热管网系统1、热源2、循环水泵3、补水泵4、压力调节阀5、散热器6、喷射泵7、混合水泵8、热交换器9、用户循环水泵10、膨胀水箱第16页/共346页该管网的特点该管网的特点一级管网 集中供热管网（外网）二级管网 用户采暖管网（内网）两级管网之间的连接方式：直接连接装喷射泵直

6、接连接装混合水泵直接连接装换热器间接连接第17页/共346页不同级管网之间的水力相关不同级管网之间的水力相关性性水力相关性的概念 “水”泛指流体；“水力”指流体流动时的一些力学性质，如压力、速度等。“相关”指上下级管网之间的压力、速度相互影响；“无关”指上下级管网之间压力、速度不相互影响。直接连接的上下级管网是水力相关的，间接连接则水力无关。注意：水力无关的管网“热力相关”。第18页/共346页1.2 小结流体输配管网的基本功能与基本组成基本功能 1、从“源”取得流体，通过管道输送，按照要求将流量分配给用户的末端装置；2、从末端装置处按照要求收集流体，通过管道，将其输送到“汇”。第19页/共3

7、46页末端装置末端装置：从管道中取得一定量的流体，或将一定量的流体送入管道。如：排风罩、散热器、送风口、燃气罩；卫生器具、配水龙头等。管管 道：道：在“源”和“汇”之间，给流体流动以路径，引导流体流动。基本组成基本组成第20页/共346页 动力：动力：来源于来源于“源源”如锅炉；储气罐的压力；上级管网的压力；来源于重力来源于重力 如自然循环热水采暖；建筑排水；来源于机械动力水泵与风机来源于机械动力水泵与风机 机械通风、城市供热、城市给水，应用广泛。基本组成基本组成第21页/共346页调控设备 调节阀、关断阀安全、计量装置 安全阀、报警器、流量计、温度计、压力表等其他装置与设备 膨胀水箱、排气装

8、置、疏水器、过滤器等其他装置其他装置第22页/共346页流体输配管网的分类单相流与多相流管网重力驱动与压力驱动管网开式与闭式管网支状与环状管网异程式管网与同程式管网第23页/共346页多级管网之间的连接方式直接连接水力相关间接连接水力无关第24页/共346页第二章 气体输配管网的水力特征与水力计算重点：重力、压力及重力和压力综合作用的种气体管流的水力特征；流体输配管网水力计算的基本原理、方法及相关概念；环路与环路位压，阻力平衡，动静压的相互转换。第25页/共346页2.1 气体管流的水力特征气体重力管流的水力特征（1 1）竖向开口管道第26页/共346页1-2断面的能量方程：（2-1-1)静压

9、 动压 位压 当1断面和2断面位于位于进口和出口处，这时静压均为0。将出口的动压损失视为出口的一种流动局部阻力，则：(2-1-2)上式表明：流动阻力依靠位压（即重力的作用）克服。流动方向取决于管内外的密度差。以厨房排烟管网为例，当没有开启排风机、且未设防倒流阀，夏季竖井中密度低，室外空气经竖井进入室内；冬季竖井温度高，室内空气进入竖井。第27页/共346页（2）U型管道内的重力流 通过列写断面1-D、断面D-2的能量方程，综合后得到：g（12）（H2H1）=(2-1-5)注意：1)断面1和2分别在进口和出口外，包含了进口阻力损失和出口阻力损失。2)进出口位于相同标高时，流动动力是竖管内的密度差

10、与高差的乘积，与管外大气密度无关。3)流动方向取决于竖管内密度的相对大小。第28页/共346页（3）闭式管道内的重力流具有与进出口断面等高的U型重力流竖管相同的水力特征。第29页/共346页气体压力管流水力特征第30页/共346页第31页/共346页第32页/共346页压力和重力综合作用下的气体管流水力特征 第33页/共346页若压力（P Pq1q1P Pq2q2）驱动的流动方向与位压一致，则二者综合作用加强管内气体流动，若驱动方向相反，则由绝对值大者决定管流方向；绝对值小者实际上成为另加流动阻力。如空调建筑装有排气风机的卫生间排气竖井，冬季在位压的辅助作用下，排气能力明显加强；夏季排气风机除

