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1、第3章 液体输配管网水力特征与水力计算基本水力特征uu任意两个断面之间的能量方程uu位压（水柱压力）大。要注意其对于液体管网运行的影响。位压（水柱压力）大。要注意其对于液体管网运行的影响。uu空气渗入会严重影响管内的正常流动，要重视空气渗入会严重影响管内的正常流动，要重视“ “排气排气” ”。 3.1.1 闭式液体管网水力特征沿管段流动方向起点高程减去终点高程；符号数。当管段流动方向与环路方向一致为正，反之为负。3.1.1.1 3.1.1.1 重力循环液体管网的工作原理与水力特征重力循环液体管网的工作原理与水力特征忽略管道散热的影响：忽略管道散热的影响：uu起循环作用的是散热器（冷却中心）和锅
2、炉（加起循环作用的是散热器（冷却中心）和锅炉（加热中心）之间的水柱密度差与高差的乘积。如供热中心）之间的水柱密度差与高差的乘积。如供水温度为水温度为9595，回水，回水7070，则每米高差可产生的，则每米高差可产生的作用压力为作用压力为156 Pa156 Pa。重力循环的作用压力不大，重力循环的作用压力不大，环路中若积有空气，会形成气塞，阻碍循环。例环路中若积有空气，会形成气塞，阻碍循环。例如在下降的回水管中，有个充满回水管断面，高如在下降的回水管中，有个充满回水管断面，高仅仅2cm2cm的气泡，就可产生约的气泡，就可产生约192Pa192Pa的反循环力。因的反循环力。因此要特别重视排气。此要
3、特别重视排气。uu为了排气，系统的供水干管必须有为了排气，系统的供水干管必须有0.50.51.0%1.0%向膨向膨胀水箱方向上坡度，散热器支管的坡度一般取胀水箱方向上坡度，散热器支管的坡度一般取1%1%。在重力循环系统中，水的流速较低，空气能逆着在重力循环系统中，水的流速较低，空气能逆着水流方向，经过供水干管聚集到系统的最高处，水流方向，经过供水干管聚集到系统的最高处，通过膨胀水箱排除。通过膨胀水箱排除。 （1）并联管路的水力特征uu环路环路a-Sa-S1 1-b-b-热源热源-a-a环路a-S2-b-热源-a双管系统的垂直失调uu当上下层环路的管道、散热器尺寸一致时，必然出现上层的流量大于下
4、层的情况。在供热系统中，称为垂直失调。uu解决办法：在设计时正确计算不同环路的循环动力，采用不同的管道与设备尺寸及调节措施。（2）串联管路的水力特征uu环路动力：各个散热中心处于同一环路，循环动力相同。需要计算从各个散热中心流出的流体的密度。密度推算：tj是第j组散热器出流流体的温度。根据温度，求取各个密度值。单管系统的垂直失调n在串联环路中，各层散热器循环作用压力是同一个，但进出口水温不相同，越在下层，进水温度越低。 n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变化，在选择设备时没有正确考虑这一点，也会带来各个散热器的散热量达不到设计要求，引起垂直失调。（3）水在管路中沿途冷却的影
5、响上述分析，没有考虑水在管路中沿途冷却的因素。水的温度和密度沿循环环路不断变化，不仅影响各层散热器的进、出口水温，同时也影响到循环动力。由于重力作用形成的循环动力不大，在确定实际循环动力大小时，必须加以考虑。精确计算：必须明确密度沿程变化的关系式。在工程中，采用简化处理。首先只考虑水在散热器内冷却，然后根据不同情况，增加一个考虑水在循环管路中冷却的附加作用压力。它的大小与系统供水管路布置状况、楼层高度、所计算的冷却中心与加热中心之间的水平距离等因素有关。其数值可从相关采暖设计手册查取。3.1.1.2 3.1.1.2 机械循环液体管网的工作原理与水力特征机械循环液体管网的工作原理与水力特征3.1
6、.2 闭式液体管网水力计算 uu液体管网和气体管网在水力计算的主要目的、基本原理和方法上是相同的。只是因为液体的物性参数与气体有显著差别，液体管网的工作参数也与气体管网有一定区别，所以二者水力计算使用的计算公式和技术数据有所不同。 3.1.2.1 液体管网水力计算的基本公式 （1）摩擦阻力：室内管网，常处于紊流过渡区： 室外管网，常处于阻力平方区：（2）局部阻力3.1.2.2 液体管网水力计算的主要任务和方法 任任务务（1 1） ：已已知知管管网网各各管管段段的的流流量量和和循循环环动动力力，确定各管段的确定各管段的管径管径。方方法法：压压损损平平均均法法。预预先先求求出出管管段段的的平平均均
