流体输配管网_液体输配管网水力特征与水力计算
流体输配管网(第3章)
（4）统计该管段的局部阻力系数，计算局部阻力。
（5）求各管段的压力损失 ＝沿程阻力损失＋局部阻力损失。 （6）计算最不利环路的总阻力。
P (Py Pj )114 712 Pa
27
（7）核算压力富余值
% Pzh P 100% 818 712 100% 13% 10%
g(h1 h2 )(h g ) Pb热源a
8
• 注意：这种情况下并联的独用管路的阻力并不相等！ 它们之间的流量分配：
L1 : L2
1: S1
1 S2
• 一般：并联的独用管路的阻力等于各自的资用动力。 只有资用动力相等时，它们的阻力才相等！
此时才有： L1 : L2
17
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
Rpj
Pl
l
Δ Pl－作用压力，Pa； Σ l－管路总长度，m
α－沿程损失占总损失是比例，％。
根据各管段流量和Rpj，用公式或图表计算管径，选择 接近的标准管径。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。
25
（2）计算最不利环路循环动力
Pzh
＋Pf
9.813 (977.81 961.92) 350
818Pa
Pf : 查 《 简 明 供 热 设 计 手 册》 或 《 供 热 工 程 》 。
（3）确定最不利环路各管段的管径
1）计算平均比摩阻。
Rpj
Pzh
流体输配管网_第四章多相流管网的水力特征与水力计算
若气体处于静止状态，则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。
（2） 气固两相流中物料的运动状态
• 实际的竖直管道中，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。
第4章 多相流管网水力特征与 水力计算
4.1 液气两相流管网水力特征与水力计算
工程背景： • 建筑排水管网 • 空调凝结水管网 • 蒸汽供暖管网
4.1.1 液气两相流管网水力特征
4.1.1.1 建筑内部排水流动特点及水封 （1）流动特点 •气、液、固均存在，固体物较少，可视为液气两相流。 •水量、气压随时间变化幅度大。 •流速随空间变化剧烈 。横支管进入立管，流速激增，水、 气混合；立管进入横总管，流速急降，水、气分离。
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 μ系1统=1μ～1=41，左低右压，压高送真式空系吸统送μ式1=系1～统1μ0，1=循20环～式70。
1
G1 G
G1
L
2）输送风速：可以按悬浮速度的某一倍数来定， 一般取2.4～4.0倍，对大密度粘结性物料取5～10 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1.2～2.0倍。通 常参考经验数据，见表4-3-1。
dQj 5
1
Q 1
2
lt
0.44( )10 ( Kp dj
)5
Kp : 管壁的当量粗糙高度m，m
4.1.1.4 排水管在水膜流时的通水能力
1 Q 10Wt
vt
1
Ch3液体输配管网水力特征与水力计算
由此确定立管各段的流量，再去确定管径及阻力 损失。
本质方法：压损平均法
步骤：
1）计算最不利立管所在环路的资用动力，确定
管径和阻力损失。 2）计算最近立管所在环路的资用动力，确定管 径和阻力损失。 3）计算两立管的阻力不平衡率，≤±5%。 4）计算系统总阻力损失及各立管的资用动力。 5）确定其他立管管径及阻力损失。 6）计算其他立管的压损不平衡率， ≤±10%。 7）求取管网特性曲线。
或查管道摩擦阻力计算图表。
局部阻力
Pc
v 2
2
2、压损平衡与不平衡率计算 压损平衡：管路在设计流量下的阻力损失与
资用压力相平衡。 并联环路压损=共用管路压损+独用管路压损
调整独用管路阻力损失，使整个环路压损平衡。
压损不平衡率
P Pl x 100% P
2、单管机械采暖系统水力计算
不等温降法：认为各立管的供回水温度不相等，
而并联环管间的阻力损失相等，由此确定流量、 管径及阻力损失。 本质方法：假定流速法或假定比摩阻法。 适于大型异程式机械采暖系统。
步骤：
1）计算最不利立管。假定最不利立管的温降=设
计温降+2~5℃。求立管流量，假定流速或比摩阻， 确定管径、阻力损失。 2）计算末端倒数第二根立管。计算其资用动力， 给定管径，确定阻力损失，计算流量和温差。
2、其他环路计算
确定通过立管Ⅰ第二层散热器环路中各管段
管径。
1)计算此环路资用动力：
PzhI 2 gH2 ( h g ) PGfI 2 1285 Pa
2)与最不利环路不共用的管段是15、16，共用的
管段是2-13。独用管段15、16的资用动力：
2017流网案例教学第3章
水水
力
泵
平 衡
的 变 频
图
调
节
27
冷却水系统，开式系统
△ph —冷却塔中水提升高度(从冷却塔盛水池到喷嘴的高差) 所需的压力,Pa.