11、克服竖井的阻力时，还要克服位压，排气能力削弱，尤其是高层建筑。第34页/共346页第35页/共346页2.2 流体输配管网水力计算的基本原理和方法 水力计算：设计计算；校核计算设计计算：根据要求的流量分配，确定管网的各段管径（或断面尺寸）和阻力。对枝状管外，求得管网特性曲线，为匹配管网动力设备准备好条件，进而选择确定动力设备（风机、水泵等）的型号。校核计算：根据已定的动力设备，确定保证流量输配的管道尺寸；或者根据已定的管道尺寸，确定保证流量输配的动力设备。水力计算是流体输配管网设计及其运行质量保证的基本手段。第36页/共346页水力计算的基本理论依据：流体力学一元流动连续性方程、能量方程及串、

12、并联管路流动规律。管网的流动动力等于管网流动总阻力。若干管段串联后的阻力，等于各管段阻力之和；各并联管段的起点（终点）相同，具有相同的压力。不包含动力源的并联管段，阻力应相等。管段阻力是构成管网阻力的基本单元。流体力学已经揭示，管段中的流体流动阻力有两种，一种是摩擦阻力，也称为沿程阻力。另一种是局部阻力。水力计算的基本原理第37页/共346页摩擦阻力计算 第38页/共346页摩擦阻力系数第39页/共346页说 明工程上常根据自身的工程特点，编制相应的计算图表帮助计算。任何计算公式或图表，都有其使用范围，使用时要特别注意。当工程条件与得出公式或图表的条件有差异时，常采用修正的方法。第40页/共3

13、46页局部阻力计算产生原因：流动边界几何形状改变，使流动产生涡旋、流动方向变化，引起能量损失。局部阻力基本计算公式：第41页/共346页局部阻力系数局部阻力处，流动处于阻力平方区。局部阻力系数只与几何形状有关。局部阻力系数与其安装条件（受流动环境的影响）、各部分的几何尺寸有关（如突扩）。同名的局部阻力在不同的场合有不同的阻力系数值。局部阻力系数值通过一般实验获得。局部阻力系数值对应是某断面动压而言的，使用时必须注意。各工程设计手册给出了常用的局部阻力系数。第42页/共346页 常用的水力计算方法 假定流速法压损平均法静压复得法 第43页/共346页假定流速法的特点先按技术经济要求选定管内流速，

14、再结合所需输送的流量，确定管道断面尺寸，进而计算管道阻力,得出需要的作用压力。假定流速法适用于作用压力未知的情况。第44页/共346页假定流速法的基本步骤（1 1）绘制管网轴测图，对各管段进行编号，标出长度和流量，确定最不利环路。（2 2）合理确定最不利环路各管段的管内流体流速。（3 3）根据各管段的流量和确定的流速，确定最不利环路各管段的断面寸。（4 4）计算最不利环路各管段的阻力。（5 5）平衡并联管路。确定并联管路的管径，使各并联管路的计算阻力与各自的资用压力相等，可用压损平均法计算。这是保证流量按要求分配的关键。若并联管路计算阻力与各自的资用压力不相等，在实际运行时，管网会自动调整各并

15、联管路流量，使并联管路的实际流动阻力与各自的资用压力相等。这时各并联管路的流量不是要求的流量。（6 6）计算管网的总阻力，求取管网特性曲线。（7 7）根据管网特性曲线、所要求输送的总流量以及所输送流体的种类、性质等诸因素，综合考虑为管网匹配动力设备（风机、水泵等），确定动力设备所需的参数。第45页/共346页压损平均法的特点将已定的总作用压力，按干管长度平均分配给每一管段，以此确定管段阻力，再根据每一管段的流量确定管道断面尺寸。当管道系统所用的动力设备型号已定，或对分支管路进行阻力平衡计算，此法较为方便。当然，也可按其他技术经济性更好的方法将已定作用压力分配给各管段。第46页/共346页压损平

16、均法的基本步骤 （1 1）绘制管网轴测图，对各管段进行编号，标出长度和流量，确定最不利环路。（2 2）根据确定的最不利环路的资用压力，计算最不利环路单位管长的压力损失。（3 3）根据最不利环路单位管长压力损失和各管段流量，确定其各管段管径。（4 4）确定各并联支路的资用压力，计算单位管长的压力损失。（5 5）根据各并联支路单位管长压力损失和各管段流量，确定其各管段管径。第47页/共346页静压复得法的特点通过调整管道断面尺寸，维持管道在不同断面处的管内静压。送风管道若要求各个风口风量均匀，常用此方法保证要求的风口风速。第48页/共346页静压复得法的基本步骤 第49页/共346页不论采用何种方

