(流体输配管网课件)第2章讲课气体管网的水力特征与水力计算
液体输配管网水力特征与水力计算共78页
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
40、人类法律，事物有规律，这对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
液体输配管网水力特征与水力计算
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
《流体输配管网》课件
事故发生的原因： 管道老化、腐蚀、 超压等
应急救援措施：启 动应急预案、组织 抢修、疏散人员等
预防措施：定期 检查、维修、更 换等
研发方向：耐腐蚀、耐高温、高强度、轻量化等 应用领域：石油、天然气、水等流体输送 研发成果：新型复合材料、纳米材料等 未来展望：提高管道使用寿命，降低维护成本，提高输送效率
定期检查： 定期对管道 进行检查， 确保其完好 无损
清洁维护： 定期对管道 进行清洁， 防止堵塞和 腐蚀
泄漏检测： 定期对管道 进行泄漏检 测，及时发 现并修复泄 漏点
防腐处理： 定期对管道 进行防腐处 理，防止腐 蚀和生锈
更换维修： 定期对管道 进行更换和 维修，确保 其正常运行
管道事管网的信息化管理和远程监控
自动化控制技术的应用：实现 输配管网的自动化运行和维护
智能传感器技术的应用：提高 输配管网的监测和控制精度
人工智能技术的应用：提高输 配管网的智能化水平和决策能
力
云计算和大数据技术的应用： 实现输配管网的数据分析和优
化管理
5G技术的应用：提高输配管 网的数据传输速度和稳定性
绿色环保：未来流体输 配管网将更加注重环保， 采用清洁能源和绿色材 料，降低对环境的影响。
高效节能：通过优化设 计和技术升级，流体输 配管网的能源消耗将进 一步降低，提高能源利 用效率。
数字化转型：随着数字 化技术的普及，流体输 配管网将实现数字化转 型，提高数据分析和处 理能力。
汇报人：
流体动力设备类型：泵、风机、压 缩机等
设计要点：流体动力设备的性能参 数、安装位置、运行方式等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
选型原则：满足流体输配管网的需 求，考虑经济性、可靠性、安全性 等因素
流体输配管网
“流体输配管网”释义
流体：具有流动性的物质 输配：按要求输送、分配 管网：管道（流体流动的通道）相互连接形成网 络
➢ 错误：流水输配管网；流体输送管网；流体输配管道
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《暖通空调》、《供热工程》、 《建筑给排水》、《燃气供应》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
教材与参考书(续)：
采暖通风与空气调节设计规范 GB50019-2003 城市热力网设计规范 CJJ34-2002 城市燃气设计规范 GB50028-93（2002年版） 建筑给水排水设计规范 GB50015-2003 工业金属管道设计规范 GB50316-2000
暖通空调杂志 煤气与热力杂志 给水排水杂志
课堂要求：认真听讲，不得干扰老师讲课 和其他同学听课。
教材与参考书：
《流体输配管网》 （第二版）付祥钊 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 《建筑给排水工程》（第四版）王增长 主编 《燃气输配》 （第三版）段常贵 主编 《暖通空调》 （第一版）陆亚俊 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 《建筑燃气设计手册》 （第一版）袁国汀 主编
基本组成：动力
来源于“源” 如锅炉；储气罐的压力；上级管网的压力； 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
机械通风、城市供热、城市给水等，应用广泛。
其他装置：
调控设备
调节阀、关断阀
《管网水力计算》课件
目 录
• 管网水力计算概述 • 管网模型建立 • 水力计算原理 • 水力计算实例 • 结果分析与应用
01
CATALOGUE
管网水力计算概述
定义与目的
定义
管网水力计算是对给定管网系统中的 水流运动进行模拟和分析的过程。
目的
确定管网中各管段的流量、水头损失 、节点水压等参数，为管网的规划、 设计、运行和管理提供依据。
详细描述
该实例为一个由多个独立水源分散供应的管网，管道无环状结构，水流从各个水源经由管网分别输送到用户。计 算时需要考虑各个水源的供水能力和管网的阻力损失，以实现水压和流量的合理分配，满足用户需求。
05
CATALOGUE
结果分析与应用
结果分析
计算结果准确性
