2017年7.4管网系统水力工况分析
热网水力工况实验报告
热网水力工况实验报告实验一热网水力工况实验一、了解不同水力工况下供热管网水压图的变化，巩固热水管网水力工况计算的基本原理。
2. 2. 能够绘制各种工况下的水压图。
3．了解和掌握热网水力工况分析方法，验证热网水压图和水力工况的理论。
二、实验原理在室外热水管网中，水的流动状态主要在阻力广场区域。
流体压降与流量和阻抗之间的关系如下：流体压降与流量的关系?p?sv2?h?shv2平行管道流量分配关系V1:V2:V3？液压不平衡x？V变为V正常？1s1？P变压器：1S2？：1s3?h变?h正常?p正常式中?p――管网计算管段的压力降，pa；? H——管网计算管段水头损失，mh2o；3V——管网计算的管段水流量，M/h；s――管路计算管段的阻力数，pa/(m3/h)2；sh――管路计算管段的阻力数，mh2o/(m3/h)2；V——改变工况后每个用户的流量，m3/h；v正常―正常工况下各用户的流量m3/h；?p变?h变，―工况变化后各用户资用压力；?p正常?h正常，―正常工况下各用户的资用压力；三、实验设备和仪器1、测压玻璃管2、阀门3、管网（以细水管代替暖气片）4、锅炉（模型）5、循环水泵6、补给水箱7、稳压罐8、膨胀水箱9、转子流量计图1热网水力工况试验台示意图1四、实验步骤1。
运行初始调整先打开系统中的手动放气阀，然后启动水泵。
待系统充满水，膨胀水箱水位到达所需的定压高度后，关闭阀门l，保持水箱水位稳定。
调节供水干管和各支管（代表用户）的阀门，使各节点之间有适当的压差，待系统稳定后记录各点的压力和流量，并依此绘制正常工况水压图。
2．节流总阀门慢慢关闭主供应管上的主阀a。
系统稳定后，记录新工况下各点的压力和水流量，绘制新的水压图，并与正常水压图进行比较。
3.节流给水干管中间阀将总阀a恢复原状，使水压图变回正常工况，不一定强求与原来的正常水压图完全吻合，待系统稳定后，记录下各点的压力和水流量。
慢慢关闭中间阀C。
管网水力分析与优化设计
管网水力分析与优化设计随着城市化进程不断加速，城市的规模越来越庞大，城市水资源供应和排放变得越来越复杂。
为保证城市正常生活和企业生产，水利局和水务企业在管网建设和运行过程中需要进行管网水力分析和优化设计。
本文将会从两个角度分别探讨管网水力分析和优化设计的方法。
一、管网水力分析1.基本概念管网水力分析是指对供水或排水管网系统进行的流量、压力、速度等水力特性分析。
管网水力分析通常分为稳态分析和暂态分析两种。
2.稳态分析稳态分析是指在供水管网中，管道内的流量、速度都相对稳定而不会发生突发变化的状态下，对管网进行的水力分析。
稳态分析的主要目的是确定稳态下的各个水力参数，以满足保证用户需求的前提下，节约水资源的使用，减少管道维护成本等目的。
3.暂态分析暂态分析是指管网中管道内发生突发变化的瞬时状态下，对管网进行的水力分析。
暂态分析通常发生在供水管网水源开关、管道断裂、阀门关闭等突发情况下。
暂态分析的主要目的是确定突发变化后管网内各个点的水力特性，以保证水源或排放口的正常运行。
4.水力计算方法在进行管网水力分析的时候，可以采用数学模型计算水力特性。
比如说，可以采用节点分析法进行稳态计算，采用模拟物理法进行暂态计算。
采用数学模型计算水力特性，需要建立管网的模型，确定节点的数量、管段的长度、直径、介质粘度、摩擦系数等参数，以此进行计算分析。
二、管网优化设计1.基本概念管网优化设计是指在满足管网基本功能的前提下，通过改变管径、优化管网布局、提高水源供水压力等措施，使得管网在各种复杂条件下，保证供水管道流量足够、阻力最小，达到节约水资源、降低能耗、提高系统可靠性等目的的设计方法。
2.管径优化管径是指管道截面内的净面积。
管径优化是指通过调整管径大小，使得管网的每个节点流量均衡，达到最低阻力的线路流量平衡，从而达到优化管网的效果。
管径优化的目的是减少管道维修频次、管道能源利用效率更高，并且减少管道材料的使用等方面。
3.管网布局优化管网布局优化是指通过调整管道的布局，改进布局方案，使得管道的架设更加合理，符合实际使用条件，达到节约水资源，降低能耗，提高管道可靠性等目的的优化设计。
管网系统水力工况分析
■ 作用：直观地表达管路中液体压力的分布状况