7、比比摩摩阻阻，作为选择管径的控制参数。作为选择管径的控制参数。然后根据各管段流量和Rmp，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。uu任务（任务（2 2） ： 已知各管段的已知各管段的流量流量和和管径管径，确定管，确定管网的网的需要压力需要压力。uu方法：方法： 首先计算最不利环路各管段的压力损失，首先计算最不利环路各管段的压力损失，如果不能忽略重力作用，计算重力作用形成的循如果不能忽略重力作用，计算重力作用形成的循环动力。按下式确定管网的需用压力：环动力。按下式确定管网的需用压力：然后计算其他环路的资用压力
8、，用压损平均法对各个环路与最不利环路共用的各个管段进行压损平衡。uu任务（任务（3 3）：已知各管段的）：已知各管段的流量流量，确定各管段的，确定各管段的管管径径和管网的和管网的需用压力需用压力。uu方法：首先用方法：首先用假定流速法假定流速法计算计算最不利环路最不利环路。根据。根据管网的技术经济要求，选用经济流速或经济比摩管网的技术经济要求，选用经济流速或经济比摩阻，用公式或图表确定管径，计算各个管段的阻阻，用公式或图表确定管径，计算各个管段的阻力损失，进而确定管网的需用压力。力损失，进而确定管网的需用压力。uu然后计算其他环路的资用压力，用压损平均法对然后计算其他环路的资用压力，用压损平均
9、法对各个环路与最不利环路共用的各个管段进行压损各个环路与最不利环路共用的各个管段进行压损平衡。平衡。室内采暖管网最大允许的水流速：室内采暖管网最大允许的水流速：uu民用建筑民用建筑 1.2m/s1.2m/suu生产厂房的辅助建筑物生产厂房的辅助建筑物 2m/s2m/suu生产厂房生产厂房 3m/s3m/s。室外供热管网室外供热管网最大允许的水流速最大允许的水流速： 3.5m/s3.5m/s室内供热、空调水管网的经济比摩阻：室内供热、空调水管网的经济比摩阻：60120Pa/m.60120Pa/m.室外供热管网的经济比摩阻：室外供热管网的经济比摩阻：主干线：主干线：3070pa/m3070pa/m
10、支线：支线：300Pa/m300Pa/muu任务（任务（4 4）：已知管网各管段的）：已知管网各管段的管径管径和该管段的和该管段的允允许压降许压降，确定通过该管段的，确定通过该管段的水流量水流量。uu方法：利用公式和图表计算。方法：利用公式和图表计算。“ “不等温降法不等温降法” ”在用水流量携带热量（冷量）的工程中，实际上要求在用水流量携带热量（冷量）的工程中，实际上要求满足的是末端设备的散热量（或吸热量）。此方法根满足的是末端设备的散热量（或吸热量）。此方法根据管段的实际允许压降确定流量，可以得到满足环路据管段的实际允许压降确定流量，可以得到满足环路压力平衡的流量（实际运行流量）。然后可根
11、据流量，压力平衡的流量（实际运行流量）。然后可根据流量，选择合适的换热设备，来满足需要的散热量。选择合适的换热设备，来满足需要的散热量。uu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。uu任务（3）：已知各管段的流量，确定各管段的管径和管网的需用压力。枝状室外供热管网uu任务（2） ： 已知各管段的流量和管径，确定管网的需要压力。空调冷冻水uu任务（4）：已知管网各管段的管径和该管段的允许压降，确定通过该管段的水流量。3.1.2.3 重力循环双管系统管网水力计算 uu例例3-23-2计算准备：绘制管网图、管段编号、计算各个管段的设计流量。计算准备：绘制管网图、管段编号、计算
12、各个管段的设计流量。（1 1）选最不利环路：）选最不利环路：通过立管通过立管的最底层散热器的最底层散热器1 1（1500W1500W）的环路。）的环路。这个环路从散热器这个环路从散热器1 1顺序地经过管段顺序地经过管段、，进入，进入锅炉，再经管段锅炉，再经管段、进入散热器进入散热器1 1。（2 2）计算最不利环路循环动力：）计算最不利环路循环动力： （3）确定最不利环路各管段的管径1 1）计算平均比摩阻（控制值）。）计算平均比摩阻（控制值）。2）根据各个管段的流量，用热水采暖水力计算表，选择接近Rpj的标准管径，并根据流量和管径，查出实际比摩阻。如管段，流量272kg/h， Rpj3.84Pa
