第三节 水力计算例题

一、管路水力计算的基本公式 1 沿程压力损失 （2）紊流区 3）紊流粗糙区（阻力平方区） 判据：
v 445
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K
1
可用尼古拉兹公式计算

d 1.14 2 lg K
2
7
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
一、管路水力计算的基本公式 1 沿程压力损失 （2）紊流区 3）紊流粗糙区（阻力平方区） 对于管径大于或等于40mm的管子，用西弗林松推 荐的更为简单的计算公式也可以得出很接近的数值：
22
第二节 室内热水供暖系统水力计算的任务和方法
二、供暖系统水力计算的方法 2、等温降法计算步骤
3） 根据经济平均比摩阻Rpj和各管段流量G，查附录13 （P288）选出最接近的管径d，确定该管径下管段的实 际比摩阻Rsh和实际流速vsh。（通过热负荷或流量查表 确定） G v d2 3600 4 4） 计算确定各管段的沿程压力损失py
5
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
一、管路水力计算的基本公式 1 沿程压力损失 （2）紊流区 2）紊流过渡区
判据：
11

K
v 445

K
紊流过渡区的沿程阻力系数λ值，可用洛巴耶夫公式来计算

1.42 d lg Re K
2
6
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
二、供暖系统水力计算的方法 3、使用等温降法计算应注意的问题 3）散热器的进流系数
影响散热器进流系数的因素： ① 并联环路在节点压力平衡状况下的流量分配规律，它 取决于两侧散热器的支管管径、长度和局部阻力系数。
② 由于并联散热器的热负荷不同，致使散热器内热媒平 均温度不同，将会产生自然循环附加压力。
p j
v2
2

v2
2
——管段中总的局部阻力系数，附录14 ——表示∑ξ=1时的局部压力损失（Pa）， 也可用Δpd表示，见附录15
11
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
一、管路水力计算的基本公式 3 总损失 计算管段：流量和管径不变的一段管段 任何一个热水供暖系统都是由许多串联、并联的管段组成 各个管段的总压力损失： 沿程损失和局部损失之和：
p p y p j RL
v2
2
12
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
二、当量阻力法 基本原理： 将管段的沿程损失转变为局部损失来计算。 该管段的沿程损失相当于某一局部损失 pj
py
v
d 2
2
d

d
v
2
2
d
ξd——当量局部阻力系数
13
水力计算的步骤
确定重力循环双管热水供暖系统的管径 。 已知：供回水温95/70度。锅炉中心距底 层散热器中心的距离时3米。层高为3米
，每组散热器的供水支管上有截止阀一 个。
1.
2. 3.
选择最不利环路（最不利环路是通过立管 I的最底层散热器I (1500W)的环路。 ） 计算通过最不利环路散热器的作用压力 确定最不利环路各管段的管径
② 已知: 各管段的流量 管径 求解: ③ 已知: 系统所需的循环作用压力 各管段管径
该管段的允许压降
求解: 该管段的流量
校核已有的 热水供暖 系统各管段 的流量是否 满足需要。
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第二节 室内热水供暖系统水力计算的任务和方法
二、供暖系统水力计算的方法 1、方法简介 等温降法 简便，易于计算
双管系统每组散热器的水温温降相同 单管系统每根立管的供回水温降相同
2 G 8
d d5 λ：与热媒的流动状态和管壁的粗糙程度有关
R 6.25 10
f Re, k / d
Re vd