■ 确定管道中任何一点的压力值:(Hpi－Zi); ■ 表示出各管段的压力损失值； ■当液体管路中各处的速度差别不大,动压差与管段
近似 简化
1~2的水头损失ΔH1－2相比可忽略,则
P1
g
Z1
• 进入叶轮高压区的汽泡,被四周水压压迫而破裂； • 流体冲向破裂的汽泡中心,产生强烈的局部水锤现象； • 瞬间的局部压力达到1MPa以上,汽泡破裂时产生炸裂
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吸入管中压力的变化分析
第二节 管网系统压力分布
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2.液体吸入式管网的压力分布特性 第二节 管网系统压力分布
■ 吸入管中压力的计算
液体自由表面与1－1断面的能量方程：
Pa
P1
H ss
12
2g
hs
(1)
液体自由表面与叶片入口稍前处0－0断面的能量方程：
Pa
P0
H ss
C
2 0
2g
hs
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二.管网的压力分布图
第二节 管网系统压力分布
通风管路的压力分布图
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2.气体管网压力分布图
第二节 管网系统压力分布
通风系统的压力分布图的绘制方法和步骤
■ 以大气压力为基准线0－0 ■ 计算各节点的全压值、动压值和静压值 ■ 将各点的全压在纵轴上以同比例标在图上，0－0线
以下为负值,连接各个全压点可得到全压分布曲线. ■ 将各点的全压减去该点的动压,同时可绘出静压分布
C02 12
2g Hv
W02
2g
K点压力 下降值
返回
第二节 管网系统压力分布
枝状管网水力工况分析与调节PPT学习教案
第49页/共50页
讲述枝状管网水力工况分析的原理和调节方法。
第1页/共50页
7.1 管网系统压力分布
7.1.1管流能量方程及压头表达式
1.液体管流能量方程及压头表
达式Z1
P1 g
v21 2g
Z2
P2 g
v22 2g
H12
H12
(Z1
P1
g
v12 2g
)
(Z2
P2
g
v22 2g
)
H12
(Z1
P1 g
)
(Z2
P2 g
1.热水网路压力状况的基本技术 要求
（1）不超压。 （2）不汽化。 （3）不倒空。 （4）不吸气。 （5）满足采暖第12用页/共5户0页 的连接的要
求。
热网水压图设计
作位置图，定基准面，标注房屋 标高等。
定静水压线。
绘制回水管动水压线。
绘制供水管动水压线。
确定循环水泵的扬程。
确定用户的连接方式。
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常用定压方式：
1.高位水箱定压方式 2.补给水泵定压方式 a.补给水泵连续补水定压方式 b.补给水泵间歇补水定压方式 3.气体定压
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补 给 水 泵 连 续补水 定压方 式示意 图
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补给水泵间歇补水定压方式示意图
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第22页/共50页
枝状管网水力工况分析与调节
会计学
1
管网的水力工况指管网的流量和压力分布状况。 在管网中，流量的大小影响管段的压力损失——影 响管网的压力分布状况。 管网的压力分布反映流体的流动状况，决定管网中 的流量分配。 在管网运行时，对流量分配有定量的要求，还要求 流体的压力在合适的范围内。 对管网的水力工况进行分析具有重要的意义。本章
热网水力工况实验报告
热网水力工况实验报告和英文 800字中文热网水力工况实验的目的是模拟在高温热网系统中热力学和流体力学过程全面地考察温度场、流场和在实验室计算机上所建模型研究热网运动流体与真空交换过程，从而得出热损失大小、温度分布、压力特性、电流偏差特性并可以模拟高温热网系统高效运行情况。
该实验重点检测热网水力工况状况，确定温度及其分布、质量耗散因素、比热容以及传热特性。