开式系 统，若 闭合呢？ 有一部 分重力
流
28
2、空调冷热水系统 2.1开式、闭式系统
2020/5/12
29
6.1 冷水水量的确定
水泵流量的确定： 定水量系统的总水量按最大负荷计算：W = Q / [c p (Th – Tg)] 变水量系统的总水量按右式计算：W = n1*n2*Q / [c p (Th – Tg)] W--------冷水总水量，m3/s Q--------各空调房建设计工况的负荷总和，kW c---------水的比热容，可取4.19kJ/(kg.℃) p---------水的密度，可取1000kg/m3 Th--------回水的平均温度，℃ Tg--------供水温度，℃ n1--------同时使用系数，可取0.7~0.8 n2--------负荷系数，以围护结构符合为主的，可取0.7~0.8
流体输配管网——复习重点
复习重点第一章：1．流体输配管网的基本功能与组成流体输配管网的基本功能是将从源取得的流体，通过管道输送，按照流量要求，分配给各末端装置；或者按流量要求从各末端装置收集流体，通过管道输送到汇。
末端装置、源或汇、管道是流体输配管网的基本组成。
动力装置、调控装置和其他附属设备是管网系统的重要组成。
2．流体输配管网的分类1）重力驱动管网与压力驱动管网2）开式管网与闭式管网3）枝状管网与环状管网4）异程管网与同程管网第二章：一、流体输配管网水力计算的基本原理和方法1、流体输配管网水力计算目的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，进而确定动力设备（风机、水泵等）的型号。
2、流体输配管网水力计算的基本原理（1）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、并联管路流动规律。
（2）管网中流体稳定流动的条件管网的流动动力等于管网流动总阻力。
3、常用的水力计算方法假定流速法；压损平均法；静压复得法。
4、全压的来源与性质•来源于风机水泵等流体机械。
•来源于压力容器。
•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。
与此相反：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。
第三章一、闭式液体管网的水力特征和水力计算1．串、并联管路的水力特征第五章1．离心式泵与风机的工作原理2．离心式泵与风机的性能参数3．离心式泵与风机的基本方程—欧拉方程（基本假定、分析、修正、物理意义）4．泵与风机的功率与效率5．叶形对泵与风机性能的影响6．相似率与比转数第六章1．泵、风机在管网系统中的工作状态点2．泵、风机的工况调节第七章1. 液体管网压力分布图----水压图2．水力失调度（概念、计算公式）3．管网的水力工况分析（计算）。
第3章 液体输配管网水力特征与水力计算
第3章液体输配管网水力特征与水力计算3-1 计算例题3-1中各散热器所在环路的作用压力tg=95℃，tg1=85℃，tg2=80℃，tn=70℃。
题3-1解：双管制：第一层：ΔP1=gh1(ρh-ρg)=9.8×3×(977.81-961.92)=467.2Pa第二层：ΔP2=gh2(ρh-ρg)=9.8×6×(977.81-961.92)=934.3Pa 第三层：ΔP3=gh3(ρh-ρg)=9.8×8.5×(977.81-961.92)=1323.6Pa 单管制：ΔP h=gh3(tg1-tg)+gh2(tg2-tg1)+gh1(ρh-ρg2)=9.8×8.5×(968.65-961.92)+9.8×6×(971.83-968.65)+9.8×3×(977.81-971.83)=923.4Pa3-2 通过水力计算确定习题图3-2所示重力循环热水采暖管网的管径。
图中立管Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ各散热器的热负荷与Ⅱ立管相同。
只算I、II立管，其余立管只讲计算方法，不作具体计算，散热器进出水管管长1.5m，进出水支管均有截止阀和乙字弯，没根立管和热源进出口设有闸阀。
图3-2解：ΔP Ⅰ1′=gH(ρH -ρg )+ΔP f =9.81×(0.5+3)(977.81-961.92)+350=896Pa ∑l Ⅰ1=8+10+10+10+10+(8.9-0.5)+1.5+1.5+(0.5+3)+10+10+10+10+8+(8.9+3)=122.8m水力计算表管 段 号Q (w )G (kg /h)L (m )D (m m)v (m /s ) R (Pa/m) ΔP y =Rl(Pa)ΣξP d (P a)ΔP j (Pa )ΔP (P a)局部阻力统计11800625.8200.053.1118.025.0 1.2330.848.8 散热器1×2.0，截止阀2×10，90º弯头1×1.5，合流三通1.5×12 5300 18213.5320.051.65 22.32.51.23 3.1 25.4 闸阀1×0.5，直流三通1×1.0，90º弯头1×1.0 399341 10 40 0. 