蒸汽管网水力热力耦合计算方法
蒸汽管路计算公式
9.1蒸汽网路系统一、蒸汽网路水力计算的基本公式计算蒸汽管道的沿程压力损失时，流量、管径与比摩阻三者的关系式如下R = 6.88×10-3×K0.25×(G t2/ρd5.25)，Pa/m （9-1）d = 0.387×[K0.0476G t0.381/ (ρR)0.19]，m （9-2）Gt = 12.06×[(ρR)0.5×d2.625 / K0.125]，t/h （9-3）式中 R ——每米管长的沿程压力损失（比摩阻），Pa/m ；G t ——管段的蒸汽质量流量，t/h；d ——管道的内径，m；K ——蒸汽管道的当量绝对粗糙度，m，取K=0.2mm=2×10-4 m；ρ ——管段中蒸汽的密度，Kg/m3。
为了简化蒸汽管道水力计算过程，通常也是利用计算图或表格进行计算。
附录9-1给出了蒸汽管道水力计算表。
二、蒸汽网路水力计算特点1、热媒参数沿途变化较大蒸汽供热过程中沿途蒸汽压力P下降，蒸汽温度T下降，导致蒸汽密度变化较大。
2、ρ值改变时，对V、R值进行的修正在蒸汽网路水力计算中，由于网路长，蒸汽在管道流动过程中的密度变化大，因此必须对密度ρ的变化予以修正计算。
如计算管段的蒸汽密度ρsh与计算采用的水力计算表中的密度ρbi 不相同，则应按下式对附表中查出的流速和比摩阻进行修正。
v sh = ( ρbi / ρsh) · v bi m/s （9-4）R sh= ( ρbi / ρsh) · R bi Pa/m （9-5）式中符号代表的意义同热水网路的水力计算。
3、K值改变时，对R、L d值进行的修正（1）对比摩阻的修正、当蒸汽管道的当量绝对粗糙度K sh与计算采用的蒸汽水力计算表中的K bi=0.2mm不符时，同样按下式进行修正：R sh=(K sh / K bi)0.25 · R bi Pa/m （9-6）式中符号代表意义同热水网路的水力计算。
蒸汽管道水力计算算例
p1 p 2 6 。根据式 6.3.3-3 计算临界比容比 c ，介质为干饱和蒸汽，绝热指数 k 取
这里需要指出的是，加入孔板后，管道的主要流速降到 40m/s，管道末端的流速依然很高， 为 240m/s。该算例仅仅为了说明计算过程，实际应用中还需要根据流速要求重新进行设计 计算。
Ho ts on
孔板能起到“憋压”的作用，及孔板上游的管道压降较小，流速较低，下游相应的变化量较 大。因此，孔板通常安装于管道靠后位置。这里，暂定需要将管道的流速限制在 40m/s（应 指的是上游的管道） 。由于上游的介质压力变化不大，介质比容按管道始端比容取值。则可 求得管道的质量流量为 2.424kg/s，即 8726.4kg/h，质量流速 1234.568 kg/m2s，相应的动压力 按式 6.1.9-2 计算，求得动压为 24691.32Pa。按式 6.2.4 计算上游的压损，由于管道上游占主 要长度，总阻力系数取 4，求得压损为 98765.28Pa，则孔板前压力为 5901235Pa，压损与管 道始端的压力比为 0.0165，小于 0.1，因此按式 6.2.4 计算的压降可以接受，无需进行修正。
Ho ts on
临界流速（见式 6.3.3-4 或 6.3.3-5） ，原文中式 6.3.3-5 根号里面多了 2，是错误的。将以下若
干计算式整理后，可以导出临界流量的便捷计算式 m
kp c c ，根据以上的结果可以
求得临界质量流速为 5431.565kg/m2s ，由管道的内径求得临界质量流量为 10.66kg/s ，即 38.393t/h。管道末端的流速即临界流速为 456.79m/s，管道始端的流速为 175.9m/s，流速远 高于 30~50m/s 范围，因此考虑加入限流孔板Байду номын сангаас制管道的流速。
《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
第4章 供热管网的水力计算
11
4.2 管网系统压力分布
4.2.1管流能量方程及压头表达式
12
2 p2 Z 2 g
2 2
p1 Z1 g
2
p12
2 p1 12 p2 2 H Z1 Z2 H12 g 2g g 2g
4.2.2管网的压力分布图
总水压线与测压管 水头线
12
4.2.2管网的压力分布图
利用水压图分析热水供热（暖）系统中管路的水力工况时，以下几方面
是很重要的
： （1）利用水压曲线，可以确定管道中任何一点的 压力（压头）值。 （2）利用水压曲线，可表示出各段的压力损失值。 （3）根据水压曲线的坡度，可以确定管段的单位 管长的平均压降的大小 （4）由于热水管路系统是一个水力连通器，
水管网的水力计算。
27
4.1.1.2热水管网局部损失 局部损失的当量长度ιd
Pj
d
2
2
d1.25 ld 9.1 0.25 K
K lsh.d sh K bi
0.25
修正 ： 估算 ：ld=αj· l
热介质
蒸汽 热水、凝结水 套管及波形补偿器 0.3~0.4 0.2~0.3
23