17、法，水力计算前必须完成管网系统和设备的布置，确定管道材料及每个管段的流量，然后循着各种方法所要求的步骤进行计算。水力计算中，各种计算公式和基础数据的选取，应遵循相关规范、标准的规定。说 明第50页/共346页通风空调工程气体输配管网水力计算 以通风空调工程的空气输配管网为例，学习开式枝状气体输配管网水力计算的具体方法。设计计算要确定管径和动力大小，主要采用假定流速法。需先完成空气输配管网的布置，确定设备和各送排风点位置的确定；各送排风点要求的风量；管道布置、各管段的输送风量。制作风管的水力计算表格。第51页/共346页确定最不利环路的管内流速和管道断面尺寸 （1 1）绘制风管系统轴测图，并划分

18、管段，对各管段进行编号，标注其长度和设计风量。注：管段：管内流量和管道断面均不变化。管段长度按中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。第52页/共346页图图2-3-2 通风除尘管网轴通风除尘管网轴测图测图 例2-3第53页/共346页（2 2）确定管内流速和管道断面尺寸 管内的流速对通风、空调系统的经济性有较大的影响，对系统的技术条件也有影响。流速高，风管断面小，占用的空间小，材料耗用少，建造费用小；但是系统的阻力大，动力消耗增大，运行费用增加，且增加噪声。若气流中含有粉尘等，会增加设备和管道的磨损。反之，流速低，阻力小，动力消耗少；但是风管断面大，材料和建造费用大，风管占用的

19、空间也增大。流速过低会使粉尘沉积而堵塞管道。因此，必须通过全面的技术经济比较选定合理的流速。根据工程经验，总结出了通风空调工程中风管内较为合理的空气流速。第54页/共346页选定最不利环路，本系统选择1-3-5-除尘器-6-风机-7为最不利环路。解释：环路；最不利环路。根据表2-3-3，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管12m/s、水平风管14m/s。考虑到除尘器及风管漏风（思考？），取5%5%的漏风系数，管段6 6及7 7的计算风量为63001.05=6615m63001.05=6615m3 3/h/h。例2-3第55页/共346页有水平风管，初定流速为14m/s。管径计

20、算：没有这个标准规格，取为d=0.2m=200mm则实际风速为：同理确定出3、5、6、7的管内流速和管径。管内流速和管径：例2-3第56页/共346页 风管摩擦阻力计算 公式计算：对于圆管，4RsD第57页/共346页图表计算制成计算表或线算图。图2-3-1所示的线算图，可供计算管道阻力时使用。只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余的两个参数。该图是按过渡区的值，在压力B0=101.3kPa、温度t0=20、空气密度0=1.204kg/m3、运动粘度0=15.0610-6m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm、圆形风管、气流与管壁间无热交换等条件下得出的。当实际

21、条件与上述条件不相符时，应进行修正。注意：注意：密度、粘度修正；温度、大气压力和热交换修正；壁面粗糙度修正。密度、粘度修正；温度、大气压力和热交换修正；壁面粗糙度修正。第58页/共346页非圆管利用图表引入“当量直径”流速当量直径：假设某一圆形风管中的空气流速与非圆形风管中的空气流速相等，并且两者的单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为此矩形风管的流速当量直径，以Dv表示。根据这一定义,断面为ab的矩形风管的流速当量直径Dv为：第59页/共346页流量当量直径:设某一圆形风管中的空气流量与非圆形风管的空气流量相等，并且单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为非圆形风管的流量当

22、量直径，以DL表示。根据推导，矩形风管的流量当量直径可近似按下式计算。第60页/共346页查图得管段1的比摩阻为12.5Pa/m，填入计算表中，并计算管段的摩擦阻力。同理查得3、5、6、7管段的比摩阻和摩擦阻力填入计算表中。检查是否需要修正。本例无需进行修正。如需修正的情况，在水力计算表中留出填写这些参数的位置。摩擦阻力例2-3第61页/共346页风管局部阻力计算 计算公式：各种管件（弯头、三通等）的局部阻力系数通常查图表确定。查图表时要注意依据的参数值。还要注意对应的特征速度。各种设备的局部阻力或局部阻力系数，由设备生产厂商提供。第62页/共346页局部阻力计算（1）管段1设备密闭罩=1.0

