13《供热工程》第十三课 蒸汽供热系统管网的水力计算与水力工况
高压蒸汽供暖系统水力计算课件
运行状态监测
压力监测
通过计算，确定各管段压力损失， 监测系统压力是否稳定，保证供 暖效果。
流量监测
根据流量计数据，实时监测系统 流量变化，确保流量稳定且满足
需求。
温度监测
通过温度传感器，监测供暖水的 进出口温度，确保供暖效果良好。
故障诊断与排除
异常流量诊断
当系统流量出现异常时，通过水力计算分析原因， 如管路堵塞、阀门故障等。
优化系统设计
准确的水力计算有助于优化高压蒸汽供暖系统的设计，确保系统的 稳定性和可靠性。
保障安全运行
合理的水力计算能够确保系统在各种工况下的安全运行，降低事故 风险。
未来发展方向与挑战
技术创新
随着科技的不断进步，高压蒸 汽供暖系统水力计算技术将不 断创新和完善，提高计算的准
确性和效率。
智能化发展
借助人工智能和大数据技术， 实现高压蒸汽供暖系统水力计 算的智能化，提高计算的自动 化程度。
表示流体在流动过程中机械能守恒的 方程，常用于计算流体在管道中的压 强和流速。
表示流体在明渠中流动时水力半径、 流速和流量之间关系的公式，常用于 计算渠道的流量。
达西-威斯巴赫公式
表示流体在圆管中流动时摩擦阻力的 计算公式，常用于计算管道中的流动 阻力。
03
高蒸汽供暖系的水 力算
计算流程
选择计算方法
根据实际情况选择适合的计算 方法，如欧拉方程、纳尔逊流 量公式等。
建立数学模型
根据选择的计算方法建立数学 模型，进行计算。
确定计算目的
明确水力计算的目的是为了设 计、改造还是优化高压蒸汽供 暖系统。
确定计算参数
确定管道长度、管径、蒸汽流 量、蒸汽压力等参数。
热水热力管网的水力计算
热水管网的水力计算是在完成热水供应系统布置，绘出热水管网系统图及选定加热设备后进行的。
水力计算的目的是：计算第一循环管网（热媒管网）的管径和相应的水头损失；计算第二循环管网（配水管网和回水管网）的设计秒流量、循环流量、管径和水头损失；确定循环方式，选用热水管网所需的各种设备及附件，如循环水泵、疏水器、膨胀设施等。
第一循环管网的水力计算：1.热媒为热水：以热水为热媒时，热媒流量G按公式（8-8）计算。
热媒循环管路中的配、回水管道，其管径应根据热媒流量G、热水管道允许流速，通过查热水管道水力计算表确定，并据此计算出管路的总水头损失Hh。
热水管道的流速，宜按表8-45选用。
当锅炉与水加热器或贮水器连接时，如图8-12所示：热媒管网的热水自然循环压力值Hzr按式（8-35）计算：式中：Hzr—热水自然循环压力，Pa；Δh—锅炉中心与水加热器内盘管中心或贮水器中心垂直高度，m；ｐ1—锅炉出水的密度，kg/m3；ｐ2—水加热器或贮水器的出水密度，kg/m3。
当Hzr＞Hh时，可形成自然循环，为保证运行可靠一般要求（8-36）：当Hzr不满足上式的要求时，则应采用机械循环方式，依靠循环水泵强制循环。
循环水泵的流量和扬程应比理论计算值略大一些，以确保可靠循环。
2.热媒为高压蒸汽：以高压蒸汽为热媒时，热媒流量G按公式（8-6）或（8-7）确定。
热媒蒸汽管道一般按管道的允许流速和相应的比压降确定管径和水头损失。
高压蒸汽管道的常用流速见表8-13。
确定热媒蒸汽管道管径后，还应合理确定凝水管管径。
第二循环管网的水力计算：1.配水管网的水力计算配水管网水力计算的目的主要是根据各配水管段的设计秒流量和允许流速值来确定配水管网的管径，并计算其水头损失值。
（1）热水配水管网的设计秒流量可按生活给水（冷水系统）设计秒流量公式计算。
（2）卫生器具热水给水额定流量、当量、支管管径和最低工作压力同给水规定。
（3）热水管道的流速，宜按表8-12选用。