Re：雷诺数 ν——热媒的运动粘度 沿程阻力系数λ的确定：应用流体力学理论，按流体流动分为 几个区，用经验公式分别确定每个区域的沿程阻力系数λ
3
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
二、供暖系统水力计算的方法 3、使用等温降法计算应注意的问题 3）散热器的进流系数
1
Gi G1
α —— 散热器的进流系数 Gi —— 流进散热器的流量 G1 —— 立管流量
I
2
II
L1
L2
单管顺流式 1、2——散热器并联节点 I、II——散热器
27
第二节 室内热水供暖系统水力计算的任务和方法
25
第二节 室内热水供暖系统水力计算的任务和方法
二、供暖系统水力计算的方法 3、使用等温降法计算应注意的问题 1）如果系统未知循环作用压力，可在计算出总压力 损失之上附加10%确定必需的循环作用压力。
2）各并联循环环路应尽量做到阻力平衡，以保证各 环路分配的流量符合设计要求。
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第二节 室内热水供暖系统水力计算的任务和方法
一、管路水力计算的基本公式 1 沿程压力损失 （1）层流区 当 Re<2300 时，流动呈层流状态 沿程阻力系数λ值仅取决于雷诺数 Re 值
64 f Re Re
在热水供暖系统中很少遇到层流状态，仅 在自然循环热水供暖系统的个别水流量很 小、管径很小的管段内，才会遇到层流的 流动状态。
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第二节 室内热水供暖系统水力计算的任务和方法
二、供暖系统水力计算的方法 3、使用等温降法计算应注意的问题 3）散热器的进流系数 机械循环热水供暖系统散热器进流系数： 散热器并联环路的压力损 失较大，比摩阻R值较高
忽略自然循环附加压力的影 响，认为两侧散热器小环路 的压力损失相等
确定进流系数
29
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
二、当量阻力法 计算管段的总压力损失Δp
p
py p j d
d 2
v
2
2

v
2
2
v2
管段的折算阻力系数
zh d
×
14
p
=
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
二、当量阻力法
p =
2） 根据系统的循环作用压力，确定最不利环路的平均 比摩阻Rpj
可选用一个比较合适的平均比 摩阻来确定管径 选用的比摩阻Rpj值越大
R 6.25 10
8
G2
d d5
需要的管径较小
降低系统基建投资和热损失 系统循环水泵的投资和运行电耗增加 经济比摩阻 规定的计算年限内总费用最小
机械循环：60～120 Pa/m
Py L

v2
d 2
R 6.25 10
2 G 8
沿程压力损失（Pa） 沿程阻力系数 管径（m） 流体的密度（kg/m3） 管中流体的速度（m/s） 管段的长度（m） 比摩阻（Pa/m）
d d5
2
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
一、管路水力计算的基本公式 1 沿程压力损失
在统计局部阻力时，对于三通 和四通管件的局部阻力系数， 应列在流量较小的管段上。还 要注意流向。
6. 7. 8.
求出各管段的压力损失，p p y p j 求环路总压力， p p y p j 计算富裕压力值
考虑由于施工的具体情况，可能增加一些在设计 计算中未计入的压力损失。因此，要求系统 应有10%以上的富裕度。
p j
v
2
2


d
Ld
v2
2
管段中局部阻力的当量长度
16
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
三、当量长度法
管段的总压力损失
管段的折算长度 多用于室外热力网路的水力计算
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第二节 室内热水供暖系统水力计算的任务和方法
一、热水供暖系统水力计算的任务 ① 已知: 求解: 各管段的流量 系统的循环作用压力 各管段管径 实际工程设计的主要内容 校核循环水泵扬 程是否满且要求
方法 不易使各并联环路阻力达到平衡， 运行时易出现近热远冷的 水平失调问题 在选定管径后，根据压力损失平 衡的要求，计算各立管流量，再 根据流量计算立管的实际温降， 最后确定散热器的面积。
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不等温降法
第二节 室内热水供暖系统水力计算的任务和方法
二、供暖系统水力计算的方法 2、等温降法计算步骤
R f G, d
R pj
L
Rpj —— 最不利循环环路的平均比摩阻 Δp —— 最不利循环环路的循环作用压力 α —— 沿程压力损失占总压力损失的估计百分数，由附 录20（P301）确定 ∑L —— 环路的总长度
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第二节 室内热水供暖系统水力计算的任务和方法
二、供暖系统水力计算的方法 2、等温降法计算步骤
1） 根据已知温降，计算各管段流量
G —— 各计算管段流量(kg/h) Q —— 各计算管段的热负荷 —— 系统的设计供水温度 —— 系统的设计回水温度
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第二节 室内热水供暖系统水力计算的任务和方法
二、供暖系统水力计算的方法 2、等温降法计算步骤
2） 根据系统的循环作用压力，确定最不利环路的平均 比摩阻Rpj p 无法确定
K 0.11 d
0.25
8
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
一、管路水力计算的基本公式 1 沿程压力损失 （2）紊流区 湍流区的沿程阻力系数λ值的统一公式 柯列勃洛克公式
1
2.51 K / d 2lg 3.72 Re
0.25
K 68 0.11 阿里特苏里公式 d Re 室内热水供暖系统的流动状态：紊流过渡区 室外热水供暖系统的流动状态：紊流粗糙区
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
• 管路水力计算的基本公式 • 当量阻力法
• 当量长度法
1
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
一、管路水力计算的基本公式 沿程压力损失 局部压力损失 1 沿程压力损失
v
G 3600
d2
4