23、（对应接管动压）90弯头（R/D=1.5）一个=0.17直流三通（13）（见图2-3-3）根据F1+F2F3，=30，查得13=0.20=1.0+0.17+0.20=1.37 计算出管段1的局部阻力损失为：147.5Pa。同理计算出3、5、6、7各管段的局部阻力，填入表中。例2-3第63页/共346页各管段的总阻力沿程阻力局部阻力。第64页/共346页并联管路的平衡（1）开式管网的虚拟闭合 引入虚拟管路的概念，将开式管网变为虚拟的闭式管网。虚拟管路是连接开式管网出口和进口的虚设管路，该管路中的流体为开式管网出口和进口高度之间的环境流体，从管网出口流向进口，其水力和热力参数都与环境流体相同，虚拟

24、管路的管径趋于无限大，流动阻力为零。第65页/共346页图2-3-2 虚拟管路与流动环路 例2-3第66页/共346页（2 2）枝状管网的环路、共用管路和独用管路 枝状管网中，管段的流向是唯一的。以管网的源为起点，沿着管路（含虚拟管路），顺着流向（虚拟管路中的流向是从开式管网的真实出口到真实进口）前进，最终必定回到起点。沿途所经过的所有管路（含虚拟管路）构成了枝状管网的一个流动环路。例2-3管网的环路有：1-3-5-6-7-虚拟管路1 （流动环路I）2-3-5-6-7-虚拟管路2 （流动环路II）4-5-6-7-虚拟管路4 （流动环路III）第67页/共346页管段与环路之间的隶属关系有两种情

25、况。其一，共用；其二，独用。若某管路出现在两个及以上的环路中，该管路称为这些环路的共用管路，若管路只出现在某环路中，该管路称为这一环路的独用管路。图2-3-2中，管段1、2、4分别是环路I、II、III的独用管路；管段3为环路I、II的共用管路；管段5、6、7为环路I、II、III的共用管路。第68页/共346页(3)(3)环路动力来源流体力学表明，管网中的流动动力有压力、惯性力和重力3种。在管网工程中，压力称为静压，惯性力称为动压，二者可以互相转换，二者之和称为全压。重力则在不同的工程中有不同的名称，如位压、势压、热压等。第69页/共346页全压的来源与性质来源：来源于风机水泵等流体机械。来

26、源于压力容器。来源于上级管网。性质：在一个位置上提供，沿整个环路中起作用。提供动力的位置在共用管段上，则共用该管路的所有环路都获得相同大小的全压动力。第70页/共346页重力产生的环路动力及其性质重力产生的环路动力是在整个环路上形成的。它作用在整个环路上。各个环路因重力作用产生的环路动力不相同。第71页/共346页（4）环路的需用压力与资用动力环路动力阻力平衡，是流体流动的基本规律。要实现要求的流量输送与分配任务，就必须在设计状态，使管网满足这一规律。如果设计计算的结果不满足这一规律，管网运行时会按照这一规律的要求，改变流动参数，来满足这一规律，这样，就得不到需要的流量。需用压力：第72页/共

27、346页管网需用压力一般按照“最不利环路”来确定管网的需用压力。在有重力作用的情况下，不应只根据管路的长短和局部阻力部件的多少选定最不利环路，而应综合考虑流动阻力和重力作用，选管路长、部件多，重力推动作用小（甚至是阻碍流动）的环路为最不利环路。第73页/共346页环路的资用动力管网的需用压力作用在所有环路的共用管路上，则这些环路得到的全压作用是相同的。各环路的资用动力为：第74页/共346页（5）环路资用动力的分配管网的需用压力由最不利环路确定，因此，任意环路与最不利环路共用的管路上，已完成了资用动力的分配，即这些管路上资用动力与流动阻力平衡。独用管路的资用动力：i环路与性质：最不利环路的共用