供热工程热水网络的水力计算及水压图课件
• 供热工程热水网络概述 • 水力计算的基本原理与方法 • 热水网络的水压图绘制 • 热水网络的水力计算实例 • 热水网络的水压图实例分析 • 热水网络的维护与管理
01
供热工程热水网络概述
CHAPTER
热水网络的定义与特点
定义 特点
热水网络的重要性及应用
步骤
行水压图的绘制，如CAD、 Excel等。
01
02
1. 收集管网相关数据，包括管
网的拓扑结构、管径、长度、
高程等。
03
2. 根据管网数据建立管网的数
学模型，包括节点方程和管道
方程。
04
3. 利用计算机软件进行管网的
水力计算，求解制水压图，
将节点压力和管道阻力以图形
热水网络的日常维护
01
02
定期检查
清洗与保养
03 阀门与附件检查
热水网络的故障诊断与处理
故障识别
诊断方法
修复措施
热水网络的节能减排措施
优化调度
根据用热需求，合理调 度供热机组，降低能耗。
保温措施
废热回收
智能化控制
对热水管网进行保温处 理，减少热量损失。
利用技术手段回收废热， 提高能源利用效率。
重要性
应用
热水网络广泛应用于住宅、商业、工 业等领域，提供热水供应和采暖服务， 满足生产和生活的需要。
热水网络的发展历程与趋势
发展历程
发展趋势
02
水力计算的基本原理与 方法
CHAPTER
水力计算的定义与目的
定义
目的
水力计算的基本原理
伯努利方程
水在流动过程中，由于流速的变化， 会产生水头损失。伯努利方程是描述 水流中任意两点的压力、速度和位置 之间的关系。
《供热工程》chp13
s
m
2
3．水力计算要用“试算法”
某一段管网：
4．最大允许流速
①饱和蒸汽
DN 200mm, 60m / s
DN
200mm,
35m
/
s
②过热蒸汽
DN 200mm, 80m / s DN 200mm, 50m / s
二．计算步骤（以饱和蒸汽为例）
管网平面图：已知用户
热负荷和用汽参数，供
《供热工程》
（11） 安徽工业大学 工商学院
建筑环境与设备工程 张治
Chp13. 蒸汽供热系统管网的水力计算
§13.1 蒸汽管网的水力计算
一．蒸汽供热系统管网
1．组成
蒸汽网路 凝水网路
2．流态
低压：过渡区
高压：过渡区
阻力平方区
对于室内蒸汽管路来说，系统中的密度 假定不变，整
个系统中一样。
3．水力计算方法
阻力计算：P＝Rl
v2
2
或
P
R（l
ld）
凝水管：经验法
二．水力计算的基本公式
总阻力：P＝Rl Pj
1．沿程阻力计算
R
6.88 103
K
0.25
Gt 2
d 5.25
利用书后附录——水力计算表进行计算。
水力计算表的造表条件：K 0.2mm ， 1.0Kg / m3
①K值不同的修正：
Rsh
( Ksh )0.25 Kbi
式中，P4 ——分站凝水箱内压力，Pa； P5 ——总站凝水箱内压力，Pa。
§13.4 凝结水管网的水力计算例题
例1：
例2：
Rbi
② 值不同的修正
Vsh
( bi sh
供热管网水力平衡计算及分析
供热管网水力平衡计算及分析1 问题的提出中南建筑设计院西区(生活区)集中低温热水采暖系统于1991年完成设计及施工，并于当年年底投入运行。
系统运行至今已有十年，大大改善了我院职工的生活条件。
但该热水采暖系统自运行之初起，就存在着热力失衡问题。
后随着用户的增加，管网作用半径的增大，随着燃煤蒸汽锅炉、汽-水换热器、热水循环泵运行效率的降低，也随着采暖系统阀件及沿程管道性能的弱化，采暖系统运行效率降低，热力失衡问题越来越严重，具体表现在管网末端用户的采暖效果越来越差。
为配合我院沿街开发的形势，院西区两栋临街多层住宅拆除，由于采暖用户(以下均指单栋或单元建筑)减少采暖外网须相应调整，此举可部分程度缓解采暖系统效果恶化情况，但热力管网水力失衡问题尚未得到解决。