比摩阻 R Py λ d ρ v L R —— —— —— —— —— —— ——
9
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
一、管路水力计算的基本公式 1 沿程压力损失
2 G 8
R 6.25 10
d d5
R f G, d
沿程压力损失
附录13
py RL
10
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
一、管路水力计算的基本公式 2 局部压力损失 可按下式计算
4
第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
一、管路水力计算的基本公式 1 沿程压力损失 （2）紊流区 当 Re>2300 时，流动呈湍流状态，在整个湍流区 中，还可分为三个区域： 流体的运动粘滞系数 1）紊流光滑区 管中流速
v 11

K
管壁的绝对粗糙度
沿程阻力系数λ值用布拉修斯公式计算
0.3164 Re0.25
%
9.
可资用压力 计算压力损失 *100% 可资用压力
确定通过立管Ⅰ第二层散热器环路中各管 段的管径
① ②
计算通过立管Ⅰ第二层散热器环路的作用压力 确定通过立管Ⅰ第二层散热器环路中各管段的 管径 a) 求平均比摩阻Rpj b) 依据G、Rpj确定管径。（消能，最小管径 ，避免出现上热下冷垂直失调） c) 求通过底层与第二层并联环路的压降不平 衡率
v
G 3600
d2
4

1 2 p zh G 900 2 d 4 2
p A zhG
2
A:附录16（P298）
:附录18、19（P299，P300）
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第一节 热水供暖系统管路水力计算的基本原理
三、当量长度法 基本原理： 将局部压力损失折算为沿程压力损失来计算 局部压力损失相当于长度为Ld的某管段沿程压力损失
不平衡率允许范围为±15%。 正超可用支管 阀门调节。
v
2
2
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第二节 室内热水供暖系统水力计算的任务和方法
二、供暖系统水力计算的方法 2、等温降法计算步骤
7）流速的要求 根据比摩阻确定管径时，应注意管中的流速不能超过 规定的最大允许流速，流速过大会使管道产生噪音
《暖通规范》规定的最大允许流速为：
民用建筑 生产厂房的辅助建筑 生产厂房 1.2m/s 2m/s 3m/s
p y Rsh L
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第二节 室内热水供暖系统水力计算的任务和方法
二、供暖系统水力计算的方法 2、等温降法计算步骤 5）确定各管段的局部阻力系数∑ξ（附录14，P297）， 计算确定各管段的局部压力损失pj
p j
v2
2
6）确定系统总的压力损失Δp
p p y p j RL
① ② ③
求单位长度平均比摩阻Rpj 根据各管段的热负荷，求出各管段的流量 根据G、Rpj选择最接近Rpj的管径，查出d、v 、R 查R的原因：
Rpj与R不一致 管径限制
4.
确定沿程压力损失，利用实际的R
5.
确定局部阻力损失
①
②
确定局部阻力系数ζ 根据各管段流速v，查出动压头值，依据求 出局部损失