28、管段的流动阻力第75页/共346页独用管路的压损平衡共用管路的阻力与资用动力已实现了平衡。要实现设计的流量输配，还要让独用管路的阻力与资用动力相等。在设计中通过对管路几何参数（主要是管道断面尺寸）的调整，改变管内流速，来实现上述要求。第76页/共346页并联管路阻力平衡管路处于并联地位时，若它们各自所在的环路的重力作用形成的动力相等，则这些并联管路的资用动力相等。那么，它们的阻力也应相等。可见，并联管路阻力平衡是压损平衡的特例。在环路的重力作用形成的动力相等时适用。第77页/共346页管段2的压损平衡所在环路II的资用动力：管段2是II环路中不与最不利环路共用的管段，其资用动力：例2-3第78

29、页/共346页管段2的压损平衡按压损平均法：按流量0.22m3/s和比摩阻31.7Pa/m，查线算图，得：取标准规格130mm。查图：速度16.7m/s，局部阻力100.9Pa第79页/共346页管段2的压损平衡在设计流量下的总阻力为256.9Pa；资用动力285Pa；不平衡率：基本符合要求。按相同步骤，对管段4进行压损平衡，确定其管径。第80页/共346页均匀送风管道设计（1）设计原理第81页/共346页均匀送风管道设计原理图2-3-6 从条缝口吹出和吸入的速度分布 第82页/共346页（2）实现管道均匀送风的条件保持各个侧孔静压相等。保持各个侧孔流量系数相等。增大出流角。第83页/共346

30、页注意：增大出流角度除了保证出流量均匀之外，对于送风的作用地点还有重要影响。第84页/共346页（3）均匀送风管道的计算方法采用静压复得法。参见例2-4第85页/共346页室内燃气管网水力计算（1）管段的计算流量根据负责的燃具数目、考虑同时工作系数进行计算。（2）属于可压缩气体，摩阻计算公式有所不同。（3）并联管路无需进行平衡。（？）（4）局部阻力采用当量长度法计算。（5）位压作用不容忽略。第86页/共346页第87页/共346页局部阻力的当量长度第88页/共346页第3章 液体输配管网水力特征与水力计算第89页/共346页基本水力特征任意两个断面之间的能量方程v位压（水柱压力）大。要注意其对

31、于液体管网运行的影响。v空气渗入会严重影响管内的正常流动，要重视“排气”。第90页/共346页闭式液体管网水力特征第91页/共346页重力循环液体管网的工作原理与水力特征忽略管道散热的影响：第92页/共346页起循环作用的是散热器（冷却中心）和锅炉（加热中心）之间的水柱密度差与高差的乘积。如供水温度为95，回水70，则每米高差可产生的作用压力为156 Pa。重力循环的作用压力不大，环路中若积有空气，会形成气塞，阻碍循环。例如在下降的回水管中，有个充满回水管断面，高仅2cm的气泡，就可产生约192Pa的反循环力。因此要特别重视排气。为了排气，系统的供水干管必须有0.51.0%向膨胀水箱方向上坡度

32、，散热器支管的坡度一般取1%。在重力循环系统中，水的流速较低，空气能逆着水流方向，经过供水干管聚集到系统的最高处，通过膨胀水箱排除。第93页/共346页（1）并联管路的水力特征l环路a-S1-b-热源-al环路a-S2-b-热源-a第94页/共346页双管系统的垂直失调当上下层环路的管道、散热器尺寸一致时，必然出现上层的流量大于下层的情况。在供热系统中，称为垂直失调。解决办法：在设计时正确计算不同环路的循环动力，采用不同的管道与设备尺寸及调节措施。第95页/共346页并联管路的阻力与流量分配共用管路是b-热源-a，独用管路a-S1-b和a-S2-b处于并联，它们的阻力分别为：并联的独用管路的阻

33、力等于各自的资用动力。它们之间的流量分配：第96页/共346页（2）串联管路的水力特征环路动力：第97页/共346页各个散热中心处于同一环路，循环动力相同。需要计算从各个散热中心流出的流体的密度。第98页/共346页密度推算tj是第j组散热器出流流体的温度。根据温度，求取各个密度值。第99页/共346页单管系统的垂直失调在串联环路中，各层散热器循环作用压力是同一个，但进出口水温不相同，越在下层，进水 温度越低。由于各层散热器的传热系数K随各层散热器平均计算温度差变化，在选择设备时没有正确考虑这一点，也会带来各个散热器的散热量达不到设计要求。引起垂直失调。第100页/共346页（3）水在管路中沿