确保计算结果的准确性，对误差来源进行详细分析，并采取措施 减小误差。
近似法
基于经验公式和简化假设，对管 网水力计算进行简化处理，得到 近似的解。适用于快速估算和初 步设计。
02
CATALOGUE
管网模型建立
模型选择
确定模型类型
根据管网的规模、复杂性和计算精度要求，选择 适合的模型类型，如一维、二维或三维模型。
确定模型范围
根据实际需求，确定模型的计算范围，包括管网 的起止点、分支点和边界条件等。
数据对比分析
将计算结果与实际数据进行对比，分析差异原因，以提高计算精 度。
结果可视化
使用图表、图像等形式展示计算结果，便于理解和分析。
结果应用
工程设计优化
根据计算结果优化管网设计，提高工程的安全 性和经济性。
运行调度优化
根据计算结果优化管网的运行调度，提高供水 效率。
应急预案制定
流体输配管网水力计算的目的
第 2 章气体管流水力特征与水力计算2-1 某工程中的空调送风管网，在计算时可否忽略位压的作用？为什么？（提示：估计位压作用的大小，与阻力损失进行比较。
）答：民用建筑空调送风温度可取在15~35℃（夏季~冬季）之间，室内温度可取在25~20℃（夏季~冬季）之间。
取20℃空气密度为1.204kg/m3,可求得各温度下空气的密度分别为：==1.225 kg/m315℃：35℃：==1.145 kg/m325℃：==1.184 kg/m3因此：夏季空调送风与室内空气的密度差为1.225-1.184=0.041kg/m3冬季空调送风与室内空气的密度差为1.204-1.145=0.059kg/m3空调送风管网送风高差通常为楼层层高，可取H=3m，g=9.807 N/m.s2,则夏季空调送风位压=9.807×0.041×3=1.2 Pa冬季空调送风位压=9.807×0.059×3=1.7 Pa空调送风系统末端风口的阻力通常为15~25Pa，整个空调送风系统总阻力通常也在100~300 Pa之间。
可见送风位压的作用与系统阻力相比是完全可以忽略的。
但是有的空调系统送风集中处理，送风高差不是楼层高度，而是整个建筑高度，此时H可达50米以上。
这种情况送风位压应该考虑。
2-2 如图 2-1-1 是某地下工程中设备的放置情况，热表示设备为发热物体，冷表示设备为常温物体。
为什么热设备的热量和地下室内污浊气体不能较好地散出地下室？如何改进以利于地下室的散热和污浊气体的消除？图2-1-1图2-1-2图2-1-3图2-1-4答：该图可视为一 U 型管模型。
因为两侧竖井内空气温度都受热源影响，密度差很小，不能很好地依靠位压形成流动，热设备的热量和污浊气体也不易排出地下室。
改进的方法有多种：（1）将冷、热设备分别放置于两端竖井旁，使竖井内空气形成较明显的密度差，如图 2-1-2 ；（2）在原冷物体间再另掘一通风竖井，如图 2-1-3 ；（3）在不改变原设备位置和另增竖井的前提下，采用机械通风方式，强制竖井内空气流动，带走地下室内余热和污浊气体，如图 2-1-4 。
流体输配管网水力计算的基本原理和方法
第二节 流体输配管网水力计算的基本原理和方法目的：1． 根据要求的流量分配，确定管网各管段管径和阻力，求得管网特性曲线，为匹配管网动力设备准备条件,进而确定动力设备的型号和动力消耗. 2． 根据已确定的动力设备，确定保证流量分配的管道尺寸.基本理论依据⏹ 流体力学一元流动连续性方程和能量方程， ⏹ 串、并联管路的流动规律.☐ 动力设备提供的压力等于管网总阻力 ☐ 若干管段串联后的阻力等于各管段阻力之和 ☐ 各并联管段的阻力相等☐ 各管段阻力是构成管网阻力的基本单元 ☐ 管道总阻力等于沿程阻力与局部阻力之和一、摩擦阻力计算 计算式管道材料不变，断面尺寸不变，流体密度与流量不随沿程流量变化时：☐ 对于气体管流中气体密度的变化不能忽略时，应根据摩擦阻力计算式与气体状态方程和连续性方程联立，解得方程组为：⎰=lsml dlR P 2421ρυλl Z T TZ P R L P P s 00005202221)4(62.1ρλ=-lR l R P m sml ==2421ρυλ下式是具体应用：圆形管道内气体接近于0℃的常温，压力≯0.8M P a近似取得到：P ≤0.005M P a 的管道，因为注意：正确选择适合管流特征的摩阻计算式。