2 管网水力计算及平衡分析基于上述原因，我们对院西区采暖热网进行水力计算及分析，拟采取水力平衡阀等技术措施对该采暖热网进行水力平衡，以期改善西区整体采暖效果。
2.1 计算条件已知条件(1)外网各环路管段管径及沿程长度，各单位采暖设计热负荷及总设计热负荷。
各环路用户采暖热负荷说“表1”表一1,34,7北大28单29单幼儿幼儿用户名称单元单元单元单元单元板元元园南园北热负荷126.1 126.1 160.0 51.0 33.6 44.1 38.0 70.7 70.7 78.2 (kw) 续表一3334357,1011,14中南海15,21用户名称 23户中单单元单元单元单元单元单元热负荷(kw) 55.7 60.9 60.9 155.8 184.7 184.7 527.6 115.0(2)各环路用户室采暖水系统所需资用压头，由各单体采暖设计图纸及资料获得，参见“表四”及“表五”中“用户所需资用压头”项。
假定条件:(1)由于锅炉及换热器效率的降低，根据该系统运行经验采暖供水最高温度为80?，最大供回水温差15,18?。
采暖供回水温度取80/60?。
(2)由于系统运行多年外管内壁粗糙度增大，外管内壁粗糙度取K=0.5mm。
蒸汽供热管和凝结水管路的水力计算
供热蒸汽管路和凝结水管路水力计算（一）供热管网水力计算的基本原理蒸汽供热系统的管网由供汽管网和凝结水回收管网组成。
蒸汽供热系统管网水力计算的主要任务主要有以下三类：（1）按已知的热媒（蒸汽或凝结水）流量和压力损失，确定管道的直径。
（2）按已知热媒流量和管道直径，计算管道的压力损失，确定管路各进出口处的压力。
当供汽管路输送过热蒸汽时，还应计算用户入口处的蒸汽温度。
（3）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。
根据水力计算的结果，不仅能分别确定蒸汽供热系统的管径、流量、压力以及温度，还可进一步确定汽源的压力和温度、凝结水回收系统的型式以及凝结水泵的扬程等。
本指导书主要阐述水力计算的基本原理、凝结水管网的水力工况、上述第一类计算的基本方法、基本步骤及典型计算示例。
至于上述第二类和第三类计算，由于与第一类计算原理相同、方法相似，因此未作详细说明。
1. 供热管网水力计算的基本公式在管路的水力计算中，通常把管路中流体流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。
任何一个供热系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段组成的。
当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与管壁间存在摩擦，因而造成能量损失，使压力降低，这种能量损失称为沿程损失，以符号“Δp y ”表示；而当流体流过管道的一些附件（如阀门、弯头、三通、散热器等）时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要损失能量使压力降低，这种能量损失称为局部损失，以符号“Δp j ”表示。
因此，管路中每一计算管段的压力损失，都可用下式表示：Δp = Δp y +Δp j = Rl + Δp j Pa (2—1)式中:Δp —— 计算管段的压力损失，Pa ；Δp y —— 计算管段的沿程损失，Pa ；Δp j —— 计算管段的局部损失，Pa ；R —— 每米管长的沿程损失，又称为比摩阻，Pa/m ；L —— 管段长度，m 。