34、途冷却的影响上述分析，没有考虑水在管路中沿途冷却的因素。水的温度和密度沿循环环路不断变化，不仅影响各层散热器的进、出口水温，同时也影响到循环动力。由于重力作用形成的循环动力不大，在确定实际循环动力大小时，必须加以考虑。精确计算：必须明确密度沿程变化的关系式。在工程中，采用简化处理。首先只考虑水在散热器内冷却，然后根据不同情况，增加一个考虑水在循环管路中冷却的附加作用压力。它的大小与系统供水管路布置状况、楼层高度、所计算的冷却中心与加热中心之间的水平距离等因素有关。其数值可从采暖设计手册查取。第101页/共346页机械循环液体管网的工作原理与水力特征第102页/共346页闭式液体管网水力计算 液

35、体管网和气体管网在水力计算的主要目的、基本原理和方法上是相同的。只是因为液体的物性参数与气体有显著差别，液体管网的工作参数也与气体管网有一定区别，所以二者水力计算使用的计算公式和技术数据有所不同。第103页/共346页液体管网水力计算的基本公式（1）摩擦阻力：l室内管网，常处于紊流过渡区：l室外管网，常处于阻力平方区：第104页/共346页（2）局部阻力第105页/共346页液体管网水力计算的主要任务和方法 任务（1）：已知管网各管段的流量和循环动力，确定各管段的管径。方法：压损平均法。预先求出管段的平均比摩阻，作为选择管径的控制参数。然后根据各管段流量和Rmp，用公式或图表计算管径，选择接近

36、的标准管径，然后根据流量和选定管径计算阻力损失，并核算资用动力和计算阻力的不平衡率是否满足要求。第106页/共346页任务（2）：已知各管段的流量和管径，确定管网的需要压力。方法：首先计算最不利环路各管段的压力损失，如果不能忽略重力作用，计算重力作用形成的循环动力。按下式确定管网的需用压力：然后计算其他环路的资用压力，用压损平均法对各个环路不与最不利环路共用的各个管段进行压损平衡。第107页/共346页任务（3）：已知各管段的流量，确定各管段的管径和管网的需用压力。方法：首先用假定流速法计算最不利环路。根据管网的技术经济要求，选用经济流速或经济比摩阻，用公式或图表确定管径，计算各个管段的阻力损

37、失，进而确定管网的需用压力。然后计算其他环路的资用压力，用压损平均法对各个环路不与最不利环路共用的各个管段进行压损平衡。第108页/共346页室内采暖管网最大允许的水流速：民用建筑 1.2m/s生产厂房的辅助建筑物 2m/s生产厂房 3m/s。室外供热管网最大允许的水流速：3.5m/s室内供热、空调水管网的经济比摩阻：60120Pa/m.室外供热管网的经济比摩阻：主干线：3070pa/m支线：20m/s)与管壁、管件撞击。尽量汽、水同向流，逆向流时采用低流速；及时排除凝水。系统引入和排除空气 停止运行时，引入空气以排除凝水；开始运行，排除空气。第162页/共346页凝结水回收 重力回水 余压回

38、水 机械回水二次蒸汽利用第163页/共346页室内低压蒸汽供暖管网水力计算（1）蒸汽管路资用动力 锅炉出口（或建筑物采暖管网入口）蒸汽压力。密度：常数。计算方法 压损平均法平均比摩阻 P0一般取2000Pa；Pg较大时，Rm可能很大，可能导致流速过大。这时，控制比摩阻100Pa/m。第164页/共346页计算次序 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 实际采用更低。蒸汽供暖管网的“周期性”和“自调节性”原因：疏水器的作用第165页/共346页（2）凝水管路干凝水管路 非满管流。按负担的热负荷查表确定管径。前提：坡度0.005。湿凝水管路 按负担的热负荷查表确定

39、管径。计算表参考供热工程（第三版）第166页/共346页室内高压蒸汽供暖管网水力计算（1 1）蒸汽管道：l压损平均法 假定流速法 汽、水同向流动时 80m/s 汽、水逆向流动时 0.005，查表选用管径。疏水器以后：余压回水，在室外凝水管网中介绍。第168页/共346页计算公式：同室外供热管网。注意：密度变化。采用图表计算要注意修正：密度；粗糙度。室外蒸汽管网的水力计算 第169页/共346页凝结水管网的水力计算方法 第170页/共346页管段AB 散热设备疏水器。非满管流。前面已在“室内高压蒸汽供暖管网水力计算”中介绍。管段BC 乳状混合物的两相流。要计算混合物的密度。按（4-2-13）（4