确定计算公式后，需计算摩擦阻力系数依 据：层流区：Re<2000紊流到层流过渡区：2000<Re<4000紊流区（包括紊流区中的三个阻力区）柯列勃洛克公式：注意：此式适用于通风、空调、燃气、给水管道系统 摩擦阻力系数计算的专用公式阿里特苏里公式： Re>4000，钢管或光滑管道l Z T TZ p R L p p s 00005202221)4(62.1ρλ=-11==Z Z T T 0212p p p =+Re64=λ)(Re dk f 、=λ3Re0025.0=λ谢维列夫公式：（适用于新钢管）谢维列夫公式：（适用于新铸铁管）水力光滑区 过渡区阻力平方区★★★ 注意的问题管网中流体的流动状态计算式与计算图表的使用条件和修正方法二、局部阻力计计算公式 ：局部阻力ζ由实验方法确定，其大小取决于管件部件或设备流动通道的几何参数，不考虑Re 和绝对粗糙度的影响.根据不同流通断面的几何参数，可以通过相关的计算图表计算局部阻力ζ.三、常用的水力计算方法1、假定流速法：技术经济流速→确定输送流量→确定管道断面尺寸 →计算管道阻力284.06284.011055.075.0⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯=-v d K νλ:)107.2(6⨯≥νv:)107.2(6⨯<νv284.010134.0d K =λ:)10176.0(6⨯<νv284.01Re 77.0K =λ2、压损平均法：总作用压头均分给各管段→确定管段阻力→由管段流量→确定管道断面尺寸3、静压复得法管道分段→改变管道断面尺寸→降低流速→克服管段阻力→重新获得静压。
《流体输配管网》主要知识点学习指导(第 1 章 到 第 八章 )
《流体输配管网》主要知识要点学习指导与本专业有关的流体输配管网，种类很多，技术繁杂。
同时，平台课的教学计划学时又非常有限。
《流体输配管网》课程共48学时，其中理论教学为44学时，实验4学时。
若采用原来专业课的教学方法，面面俱到，讲授新构成的平台课程，难以获得好的教学效果。
《流体输配管网》课程的两个关键是：（１）必须把本专业各类流体输配管网共同的技术原理和方法讲深、讲透，讲完整，即构造一个共性体系；（２）要注意平台课沟通基础课与专业课的桥梁作用，不能脱离具体的工程实践，讲成纯粹的网络理论。
共性原理要能解决个性（具体管网）问题。
-----课前准备由于要联系具体的工程管网，这就要求学生在学习本门课程前，对实际的管网有基本的了解。
学生在本门课程之前，要学习《制图》、《建筑环境与设备工程概论》、《流体力学》等课程和进行认识实习。
可在认识实习任务书中，给学生下达如下任务：认真观察1~3个不同的流体输配管网，并绘制出管网轴测图。
管网类型不限。
要求学生结合《建筑环境与设备工程概论》课程学习的知识和《流体输配管网》教材的第一章，根据自己所观察的实际工程的流体输配管网，回答以下问题：（1）该管网的作用是什么？（2）该管网中流动的流体是液体还是气体？还是水蒸气？是单一的一种流体还是两种流体共同流动？或者是在某些地方是单一流体，而其他地方有两种流体共同流动的情况？如果有两种流体，请说明管网不同位置的流体种类、哪种流体是主要的。
（3）该管网中工作的流体是在管网中周而复始地循环工作，还是从某个（某些）地方进入该管网，又从其他地方流出管网？（4）该管网中的流体与大气相通吗？在什么位置相通？（5）该管网中的哪些位置设有阀门？它们各起什么作用？（6）该管网中设有风机（或水泵）吗？有几台？它们的作用是什么？如果有多台，请分析它们之间是一种什么样的工作关系（并联还是串联）？为什么要让它们按照这种关系共同工作？（7）该管网与你所了解的其他管网（或其他同学绘制的管网）之间有哪些共同点？哪些不同点？如果认识实习安排在本课开课前一学期，可将这个与认识实习结合。
流体输配管网-3液体输配管网水力特征与水力计算
某工业园区液体输配管网的水力计算
根据园区内各车间的液体需求量、管道长度、管材和管径等参数，进行水力计算 ，优化管网布局和液体输送方案，提高输送效率。
04
液体输配管网优化设计
优化设计方法
应急处理
对突发的事故或故障，制定应急预案， 迅速组织人员和物资进网
采用智能化监测系统，实时监测管道的运行状态，有效预防了爆 管等事故的发生。
上海某排水管网
通过定期的清淤和维护，保证了管道的通畅，降低了堵塞和溢流 的风险。
成都某燃气管道
采用智能巡检机器人进行巡检，提高了巡检效率和准确性，降低 了人工成本。
某工业园区液体输配管网优化设计
针对某工业园区的液体输配管网进行优化设计，提高了管网的输送效率和可靠性，降低了能耗和生产 成本。
05
液体输配管网维护与管理
维护管理内容
管道检查
定期对管道进行外观检查，查 看是否有破损、腐蚀、渗漏等
现象。
管道清洗
定期对管道进行清洗，清除管 道内的杂质和沉积物，保持管 道的通畅。
水力计算公式
伯诺里方程
描述流体在管道中流动时，流体的压能和动能与位能 和阻力的关系，是水力计算的基础。
达西-威斯巴赫公式
用于计算管道中流体的流量和流速，以及管道的阻力 损失。
曼宁公式
用于计算管道的糙率系数和尼古拉兹系数，反映管道 的粗糙程度和阻力特性。
水力计算实例
某城市供水管道改造项目的水力计算
遗传算法
通过模拟生物进化过程中的自然选择和遗传机制，寻找最优解的 方法。
模拟退火算法
流体输配管网水力计算的基本原理和方法
5. 计算系统总阻力及获得管网特性曲线
管网特性曲线方程：p SQ 2
Σp：最不利环路所有串联管段阻力之和
根据计算的管网总阻力Σp和要求的总风量Q，计算
管网阻抗S，获得管网特征曲线.