实验过程分为准备阶段、初始化阶段、样品加热阶段、热网内部温度测量阶段、热网模拟运行阶段以及实验结果分析阶段。
在实验准备阶段，首先分析选定实验样品，根据样品形状、材料性质及金属烘箱大小等参数，确定烘箱加热温度与温度变化曲线。
然后，在初始化阶段需要确定样品的大小、厚度以及温度计安装位置，修改温度计的温度范围和量程。
样品加热阶段，采用热箱将悬浮温度依次升高，以实现不同的温度梯度、以及温度场波动。
然后是测量阶段，在此时得到样品表面到内部温度分布情况，绘制出实际温度场分布图像，与最初模拟计算出来的温度场图像进行比对验证。
在热网模拟运行阶段，需要反复测量内部温度分布、控制环境温度等参数，然后增加热网流量，观察内部温度分布变化情况，监测温度边界层压力损失，测量实际热力学特性及热损失。
实验结果分析阶段，将运行参数与温度分布曲线进行比对，包括外表面温度与热量蒸发速率、温度场廓线与质量耗散因素，从而判断结构的热稳定性，并记录实验用原始数据进行有效性检验，验证模型准确性。
通过热网水力工况实验，可以获得热网实际运行情况，及时调整热网内部参数使其符合现实需求，保证高效运行。
EnglishThe purpose of the hot-wire hydraulic condition experiment is to comprehensively investigate the temperature field, flow field, and modelstudied on the laboratory computer in the high-temperature hot-wire system, so as to obtain the size of heat loss, temperature distribution, pressurecharacteristics, current deviation characteristics and high-temperature hot-wire System efficient operation situation.In the sample heating stage, the suspended temperature is raised step by step by using a furnace to achieve different temperature gradients and temperature field oscillations.。
管网系统水力工况分析
水管动水
力>系统的充水高度.
压线？
选定供水管动水压线的位置：
任一点都不出现气化
什么是供 水管动水 压线？
限制供水管动水压线的最低位置: 资用压头满足循环压头
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水压图的绘制及水压分析的方法 ■ 例题分析
• 用户系统1: 低温系统、楼高17m
• 用户系统2: 低温系统、楼高30m
• 用户系统3: 高温系统、楼高17m
FR段供水干管的压力 低于大气压力，就会 吸入空气或发生水的 汽化，影响系统的正 常运行
机械循环热水供暖系统中，应将膨胀 水箱的膨胀管连接在循环水泵吸入侧 的回水感管上；
自然循环热水采暖系统中，循环作用 压头小，水平供水干管的压力损失只 占一部分，膨胀水箱连接在供水干管 上。
二.管网的压力分布图
为避免发生气蚀现象，应该使泵内液体的最低压
强Pmin>液体在该温度时的气化压强PV ，
即
Pmin>PV ， Pmin=Pk .
■ 气蚀余量计算式：
P1
2 1
2g
PV
P
P
[h] hmin 0.3 0.3
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第二节 管网系统压力分布
2.液体吸入式管网的压力分布特性
综述：
■ 液体吸入式管路的压力分布要求对泵吸入口能够形
C02 12
2g Hv
W02
2g
K点压力 下降值
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第二节 管网系统压力分布
2.液体吸入式管网的压力分布特性
■ 气穴和气蚀的产生 ■ 泵中最低压力Pk如果降低到被吸液体工作温度下的饱和
蒸汽压力Pva时,泵壳内即发生气穴和气蚀现象.