2.525.8 1.2.2.228直流三通1×1.000 07 8 0 25 5 .1 414500 499 10 400.11 5.21 52.11.0 5.98 5.98 58.1 直流三通1×1.0519100 657 10 50 0.08 2.42 24.2 1.0 3.14 3.1427.3 直流三通1×1.0623700 8159500.11 3.60 28.8 1.5 5.98 9.037.8 闸阀1×0.5，90º弯头2×0.5 723700 815 19.9500.11 3.60 71.62.5 5.98 15.0 86.6 闸阀1×0.5，90º弯头2×0.5，直流三通1×1.0 819100 657 10 500.08 2.42 24.21.0 3.14 3.14 27.3 直流三通1×1.0914500 499 10 40 0.11 5.21 52.1 1.0 5.98 5.98 58.1 直流三通1×1.0109900 341 10 400.07 2.58 25.8 1.0 2.25 2.25 28.1 直流三通1×1.0 11 5300 182 12.8 32 0.05 1.65 21.12.5 1.233.124.3 闸阀1×0.5，直流三通1×1.0，90º弯1×1.0 12 3300114 2.825 0.062.888.1 1.01.771.89.9直流三通1×1.0Pa ，系统作用压力富裕率，满足富裕压力要求，过剩压力可以通过阀门调节。
流体输配管网_液体输配管网水力特征与水力计算
v 2
ζ见p74表3-1-1～2
<流体输配管网>
3.1.2.2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 1、已知流量Q和系统作用压力ΔP，确定管径D； 2、已知流量Q和管径D ，确定系统作用压力ΔP； 3、已知流量Q，确定管径D和系统作用压力ΔP； 4、已知管径D和管段的允许压力降，确定流量Q。
d 0.25 0.11( ) K
<流体输配管网>
Rm 6.88103 K 0.25
Gt2 d 5.25 m
Pa / m
K 0.0476 Gt0.381 d 0.387 ( Rm ) 0.19 ( Rm ) 0.5 d 2.625 Gt 12.06 K 0.125
t/h
返回
继续
<流体输配管网>
8．计算富裕压力值，应大于10%。 9 确定通过立管1第二层散热器环路中各管段
的管径。
10. 确定通过立管1第三层散热器环路中各管段 的管径。 11. 确定通过立管2第一层散热器环路中各管段 的管径。
12. 依次类推。
<流体输配管网>
<流体输配管网>
<流体输配管网>
<流体输配管网>
<流体输配管网>
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2～5℃。 由此求出最远立管的计算流量。根据该立管的流 量，选用R（或v）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。 2）确定环路最末端的第二根立管的管径。该立管与上 述计算管段为并联管路。根据已知节点的压力损 失△P，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。
流体输配管网CH2气体管网水力特征与水力计算
6~14
2~8
1.5~3.5 2.5~3.5 5.5~6.5
民用 及工 业辅 助建 筑
2~6 1.5~3.0 2.0~3.0 5~6 机械通风 4~12 混凝土、 砖 0.2~1.0 自然通风 0.5~1.0 0.5~0.7
二、气体压力管流
当管道内部、管道内外不存在密度差，或是水平 管网，则有 g a H 2 H 1 0
p j1
v1
2
2
p j2
p j1
v2
2
2
P1 2
p j2
p q 1 p q 2 P1 2
2 2 v2 v1 P1 2 2 2
2）和管道高度（H2-H1）之积。 密度相对较小的竖管内气体向上流。
H2
3、循环管路
列伯努利方程
g 1 2 H 2 H 1 PL
1
2 H1
结论：
无机械动力的闭式管道中，流动动力取决于竖管
段内的气体密度差和竖直管段高度之积。 密度较大的竖管内气流向下，密度较小的竖管内 气流向上。
都处于自动模拟区，局部阻力系数只取决于管件 部件或设备流动通道的几何参数，一般不考虑相 对粗糙度和Re的影响。
2.2 气体管流水力特征
2
一、重力管流
1、开口竖直管段
列气体管流伯努利方程
p j1
H2
1
v2
2
2
H1
v1
2
2
g a
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Ph ghh g