管网阻抗： S p Q2
串联管路阻抗： S Si
并联管路阻抗： 1
S2
1
Si 2
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6. 计算例题
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目的：保证各管路都达到预期的风量
使各并联支路的计算阻力相等
要求：
一般通风系统：两支管的计算阻力差应 ≯15％
含尘风管：两支管的计算阻力差应≯10％ 超过上述规定应进行阻力平衡，方法如下：
▪ 调整支管管径
0.225▪ 阀门ຫໍສະໝຸດ 节D' D
p p'
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▪ 通过改变阀门的开度调节管道阻力
一、开式枝状气体输配管网水力计算
开式枝状气体输配管网
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一、开式枝状气体输配管网水力计算
1. 管内流速和管段断面尺寸确定
绘制风管系统轴测图 划分管段、管段编号、标注长度、标注流量
确定管内流速 速度与经济性的关系 速度与技术性的关系
确定各管段的断面尺寸，计算摩擦阻力和局部阻力
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一、开式枝状气体输配管网水力计算
采用流量当量直径时，必须用矩形风管中的流量去 查出阻力.
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一、开式枝状气体输配管网水力计算
3. 风管局部阻力计算 公式： p 2
2
确定局部阻力系数及其对应的特征速度 代入 p 2 式计算局部阻力
2
各管件的局部阻力系数查设计手册
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一、开式枝状气体输配管网水力计算
4. 并联管路的阻力平衡
流体输配管网水力计算的目的
第 2 章气体管流水力特征与水力计算2-1 某工程中的空调送风管网，在计算时可否忽略位压的作用？为什么？（提示：估计位压作用的大小，与阻力损失进行比较。
）答：民用建筑空调送风温度可取在15~35℃（夏季~冬季）之间，室内温度可取在25~20℃（夏季~冬季）之间。
取20℃空气密度为1.204kg/m3,可求得各温度下空气的密度分别为：15℃：==1.225 kg/m335℃：==1.145 kg/m325℃：==1.184 kg/m3因此：夏季空调送风与室内空气的密度差为1.225-1.184=0.041kg/m3冬季空调送风与室内空气的密度差为1.204-1.145=0.059kg/m3空调送风管网送风高差通常为楼层层高，可取H=3m，g=9.807 N/m.s2,则夏季空调送风位压=9.807×0.041×3=1.2 Pa冬季空调送风位压=9.807×0.059×3=1.7 Pa空调送风系统末端风口的阻力通常为15~25Pa，整个空调送风系统总阻力通常也在100~300 Pa之间。
可见送风位压的作用与系统阻力相比是完全可以忽略的。
但是有的空调系统送风集中处理，送风高差不是楼层高度，而是整个建筑高度，此时H可达50米以上。
这种情况送风位压应该考虑。
2-2 如图 2-1-1 是某地下工程中设备的放置情况，热表示设备为发热物体，冷表示设备为常温物体。
为什么热设备的热量和地下室内污浊气体不能较好地散出地下室？如何改进以利于地下室的散热和污浊气体的消除？图2-1-1图2-1-2图2-1-3图2-1-4答：该图可视为一 U 型管模型。
因为两侧竖井内空气温度都受热源影响，密度差很小，不能很好地依靠位压形成流动，热设备的热量和污浊气体也不易排出地下室。
改进的方法有多种：（1）将冷、热设备分别放置于两端竖井旁，使竖井内空气形成较明显的密度差，如图 2-1-2 ；（2）在原冷物体间再另掘一通风竖井，如图 2-1-3 ；（3）在不改变原设备位置和另增竖井的前提下，采用机械通风方式，强制竖井内空气流动，带走地下室内余热和污浊气体，如图 2-1-4 。