4.3.2 蒸汽供热管网水力计算步骤与例题
【例题4-3】如下图所示，试进行蒸汽管网水
力计算。已知热源为1MPa表压的饱和蒸汽， 各用户用汽参数及管网构造注于图中。
24
4.4凝结水管网水力计算
4.4.1凝结水回收系统
分类：
凝结水回收系统按其是否与大气相通，可分为开
式凝结水回收系统和闭式凝结水回收系统。 按凝结水流动形式不同分为，单相凝水满管流、 非满管流和蒸汽与凝结水两相混合物流动形式 按驱动凝结水流动的动力不同，可分为机械回水、 重力回水和余压回水
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。
2-8-1-2室内高压蒸汽供暖系统的水力计算方法
项目二 室内蒸汽供暖工程施工 模块八：室内蒸汽供暖系统的水力计算单元1 蒸汽供暖系统的水力计算方法2-8-1-2室内高压蒸汽供暖系统的水力计算方法1.高压蒸汽管路的水力计算方法高压蒸汽管路水力计算的任务同样是选择管径和计算压力损失。
其水力计算原理与低压蒸汽管路相同，沿途蒸汽量的变化和蒸汽密度的变化同样可以忽略不计。
高压蒸汽管路内蒸汽的流动状态属于紊流过渡区或阻力平方区，管壁的绝对粗糙度K 值在设计中仍采用0.2mm 。
在有关的设计手册中，室内高压蒸汽供暖系统的水力计算表，是按不同蒸汽表压力（200kPa 、300kPa 、400kPa 三种）制定的。
室内高压蒸汽管路的局部压力损失通常用当量长度法计算，蒸汽管路的管件、阀件等的局部阻力当量长度l d 可查阅有关设计手册确定。
高压蒸汽供暖系统蒸汽管路的水力计算方法有：平均比摩阻法和限制流速法。
（1)平均比摩阻法：为了便于各并联管路之间阻力的平衡，增加疏水器后的余压以利于凝水顺利回流，在工程设计中规定：室内高压蒸汽供暖系统最不利管路的总压力损失不宜超过系统始端压力的1/4。
平均比摩阻可按下式计算R pj = Lp ∑α41 (6-1-2)式中 α——沿程损失占总损失的百分数，查附录17，高压蒸汽供暖系统α=80%；p ——蒸汽供暖系统的始端压力（Pa ）； ΣL ——最不利管路的总长度（m ）。
（2)限制流速法 如果高压蒸汽供暖系统始端压力较高，留有足够的余压后，作用在蒸汽管路上的压力仍然较高，管中的流速会比较大，为了避免水击和噪音，便于排除蒸汽管路中的凝水。
《供暖通风与空气调节设计规范》规定，高压蒸汽供暖系统最大允许流速，汽水同向流动时不应超过80m/s ；汽水逆向流动时不应超过60m/s 。
在工程设计中可以采用常用的流速确定管径并计算其压力损失。
为了使系统节点压力不会相差很大以保证系统正常运行，最不利管路的推荐流速一般比最大允许流速低很多，通常推荐采用v=15～40m/s （小管径取低值）。
蒸汽采暖系统水力计算
蒸汽采暖系统水力计算蒸汽采暖系统水力计算是指通过对管道网络、阀门、泵等元件进行分析和计算，确定流体在管道中的压力和流量分配，以保证系统能够正常运行。
水力计算是蒸汽采暖系统设计中的重要环节，也是保证系统效率和安全性的关键。
以下是蒸汽采暖系统水力计算的详细解释：1. 管网分析：首先需要对管道系统进行分析，确定管道直径、长度、材质等参数，并绘制出管道网络图。
通过管道网络图可以明确管道的路径以及各个分支的长度和管径，为后续的水力计算提供基础数据。
2. 流量计算：流量是蒸汽采暖系统设计的关键参数之一，也是水力计算的核心内容。
流量的计算需要考虑系统的热负荷、热传递系数、温差、流速等因素，并且需要根据实际情况进行修正，保证计算结果的准确性。
3. 压力计算：蒸汽采暖系统中，压力是保证系统正常运行的关键因素之一。
压力计算需要考虑管道长度、管径、阀门、泵等元件的压力损失情况，以及系统的设计压力，通过计算确定系统各点的压力分布和管网的工作压力范围。
4. 泵选型：泵是蒸汽采暖系统的主要动力设备，泵的选型需要考虑系统的热负荷、流量、压力等因素，并且需要根据实际情况进行修正。
在选型过程中还需要考虑泵的效率、可靠性、维护成本等因素。
5. 阀门选型：阀门在蒸汽采暖系统中起到了调节流量和控制压力的作用，阀门的选型需要根据系统的热负荷、流量、压力等参数进行综合考虑，并且需要根据实际情况进行修正。
在选型过程中还需要考虑阀门的材质、密封性、可靠性等因素。
总之，蒸汽采暖系统水力计算是系统设计的重要环节，通过对管道网络、阀门、泵等元件进行综合分析和计算，保证系统能够正常运行，提高系统的效率和安全性。
蒸汽管网水力热力联合计算数学模型及应用方法的研究
２００６年１０月第１０期总第３９４期Ｏｃｔ．２００６Ｎｏ．１０ＳｅｒｉａｌＮｏ．３９４水运工程Ｐｏｒｔ＆ＷａｔｅｒｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ收稿日期：２００６－０９－１９作者简介：孙玉宝（１９８０－），男，工学硕士，助理工程师，研究方向为供热、燃气输配及港口工程节能。
在工业生产及民用采暖中较常用到水蒸气，如在建设油码头时，由于石油凝固点较高，因而冬季可以利用蒸汽对石油加热；对于工业用蒸汽较多的城区，为节省投资可以将蒸汽用作民用采暖。