■ 什么是气穴？
• Pk≤Pva时,液体就大量汽化,气体逸出,形成汽泡；
供热工程10.2 热水网路水力工况分析和计算
第二节热水网路水力工况分析和计算根据上述水力工况计算的基本原理，就可分析和计算热水网路的流量分配，研究它的水力失调状况。
对于整个网路系统来说，各热用户的水力失调状况是多种多样的。
当网路中各热用户的水力失调度x 都大于1(或都小于1)时，称为一致失调。
一致失调又可分为等比失调和不等比失调。
所有热用户的水力失调度x 值都相等的水力失调状况，称为等比失调。
热用户的水力失调度x 值不相等的水力失调状况，称为不等比失调。
当网路中各热用户的水力失调度有的大于1，有的小于1时，则为不一致失调。
当网路各管段和各热用户阻力数已知时，也可以用求出各用户占总流量的比例方法，来分析网路水力工况变化的规律。
如一热水网路系统有几个用户，如图10-2所示。
干线各管段的阻抗以I S 、II S …n S 表示；支线与用户的阻抗以1S 、2S …n S 表示。
网络总流量为V ，用户流量以1V 、2V 、3V …n V 表示。
利用总阻抗的概念，用户1处的AA P ∆，可用下式确定21211V S V S P n AA -==∆（10-10）式中n S -1——热用户1分支点的网路总阻抗。
由（10-10），可得出用户1占总流量的比例，即相对流量比1V 1111/S S V V V n-==（10-11）依次类推，可以得出第m 个用户的相对流量比为n n nm n n S S S S S S V -----⋅⋅⋅⋅⋅⋅==M 11m 21m m V V （10-12）由式（10-12）可以得到如下结论：(1)各用户的相对流量比仅取决于网路各管段和用户的阻力数，而与网路流量无关。
(2)第d个用户与第m个用户(m>d)之间的流量比,仅取决于用户d和用户d 以后(按水流动方向)各管段和用户的阻力数，而与用户d以前各管段和用户的阻力数无关。
下面再以几种常见的水力工况变化情况为例，根据上述的基本原理，并利用水压图，定性地分析水力失调的规律性。
热网水力工况实验总结报告
热网水力工况实验总结报告姓名：班级：学号：一、实验目的使用热网水力工况模型实验装置进行几种水力工况变化的实验，能直接了解热水网路水压的变化情况，巩固热水网路水力工况计算的基本原理。
掌握水力工况分析方法、验证热水网路水压图和水力工况的理论。
二、实验装置如图1所示。
图1设备简图设备由管道、阀门、流量计、稳压罐、模拟锅炉、水泵等组成，用来模拟由5个用户组成的热水网路。
上半部有高位水箱和安装在一块垂直木版上的12根玻璃管，玻璃管的顶端与大气相通，玻璃管下端用胶管与网路分支点相接，用来测量热网用户连接点处的供水干管的测压管水头(谁压曲线高度)。
每组用户的两支玻璃管间附有标尺以便读出各点压力。
三、实验步骤阀门操作见系统图。
1、平常水压图。
启动水泵缓慢打开阀A和a阀门，水由水泵经锅炉、稳压罐后，一部分进入供水干管、用户、回水管；另一部分进入高位水箱，待系统充满水，打开B阀的同时关闭A阀，保持水箱稳定，调节各阀门，以增加或减少管段的阻力，使各节点之间有适当的压差，待系统稳定后，记录各点的压力和流量，并以此绘正常水压图。
图2 系统图2、关小供水干管中阀门1时的水压图将阀门1关小些，这时热网中总流量将减少，供水干管与回干管的水速降低，单位长度的压力降减少，因此水压图比正常工况时平坦些，在阀门1处压力突然降低，阀门1以前的用户，由于支路水头增加，流量都有所增加，越接近阀门1的用户增加越多，阀1以后各用户的流量将减少，减少的比例相同。
即所谓一致等比失调，记录各点压力、流量。