注意: 作用力不大，重视排气
<流体输配管网>
3.1.1.2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 如图所示：该双管系统中两个冷却中心分别 产生的作用压力为：
i 1 N
g (h1 h2 ) 2 g gh1 1 2
<流体输配管网>
各层散热器进出口水温和密度计算：
(1) 例如求第二层的出水温度t2
，根据流量平衡
3 Q8 ) Gl 0.86 (Q2 (Q t g t 2 )
(2)
由式(1)和式(2)相等得:
v 2
ζ见p74表3-1-1～2
<流体输配管网>
3.1.2.2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 1、已知流量Q和系统作用压力ΔP，确定管径D； 2、已知流量Q和管径D ，确定系统作用压力ΔP； 3、已知流量Q，确定管径D和系统作用压力ΔP； 4、已知管径D和管段的允许压力降，确定流量Q。
2.
<流体输配管网>
3.1.2.3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式为：
Pzh Ph Pf
例题3-2： 确定重力循环双管热水供暖系统管路 的管径（如图）热媒参数：供水温度tg＝95℃， 回水温度th=70℃。锅炉中心距底层散热器中心 距离为3m，层高为3m。每组散热器的供水支管 上有一截止阀。
<流体输配管网>
<流体输配管网>
*供热管网主干线的设计平均比摩阻， 可取40～80Pa／m。
[例3-3] 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） 见图，网路的计算供水温度 t1’=130度，计算回水温 度 t2’=70度。用户 E、 F、 D的设计热负荷 Qn’分 别为： 3.518 GJ/h、 2.513 GJ/h和 5.025 GJ/h。热 用户内部的阻力为 ΔP=5 ×104 Pa。试进行该热水 网路的水力计算。
P 1 gh 1 h g
P2 g (h1 h2 ) h g P 1 gh2 h g
<流体输配管网>
结论： 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 的现象。使流量分配不均，必然要出现上热 下冷的现象。 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， 而通常称作系统垂直失调。 垂直失调是由于通过各层的循环作用压力不 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。
<流体输配管网>
（l）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3－2相同。 （2）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。 （3）求最远立管和最近立管的压力损失不平衡率， 应使其在土15％以内。 （4）计算总压力损失及其他各立管的资用压力值。 （5）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。 （6）求各立管的不平衡率。不平衡率应在± 10％ 以内。 （7）计算系统总阻力，获得管网特性曲线，为选水 泵作准备。
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：
P P l
<流体输配管网>
3.1.2闭式液体管网水力计算 3.1.2.1基本公式与压力损失平衡 （1）水力计算的基本公式 一、沿程阻力
2 G Rm 6.25108 5 d
1
2.51 K 2 lg R 3.7 d e
68 K 0.11 R d e
0.25
其中：室内闭式管网K=0.2mm 其它管网K=0.5mm
<流体输配管网>
可采用莫迪公式计算图计算和查取：
图
<流体输配管网>
二 局部阻力
2 （2）压力损失平衡与不平衡率 压力平衡：管网计算压力损失等于作用力 ' P Pl 压力损失不平衡率： x 100% P 并联管路压力损失平衡方法 1）确定资用压力 2）确定共用管路的压力损失 3）计算独立管路的资用压力 4）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 5）计算压力不平衡率，应满足要求 P
3.1.2.4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 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，但要控制Rpj=60~120Pa/m。 二、同程式系统的水力计算 通过控制Rpj=60~120Pa/m计算最远和最近 立管环路的管径，二者不平衡率应小于15%； 对不同立管间的不平衡率要小于10%。