比摩阻可用流体力学的达西·维斯巴赫公式进行计算：22v d R ρλ= Pa/m (2—2)式中：λ —— 管段的摩擦阻力系数；d —— 管子内径，m ；v —— 热媒在管道内的流速，m/s ；ρ—— 热媒的密度，kg/m 3。
《供热工程》第十三课蒸汽供热系统管网的水力计算与水力工况PPT优选版
湖南科技大学能源与安全学院 成剑林
第一节 蒸汽网路水力计算的基本公式
• 蒸汽供热系统的管网由蒸汽网路和凝结 水网路两部分组成。
• 热水网路水力计算的基本公式对蒸汽网 路同样适用的。
R6.88103K0.25 Gt2
d5.25
d
0.387
K G 0.0478 0.331 t R 0.19
lshd K K s b h i 0.25lbid 0 0..2 5 0.25lbid1.26lbid
m
第二节 蒸汽网路水力计算方法
• 在进行蒸汽网路水力计算前，应根据供 热管网总平面图绘制蒸汽网路水力计算 草图。图上注明各热用户的计算热负荷 （或者计算流量）、蒸汽的参数，各管 段长度、阀门、补偿器等管道附件。
Pa / m
蒸汽与凝水在管内形成的两相流动现象有多种形式：有乳状混合、汽水分层或水膜等多种形态。
第一节 蒸汽网路水力计算的基本公式
• 蒸汽管道的局部阻力系数通常用当 量长度表示：
ld
d9.1d1.25
K0.25
m
第一节 蒸汽网路水力计算的基本公式
• 因K值不同，需要对室外蒸汽管道局 部阻力当量长度值进行修正。
3.进行主干线管段的水力计算；
pj
s
m
2
kg / m 3
蒸汽网路水力计算步骤与方法
4.根据该管段假设的蒸汽平均密度和平均 比摩阻值，将此R值换算为蒸汽管路水 力计算表条件下的平均比摩阻值。
Rbipj pj Rpj
蒸汽网路水力计算步骤与方法
5.根据计算管段的计算流量和水力计算表 如两者相等或者相差很小则该管段的水力计算过程结束。
Pa / m
供热热网的水力计算
住宅无生活用水设备，只对公共建筑供热水时
2.5~3.0
全部住宅有浴盆并供给生活热水时
15~20
注：1.冷水温度较高时用较小值，冷水温度较低时用较大值。
2.热指标中已包括了约10%的管网热损失。
课题1 集中供热系统方案的确定
ห้องสมุดไป่ตู้）生活热水最大热负荷
Qrmax KQrp
式中 Qrmax——生活热水最大热负荷，kW；
N
Qn,a ——采暖年耗热量，按不同式子计算时，单位分别为kWh/a或GJ/a；
Qn ——采暖设计热负荷，kW；
N ——采暖期天数，d；
ttn ——采暖室内计算温度，℃； pj ——供暖期室外平均温度，℃；
twn ——采暖室外计算温度，℃；
0.0864——公式化简和单位换算后的数值（0.0864=24×3600×10-6）。
课题1 集中供热系统方案的确定
9.1.1.4生产工艺热负荷 生产工艺热负荷是指为了满足生产过程中用于加热、烘干、
蒸煮、清洗、熔化等过程的用热，或作为动力用于驱动机 械设备（蒸汽锤、蒸汽泵等）工作的耗汽。 集中供热系统中，生产工艺热负荷的用热参数，按照工艺 要求热媒温度的不同，大致可分为三种： 供热温度在130~150℃以下称为低温供热，一般靠 0.4~0.6MPa蒸汽供热； 供热温度在130~150℃以上到250℃以下时，称为中温供热。 供热温度高于250~300℃时，称为高温供热。
蒸汽供热管路和凝结水管路的水力计算
供热蒸汽管路和凝结水管路水力计算（一）供热管网水力计算的基本原理蒸汽供热系统的管网由供汽管网和凝结水回收管网组成。
蒸汽供热系统管网水力计算的主要任务主要有以下三类：（1）按已知的热媒（蒸汽或凝结水）流量和压力损失，确定管道的直径。
（2）按已知热媒流量和管道直径，计算管道的压力损失，确定管路各进出口处的压力。
当供汽管路输送过热蒸汽时，还应计算用户入口处的蒸汽温度。