目前，对铺设的输送蒸汽的管网进行设计和运行调节计算时，往往只进行水力计算［１］，对热力计算考虑较少，给蒸汽管网的计算带来了较大误差。
蒸汽管网的水力和热力工况是通过密度、定蒸汽管网水力热力联合计算数学模型及应用方法的研究孙玉宝（中交水运规划设计院，北京１００００７）摘要：利用连续性方程、动量方程和状态方程建立了蒸汽稳定流动数学模型，并简化求解得出了压降计算公式，建立了蒸汽管网水力热力联合计算数学模型，通过反复迭代校正管段流量、管段平均密度和定压比热容的方式，使水力和热力计算吻合在一起，采用管网热力模型与管网水力模型相联系的节点方程法求解节点温度与节点压力。
蒸汽管网水力和热力联合计算的方法，提高了计算精度，基于ＶＣ＋＋６．０编程工具编制了蒸汽管网水力热力计算分析系统，实现了管网计算的界面化操作。
并以实际蒸汽供热管网为例，对管网的水力、热力工况进行了全面的计算，计算结果与实际运行结果比较表明，该方法可以用于指导工程实践。
关键词：蒸汽管网；水力计算；热力计算；节点法；数学模型中图分类号：ＴＵ８３２．１文献标识码：Ａ文章编号：１００２－４９７２（２００６）１０－０２４２－０５ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭｏｄｅｌ＆ＭｅｔｈｏｄｏｆＳｔｅａｍＮｅｔｗｏｒｋｓ′ＨｙｄｒａｕｌｉｃａｎｄＨｅａｔｉｎｇＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎＳＵＮＹｕ－ｂａｏ（ＣｈｉｎａＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＰｌａｎｎｉｎｇ＆ＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＷａｔｅｒＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００００７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ，ｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｍｏｔｉｏｎ＆ｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅ，ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｓｔｅａｍｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅｆｌｏｗｉｓｂｕｉｌｔ，ａｎｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｔｏｓｏｌｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｌｏｓｓｆｏｒｍｕｌａ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｃｏｕｐｌｉｎｇｓｔｅａｍｐｉｐｅｎｅｔｗｏｒｋｓ′ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｎｄｈｅａｔｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｓａｌｓｏｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃａｎｄｈｅａｔｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｓｃｏｍｂｉｎｅｄｂｙｉｔｅｒａｔｉｎｇｐｉｐｅｆｌｏｗ，ｐｉｐｅａｖｅｒａｇｅｄｅｎｓｉｔｙ＆ｃｏｎｓｔａｎｔ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｐｅｃｉｆｉｃｉｓｏｂａｒｉｃｈｅａｔｃａｐａｃｉｔｙｒｅｐｅａｔｅｄｌｙ．Ｔｈｅｎｏｄｅｐｒｅｓｓｕｒｅ＆ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｓｏｌｖｅｄｂｙｓｏｌｖｉｎｇｎｏｄａｌｅｑｕａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｃｏｍｂｉｎｅｓｎｅｔｗｏｒｋｓ′ｈｙｄｒａｕｌｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｎｅｔｗｏｒｋｓ′ｈｅａｔｉｎｇｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｓｔｅａｍｐｉｐｅｎｅｔｗｏｒｋｓ＇ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｎｄｈｅａｔｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓ＆ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅａｌｉｚｅｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｂｙｗｉｎｄｏｗｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｂｙＶＣ＋＋６．