40、-2-14）。1）疏水器二次蒸发箱 2）疏水器凝结水箱（沿图中绿色管道路径）对于1），距离较短，按余压凝水管道计算表计算、修正；对于2），按室外热水管网水力计算表计算、修正。局部阻力按百分数估计。第171页/共346页管段CD 饱和凝水。按资用动力确定平均比摩阻，利用室外供热计算表确定管径。管段DE 凝水泵输送凝水，满管流。按流速12m/s，用室外供热计算表确定管径并计算阻力、确定水泵所需扬程。注意修正。第172页/共346页4.3 气固两相流管网水力特征与水力计算气固两相流水力特征（1）物料的沉降速度和悬浮速度 粉状物料与粒状物料，根据不同的雷诺数，可得不同的计算公式。若气体处于静止状态，则

41、vf是颗粒的沉降速度；若颗粒处于悬浮状态，则vf是使颗粒处于悬浮状态的竖直向上的气流速度，称为颗粒的悬浮速度。第173页/共346页（2）气固两相流中物料的运动状态 竖直管道中，要使物料悬浮，所需速度比理论悬浮速度大得多；水平管中，气流速度不是使物料悬浮的直接动力，所需速度更大。输料管内气固两相流的运动状态，随气流速度和料气比的不同而改变：分别呈悬浮流、底密流、疏密流、停滞流、部分流、柱塞流状态。第174页/共346页（3 3）气固两相流的阻力特征 c点是临界状态点，此时颗粒群刚处于完全悬浮状态，阻力最小。临界状态的流速称为临界流速。图4-3-3 两相流阻力与流速的关系第175页/共346页（

42、4）气固两相流管网的主要参数 1）料气比：单位时间内通过管道的物料量与空气量的比值。根据经验，一般低压吸送式系统1=14，低压送式系统1=110，循环式系统1=1左右，高真空吸送式系统1=2070。2）输送风速：可以按悬浮速度的某一倍数来定，一般取2.44.0倍，对大密度粘结性物料取510倍。输送风速也可按临界风速来定，例如砂子等粒状物料，其输送风速为临界风速的1.22.0倍。通常参考经验数据，如表4-3-1。第176页/共346页3）物料速度和速比：气流必须用一部分能量使物料颗粒悬浮，然后再推动颗粒运动，因此，物料速度v1小于输送风速v。物料速度与输送风速之比称为速比。第177页/共346页

43、气固两相流管网水力计算 两相流的阻力看作是单相气流的阻力与物料颗粒引起的附加阻力之和。分别计算：1）喉管或吸嘴的阻力 2）物料的加速阻力 3）物料的悬浮阻力 4）物料的提升阻力 5）管道的摩擦阻力 6）弯管阻力 7）分离器阻力 8）其他部件的阻力 第178页/共346页第5章 泵与风机的理论基础第179页/共346页第180页/共346页第181页/共346页5.1 离心式泵与风机的基本结构离心式风机的基本结构（1）叶轮 前盘、叶片（2）机壳 蜗壳、进风口（3）进气箱（4）前导器（5）扩散器（6）电动机第182页/共346页离心式泵的基本结构（1）叶轮（2）泵壳（3）泵座（4）轴封装置第183

44、页/共346页5.2 离心式泵与风机的工作原理及性能参数离心式泵与风机的工作原理过程：流体受到离心力的作用经叶片被甩出叶轮挤入机（泵）壳流体压强增高排出叶轮中心形成真空外界的流体吸入叶轮不断地输送流体。实质：能量的传递和转化过程。电动机高速旋转的机械能被输送流体的动能和势能。在这个能量的传递和转化过程中，必然伴随着诸多的能量损失，这种损失越大，该泵或风机的性能就越差，工作效率越低。第184页/共346页离心式泵与风机的性能参数（1）流量 Q(m3/s)（2）扬程H/全压 P(mH2O)(Pa)（3）功率：有效功率；轴功率(kW)（4）效率(%)（5）转速 n(r/min)第185页/共346页