（3）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。
根据水力计算的结果，不仅能分别确定蒸汽供热系统的管径、流量、压力以及温度，还可进一步确定汽源的压力和温度、凝结水回收系统的型式以及凝结水泵的扬程等。
本指导书主要阐述水力计算的基本原理、凝结水管网的水力工况、上述第一类计算的基本方法、基本步骤及典型计算示例。
至于上述第二类和第三类计算，由于与第一类计算原理相同、方法相似，因此未作详细说明。
1. 供热管网水力计算的基本公式在管路的水力计算中，通常把管路中流体流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。
任何一个供热系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段组成的。
当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与管壁间存在摩擦，因而造成能量损失，使压力降低，这种能量损失称为沿程损失，以符号“Δp y ”表示；而当流体流过管道的一些附件（如阀门、弯头、三通、散热器等）时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要损失能量使压力降低，这种能量损失称为局部损失，以符号“Δp j ”表示。
因此，管路中每一计算管段的压力损失，都可用下式表示：Δp = Δp y +Δp j = Rl + Δp j Pa (2—1)式中:Δp —— 计算管段的压力损失，Pa ；Δp y —— 计算管段的沿程损失，Pa ；Δp j —— 计算管段的局部损失，Pa ；R —— 每米管长的沿程损失，又称为比摩阻，Pa/m ；L —— 管段长度，m 。
比摩阻可用流体力学的达西·维斯巴赫公式进行计算：22v d R ρλ= Pa/m (2—2)式中：λ —— 管段的摩擦阻力系数；d —— 管子内径，m ；v —— 热媒在管道内的流速，m/s ；ρ—— 热媒的密度，kg/m 3。
供热工程室内热水供暖系统的水力计算课件
和管径都没有改变的一段管子称为一个计
算管段。任何一个热水供暖系统的管路都 供热工程室内热水供暖系统的水力 计算课件
二、当量局部阻力法和当量长度法
在实际工程设计中，为了简化计算，也 有采用所谓“当量局部阻力法”或“当量长 度法”进行管路的水力计算。
当量局部阻力法(动压头法) 当量局部阻 力法的基本原理是将管段的沿程损失转变为 局部损失来计算。
GI
I Gl
GII (1
I )G供l 热工程室内热水供暖系统的水力
计算课件
在垂直式顺流系统中，散热器单侧连接时， 1.0；散 热器双侧连接，当两侧支管管径及其长度都相等时，
0.5 ；当两侧支管管径及其长度不相等时，两侧散热 器的进流系数就不相等。
影响两侧散热器之间水流量分配的因素主要有两 个：
计算课件
例题4-2计算步骤 1．在轴测图上，与例题4-1相同，进行管段编
号，立管编号并注明各管段的热负荷和管长 2．确定最不利环路。本系统为异程式单管系统，
一般取最远立管的环路作为最不利环路 3．计算最不利环路各管段的管径
推荐平均比摩阻 Rpj 60 120 Pa m 来确定最不利环路各管
段的管径，
供热工程室内热水供暖系统的水力 计算课件