０．Ｉｔｉｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｆｏｒｄｅｓｉｇｎｏｆｐｒｏｊｅｃｔａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｒｅｓｕｌｔｂｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈａｔｏｆｔｈｅａｃｔｕａｌｅｘａｍｐｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅａｍｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｈｅａｔｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｍｅｔｈｏｄｏｆｎｏｄｅｓ；ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌ・・第１０期压比热容等状态参数相互影响的，因而建立蒸汽管网水力热力联合计算数学模型，并对其进行有效求解是解决蒸汽管网设计和运行调节计算的关键。
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摘 要 ： 针对 目前蒸汽管网水力计算中忽略水 力、 热力工况相互 影响导致 计算结果 误差偏 大及 计算方 法适用 范 围小 等问题 ， 基 于蒸汽输送过程 中流动和传热特性 ， 综合考虑蒸汽 的可压 缩性、 状态变化、 摩擦和传 热等 多种 因素的作用 ， 建立适用 性广 的水 力 热力耦合计算模型 。采用标准 四阶 Ｒ ｕ ｎ ｇ ｅ － Ｋｕ ｔ ｔ ａ公式对数学模型进行求解。通过实例管 网对其验证表 明， 耦合 计算结果能够准 确描述管 网运行 中蒸汽压力和温度 的变化关系 ， 各 管段计算结果与实 际运 行数据 的最大误差 小于 ５ ， 耦合 计算结果 与运行 数 据 吻合较好 ， 精度 高， 可应用于实 际蒸汽管 网的设计计算和分析 。 关键词 ： 蒸汽管线； 耦合 ； 数学模 型； 可压缩性 ； 黏性 中图 分 类 号 ： ＴＫ ２ １ ２ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ ～２ ７ ８ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８— ０ ８ １ ２ — ０ ４ Ｈｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎｇ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｓ ｔ ｅ ａ ｍ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｉ ｐ ｅ ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ
第 ８卷
第 ８期
中 国 科 技 论 文
ＣＨ Ｉ ＮＡ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ ＰＡＰＥＲ
Ｖｏ １ ． ８ Ｎｏ ． ８ Ａｕ ｇ ．２ ０ １ ３
２ ０ １ ３年 ８月
蒸 汽 管 网水 力 热 力 耦 合 计 算 方 法
高鲁锋 ， 郑海村 ， 朱启振 ， 孙德锋
（ 山 东电 力 工 程 咨 询 院 有 限 公 司 ， 济南 ２ ５ ０ ０ １ ３ ）
ｃ ａ ｌ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ，ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｔ ｏ ａ ｃ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ａ ｍ ｆ ｌ ｏ ｗ ａ ｎ ｄ ｈ ｅ ａ ｔ － ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ ｃ ｏ ｎｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｍｕ ｌ —
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