45、绝对速度与相对速度、圆周速度5.3离心式泵与风机的基本方程欧拉方程第186页/共346页流体在叶轮中的运动与速度三角形第187页/共346页流体在叶轮中运动的速度三角形第188页/共346页欧拉方程基本假定（1）恒定流（2）不可压缩流（3）叶片数目无限多，厚度无限薄（4）理想流动（无能量损失）第189页/共346页欧拉方程第190页/共346页欧拉方程分析（1）理论扬程HT，单位是输送流体的“流体柱高度”。仅与流体的速度三角形有关，与流动过程无关。（2）流体所获得的理论扬程HT与被输送流体的种类无关。只要叶片进、出口处的速度三角形相同，都可以得到相同的液柱或气柱高度（扬程）。（3）代表的是单位

46、重量流量获得的全部能量，包括压力能和动能。第191页/共346页欧拉方程的修正恒定流不可压缩叶片无限多，无限薄理想流动 K称为环流系数。它说明轴向涡流的影响，有限多叶片比无限多叶片作功小，这并非粘性的缘故，对离心式泵与风机来说，K值一般在0.780.85之间。第192页/共346页 190 时，进口切向分速vu1v1 cos 10。理论扬程将达到最大值。这时流体按径向进入叶片的流道，理论扬程方程式就简化为：为简明起见，将流体运动诸量中用来表示理想条件的下角标“T”去掉：第193页/共346页欧拉方程的物理意义第一项是离心力作功，使流体自进口到出口产生一个向外的压能增量。第二项是由于叶片间流道展

47、宽、相对速度降低而获得的压能增量，它代表叶轮中动能转化为压能的份额。由于相对速度变化不大，故其增量较小。第三项是单位重量流体的动能增量。利用导流器及蜗壳的扩压作用，可取得一部分静压。第194页/共346页5.4泵与风机的损失与效率流动损失与流动效率第195页/共346页5.4泵与风机的损失与效率泄漏损失与泄漏效率 第196页/共346页5.4泵与风机的损失与效率轮阻损失与轮阻效率 第197页/共346页泵与风机的功率与效率有效功率内功率轴功率第198页/共346页第199页/共346页课堂思考题：离心水泵有轴封装置，而离心风机没有，为什么？水泵启动时，为什么要求灌满水？第200页/共346页离

48、心风机的基本机构第201页/共346页叶轮结构形式示意图第202页/共346页叶片结构形式示意图第203页/共346页叶片形状示意图第204页/共346页进风口形式示意图第205页/共346页离心泵的基本机构第206页/共346页离心泵叶轮形式示意图第207页/共346页轴向涡流实验示意图第208页/共346页轴向涡流对流速分布的影响第209页/共346页轴向涡流对流速分布的影响第210页/共346页5.5 性能曲线及叶型对性能的影响泵与风机的性能曲线第211页/共346页理论性能曲线HTQTNTQT分析基础：欧拉方程第212页/共346页HTQT第213页/共346页HTQT第214页/共3

49、46页NTQT第215页/共346页NTQT第216页/共346页（1）叶片的几种形式（2）叶片安装角对压力的影响（3）几种叶片形式的比较叶型对性能的影响第217页/共346页泵与风机的实际性能曲线第218页/共346页离心风机的特性曲线第219页/共346页叶片安装角对压力的影响第220页/共346页叶片安装角对压力的影响第221页/共346页分析扬程与vu2成正比。在其他条件相同时，采用前向叶片的叶轮给出的能量高，后向叶片的最低，而径向叶片的居中。后向叶片型叶轮的vu2较小，全部理论扬程中的动压头成分较少；前向叶型叶轮vu2较大，动压头成分较多而静压头成分减少。第222页/共346页分析动

50、压头成分大，流体在扩压器中的流速大，动静压转换损失较大。在其它条件相同时，前向叶型的泵或风机的总的扬程较大，但它们的损失也大，效率较低。因此，离心式泵全部采用后向叶轮。在大型风机中，为了增加效率和降低噪声水平，也几乎都采用后向叶型。但就中小型风机而论，效率不是主要考率因素，也有采用前向叶型的，这是因为叶轮是前向叶型的风机，在相同的压头下，轮径和外形可以做得较小。根据这个原理，在微型风机中，大都采用前向叶型的多叶叶轮。至于径向叶型叶轮的泵或风机的性能，显然介于两者之间。第223页/共346页（3）几种叶片形式的比较（1）从流体所获得的扬程看，前向叶片最大，径向叶片稍次，后向叶片最小。（2）从效率