4、对机械循环双管系统，一根立管上的各层 散热器是并联关系，水在各层散热器冷却所 形成的重力循环作用压力不相等，在进行各 立管散热器并联环路的水力计算时，应计算 各层自然循环的作用压差，不可忽略。 5、对机械循环单管系统，如建筑物各部分层 数相同时，每根立管所产生的重力循环作用 压力近似相等，可忽略不计；如建筑物各部 分层数不同时，高度和各层热负荷分配比不 同，各立管环路之间所产生的重力循环作用 压力不相等，在计算各立管之间并联环路的 压降不平衡率时，应将其重力循环作用压力 的差额计算在内。重力循环作用压力可按设 计工况下的最大值的2／3计算(约相应于采暖 平均水温下的作用压力值)。 供热工程室内热水供暖系统的水力
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蒸汽网路水力计算步骤与方法
1.根据各热用户的计算流量，确定蒸汽网 路各管段的计算流量
G ' A Q '
t/h
r
蒸汽网路水力计算步骤与方法
2.确定蒸汽网路主干线和平均比摩阻； • 主干线是从热源到某一热用户的平均比
摩阻最小的一条管线。 • 主干线的平均比摩阻为：
Rpj
l
P
1 j
Pa / m
蒸汽网路水力计算步骤与方法
二、管段BC
从疏水器出口到二次蒸发箱 （或高位水箱）或凝水箱入口 的管段。
凝水在该管道流动由于不可避 免的通过疏水器时形成的二次 蒸汽和疏水器漏汽，该管段凝 水流动状态属于两相流的流动 状况。
蒸汽与凝水在管内形成的两相 流动现象有多种形式：有乳状 混合、汽水分层或水膜等多种 形态。
三、管段CD
Rbipj pj Rpj
蒸汽网路水力计算步骤与方法
6.根据该管段假设的平均密度将从水力计 算表中得出的比摩阻Rbi值和vbi值换算 为在ρpj条件下的实际比摩阻和流速
Rsh
1
pj
Rbi
vsh
1
pj
vbi
蒸汽网路水力计算步骤与方法
7.按所选的管径计算管段的局部阻力总当 量长度ld，并计算该管段的实际压力降
从二次蒸发器（或高位水箱） 出口到凝水箱的管段。
管中流动的凝水是P3压力的饱 和凝水，如管中压降过大凝水 仍有可能汽化。
谢谢大家 请批评指正！
3.进行主干线管段的水力计算；
pj
s
m
2
kg / m 3
蒸汽网路水力计算步骤与方法
4.根据该管段假设的蒸汽平均密度和平均 比摩阻值，将此R值换算为蒸汽管路水 力计算表条件下的平均比摩阻值。
Rbipj pj Rpj
蒸汽网路水力计算步骤与方法
5.根据计算管段的计算流量和水力计算表 条件下得出的Rbipj值，按水力计算表 选择蒸汽管道直径d、比摩阻Rbi和蒸汽 在管道内的流速vbi。
10.蒸汽管道分支线的水力计算。
第三节 凝结水管网的水力工况和水力计算
包括各种流动状况的凝 结水回收系统示意图
一、管段AB
由用热设备出口至疏水器入 口的管段。
该管段的凝结水流动状态属 于非满管流。
疏水器的布置应低于用热设 备，凝水向下沿不小于0.005 的坡度流向疏水器。
水力计算根据凝水管段所担 负的热负荷确定这种干式凝 水管的管径。
第一节 蒸汽网路水力计算的基本公式
• 因K值不同，需要对室外蒸汽管道局 部阻力当量长度值进行修正。
lshd K K s b h i 0.25lbid 0 0..2 5 0.25lbid1.26lbid
m
第二节 蒸汽网路水力计算方法
• 在进行蒸汽网路水力计算前，应根据供 热管网总平面图绘制蒸汽网路水力计算 草图。图上注明各热用户的计算热负荷 （或者计算流量）、蒸汽的参数，各管 段长度、阀门、补偿器等管道附件。
PshRshlld
8.根据该管段的始段压力和实际末端压力 确定该管段的蒸汽的实际密度
' pj
s m'
2Leabharlann 蒸汽网路水力计算步骤与方法
9.演算该管段的实际平均密度与院假设的 蒸汽平均密度是否相等。如两者相等或 者相差很小则该管段的水力计算过程结 束。如两者相差较大，则需要重新假设 平均密度，然后按同一计算步骤和方法 进行计算直到两者相等或相差很小为止。