绘制新水压图与正常的进行比较，并记录各用户流量的变化程度。
3、关闭E 用户时的水压图将阀1恢复原状，各点压力一般不会恢复到原来读数位置，不一定强求符合原来正常水压图。
关闭阀门2，记录新水压图各点的压力、流量。
4、关小阀门3时的水压图将阀门2恢复到原来的位置，把阀门3关小，记录新水压图各点的压力、流量。
5、阀门3恢复到原来的位置打开阀门4，关闭阀门5，观察网路各点的压力变化情况。
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3、水力失调对管网系统的不利影响
•水力失调，流量分配不满足要求； •水力失调→ 热力失调，不能满足使用要求； •可能导致事故 例如：流量过小；压力分布变化，可能超压等。 如锅炉循环系统中水冷壁管路流量分配不均，使部分管束水流 停滞有可能发生爆管事故。
4
▪4、管网的水力稳定性
•水力稳定性－管网中各个管段或用户，在其它管段或用户 的流量改变时，保持自身流量不变的能力。
6
7
8
图解法或计算法定泵在管网系统中的工作状态点
•根据串、并联管段阻抗计算方法，逐步算出整个管网的总阻 抗Szh 值，利用图解法或计算法，结合泵（风机）特性曲线 P=f(Q)确定工作点：
图解法
计算法
P Ps＋ t SzhQ2
P f Q
＝a＋bQ＋cQ2
P、Q
9
定量地算出管网正常水力工况改变后的流量再分配，计算步骤：
其分支线
SⅠ
SⅡ
SⅢ
SM
SN
V
A
B
C
1
S1
A
2
S2
B
3
S3
CБайду номын сангаас
m
Sm M
n Sn
N
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计算各个用户的相对流量比
用户1占总流量的比例： Q1
Q1 Q
S1（ n 公式7 - 4 -10） S1
用户2占总流量的比例： Q 2
Q2 Q
S1n.S2（ n 公式7 - 4 -13） S 2 .SⅡn
Qm
Qm Q
SⅢ
SM
SN
V
A
B
C
1
S1
A
2
S2
B
3
S3
C
m
Sm M
n Sn
N
S1、S2、S3…Sn支线各管路的阻 抗，管网总流量为Q，用户流量
Q1、Q2、Q3…Qn
12
2.管网系统水力工况分析方法
用户1处的△PAA： △PAA=S1Q12=S1-nQ2， S1-n热用户1分支点的管网总阻抗
SⅠ
SⅡ
SⅢ
SM
SN
－如果所有的xi>1或<1，称为一致失 调
等比失调：所有xi相等 不等比失调
－反之，称为不一致失调
2
▪2、产生水力失调的原因
水力失调有多种原因，归纳起来有三个方面： （1）动力源（泵、风机、重力等）提供的能量与设计不符
→ 管网中压头和流量偏离设计值； （2）管网的流动阻力特性发生变化，即管网阻抗Si的变化； （3）管网系统设计偏差，管网水力特性不符合分配设计量 的要求。
一个带有5个热用户的供热管网，假定各热用户的流量已调整到规定 的数值。如果改变阀门A、B、C的开启度，管网中各热用户将产生水 力失调。同时，水压图也将发生变化。图中实线表示初始状态，虚线表 示调节后的状态。
19
工况变化后的定性分析
（1）循环水泵出口阀门节流，阀门A节流时的水力工况 图7-4-3b A
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▪2、管网系统水力工况分析方法
•已知管段和用户的阻抗Si时，一般可以用各用户流量占总流 量的比例来分析管网水力工况变化的规律。
以一个供热管网为例。管网总 流量Q，用户流量Q1、Q2…Qn 管段和用户的阻抗如图所示。