<流体输配管网>
第3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
特点: 水的密度远远大于气体，能量
方程中的位压
g a H 2 H1
转化为
g H1 H 2
<流体输配管网>
3.1.1闭式液体管网水力特征 3.1.1.1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） *二、作用压力
<流体输配管网>
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2～5℃。 由此求出最远立管的计算流量。根据该立管的流 量，选用R（或v）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。 2）确定环路最末端的第二根立管的管径。该立管与上 述计算管段为并联管路。根据已知节点的压力损 失△P，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。
<流体输配管网>
返回
<流体输配管网>
3000 3
5200 3
2
7900 8.5
<流体输配管网>
[解]：
1．选择最不利环路。 2．计算最不利环路的作用压力（包括沿管路冷却产 生的作用压力）。 3．确定最不利环路的直径： 1）求单位长度的平均比摩阻 2）求各管段的流量 3）由流量和比摩阻查取管径，将查取的d、R、 v、 阻力 6. 求各管段的压力损失 7. 求环路的总压力损失
<流体输配管网>
二、重力循环热水供暖单管系统的水力特征 如图所示：
该单管系统中热水顺流依次进入多个散热器，两个冷却中 心共同产生的作用压力为：
Ph gh1 1 g gh2 2 g gH2 2 g gH1 1 2 gHi i i 1
<流体输配管网>
二、液体管网水力计算方法 1. 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 用水力计算表，选出最接近的管径，再求出 实际压力损失值；
Pl ( Rml PC ) j
1
n
Pa
RPj
Pl
l
Pa / m
<流体输配管网>
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； 3. 用于确定管径D和水泵的型号，需要用到经济比摩 阻，一般取60~120Pa/m； 4. 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 间的计算压力损失相对差额不大于15%； 最大允许的水流速不大于下列数值： 民用建筑1.2m/s； 生产厂房的辅助建筑物2m/s； 生产厂房3 m/s。 (还与管径有关）
d 0.25 0.11( ) K
<流体输配管网>
Rm 6.88103 K 0.25
Gt2 d 5.25 m
Pa / m
K 0.0476 Gt0.381 d 0.387 ( Rm ) 0.19 ( Rm ) 0.5 d 2.625 Gt 12.06 K 0.125
t/h
<流体输配管网>
<流体输配管网>
[解] （1）确定各用户的设计流量Gn’
' Q 3.158 ' n Gn A ' ' 238.8 14t / h t1 t2 130 70
<流体输配管网>
<流体输配管网>
<流体输配管网>
通用公式为:
ti t g
Q t Q
j i j
N
g
th
<流体输配管网> 结论： 在双管系统中，各层散热器的进出水温度是相同的； 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。
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。 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K随各层散热器平均计算温度差的变化程 度不同而引起的。
总重力循环作用力
P Ph Pf
Pa
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3.1.1.3机械循环液体管网的工作原理 特点： 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。
P Ph Pf P l
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3.1.2.5室外热水供热管网的水力计算 *一、计算任务： （1）按已知的热媒流量，确定管道的直径，计 算压力损失。 （2）按已知热媒流量和管道直径，计算管道 的压力损失。 （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。 二、计算公式