11
▪2.管网系统水力工况分析方法
SⅠ、SⅡ、SⅢ…SN干线各管路的阻抗
SⅠ
SⅡ
▪1、水力工况分析的基本原理
•水力工况：指管网某一流动状态下与之对应的阻力特性、 压力和流量的表达。
•三者的关系为
Pi SiQi2
•各个管段特性的总和构成了管网的特性
n
串联：Sch Si
总阻抗 并联： 1
i 1 n
1
Sb
i1 Si
串联：Qch Qi
流量
并联：Q1 : Q2
1: S1
1 S2
P260（1）根据正常水力工况下的流量和压降，求出管网
各管段和用户系统的阻抗；
（2）根据管网中管段的连接方式，利用求串联和并联管 段总阻抗的计算公式，逐步求出正常水力工况改变后整
个系统的总阻抗； （3）利用图解法和计算法求出新的工作点；
（4）顺次按并联管段流量分配的计算方法分配流量，求 出管网各管段及各用户在正常工况改变后的流量。
21
工况变化后的定性分析
C （3）用户阀门C关闭，图7-4-3d图
图中虚线表示初始 状态，实线表示调 节后的状态。
V
A
B
C
1
S1
A
2
S2
B
3
S3
C
m
Sm M
n Sn
N
13
△PAA=S1Q12=S1-nQ2 △PBB=S2Q22=S2-n (Q－Q1 )2 △PAA=S1Q12=S1-nQ2 =（SⅡ＋S2-n）（Q-Q1)2= SⅡ-n（Q-Q1)2
SⅡ-n =（SⅡ＋ S2-n）热用户 1之后的管网 总阻抗，不 包括用户1及
图中虚线表示初始状态， 实线表示调节后的状态。
管网的Szh↑、Qzh↓,循环水泵的扬程略有增加。管 网产生一致的等比失调。
20
工况变化后的定性分析
（2）干管上阀门B节流，图7-4-3 C图 B
图中虚线表示初 始状态，实线表 示调节后的状态。
管网的Szh↑、 Qzh↓,B后用户产生一致的等比失调， B前用户产生不等比的一致失调。
Qm Q7 S5n S6n S7n S4 Qd Q4 SVn SVI n SVIIn S7
➢(3)供热系统的任一区段阻力特性发生变化，则位于该管段 之后的各管段流量成一致等比失调。（增加一点）
16
工况变化后的定性分析
•以几种常见的水力工况变化为例，根据上述基本原理，利 用水压图，定性地分析水力失调的规律性：
•表达式：
y Qg Q max
1 x max
设计流量 工况变动后可能达到的最大流量（其它阀门关闭）
工况变动后可能出现的最大水力失调度
•在管网系统的设计中，应考虑采取措施降低可能发生的水 力失调度，运行中对用户流量调整时，其它各管段和用户 的流量尽量稳定在原有的水平上。
5
7.4.2 管网系统水力工况的分析方法
S1n S2n S3n Smn Sm SⅡn SⅢn SM n
第m个用户的 相对流量比
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•结论：
（1）各用户的相对流量比仅取决于管网各管段和用户的阻 抗,而与管网流量无关。 （2）第d个用户与第m个用户（m>d）之间的流量比, 仅 取决于用户d和用户d以后（按水流动方向）各管段和用户 的阻抗， 而与用户d以前各管段和用户的阻抗无关。 假设设d = 4，m =7，得到：
7.4 管网系统水力工况分析
管网的水力工况 －管网的阻力特征、流量和压力分布状况。
1
7.4.1 管网水力失调与水力稳定性
▪1、水力失调的概念
•水力失调－由于多种原因，管网中某些管段的流量分配与 设计流量不一致，称为水力失调。
•水力失调的程度用水力失调度来表示：
xi
Qsi Qgi
实际流量 设计流量
•水力失调状况