13、/m，查表选DN32的管径，根据流量272kg/h和DN32的管径，查得流速0.08m/s，比摩阻3.39Pa/m。填入表中，并计算该管段的摩擦阻力。3）相同方法确定出最不利环路的所有管段的管径。（4 4）统计该管段的局部阻力系数，计算局部阻力。）统计该管段的局部阻力系数，计算局部阻力。（5 5）求各管段的压力损失）求各管段的压力损失 沿程阻力损失局部阻力损失。沿程阻力损失局部阻力损失。（6 6）计算最不利环路的总阻力。）计算最不利环路的总阻力。（7）核算压力富余值。至此，最不利环路计算完成。（8）其他环路计算uu确定通过立管第二层散热器环路中各管段管径。 不与最不利环路共用的管段是15、16
14、，共用的管段是2-13。管段15、16的资用动力： uu用同样的方法，根据管段用同样的方法，根据管段1515和和1616的流量的流量G G及平均及平均比摩阻，确定管径比摩阻，确定管径d d，R Rmm并计算摩擦阻力、局部阻并计算摩擦阻力、局部阻力。管段力。管段1515和和1616的总阻力为的总阻力为524Pa524Pa。uu核算资用动力与计算阻力的不平衡率。核算资用动力与计算阻力的不平衡率。 用同样的方法，依次计算I立管第3层、II、III、IV、V各立管各层的管路。说明：uu有的环路中，可能有的管段已选用了最小管径，仍不能实现允许的不平衡率，可通过调节装置在运行时进行调节。uu离热源较远的立
15、管、各层支管及共用管段选用较大的管径，便于离热源较近立管各个环路实现平衡。3.1.2.4 机械循环液体管网的水力计算方法 （1）室内热水采暖管网uu与上级管网采用直接连接的管网与上级管网采用直接连接的管网循环动力由上级管网提供。循环动力由上级管网提供。室内管网的资用压力往室内管网的资用压力往往比较大往比较大，特别是距离循环动力比较近的建筑物。，特别是距离循环动力比较近的建筑物。此时，按资用压力计算得出的最不利环路的平均比此时，按资用压力计算得出的最不利环路的平均比摩阻较大，按此选用管径，造成管内流速高、噪音摩阻较大，按此选用管径，造成管内流速高、噪音大，且其他环路难于平衡。故一般按控制比摩阻大
16、，且其他环路难于平衡。故一般按控制比摩阻6060120Pa/m120Pa/m进行计算，剩余压力靠入口减压装置消进行计算，剩余压力靠入口减压装置消耗。耗。uu与上级管网采用间接连接的室内管网与上级管网采用间接连接的室内管网水力计算的目的是确定管网的需用压力和各管段管水力计算的目的是确定管网的需用压力和各管段管径。仍按控制比摩阻进行计算。径。仍按控制比摩阻进行计算。任务（任务（3 3）uu关于重力循环动力关于重力循环动力水在管道内冷却的附加作用压力可不考虑。对双管水在管道内冷却的附加作用压力可不考虑。对双管系统，要考虑水在散热器冷却的重力循环动力；单系统，要考虑水在散热器冷却的重力循环动力；单管系
17、统，若各立管楼层数相同，可不考虑；若不同，管系统，若各立管楼层数相同，可不考虑；若不同，要考虑。要考虑。（2）空调冷冻水管网uu一般是建筑物自成系统（现在也有区域供冷，如北京的中关村）。水力计算目的是确定管网的需用压力。按照推荐流速或控制比摩阻选择最不利环路的管径，再对其他环路进行压损平衡。任务（2） uu供回水温差小，不考虑重力作用形成的循环动力。提醒：uu注意阻力计算公式的选用及修正。uu注意粗糙度等基础参数的取值。uu灵活应用各种计算参考资料（图表）。uu阅读有关规范的相关条文。! !采暖通风与空气调节设计规范采暖通风与空气调节设计规范GB50019-2003GB50019-2003（3
18、）枝状室外供热管网的水力计算! !城市热力网设计规范城市热力网设计规范CJJ34-2002CJJ34-2002水力计算任务：根据已知流量，确定各个管段的管径。计算管网的需用压力。任务（3）计算的基本方法：uu 先按控制比摩阻计算最不利环路，再对其他环路进行压损平衡。uu 不考虑重力作用形成的动力。基本公式（流动常处于阻力平方区）：uu流量的单位是t/h；K=0.5mm.例例3-33-3某工厂厂区热水供热系统，其网路平面布置图（各管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）见图段的长度、阀门及方形补偿器的布置）见图3-1-73-1-7。网路的计算。网路的计算
19、供水温度供水温度t t1 1=130=130，计算回水温度，计算回水温度t t2 2=70=70。用户。用户E E、F F、D D的的设计热负荷设计热负荷Q Qn n分别为：分别为：3.518 GJ/h3.518 GJ/h、2.513 GJ/h2.513 GJ/h和和5.025GJ/h5.025GJ/h。热用户内部的阻力为热用户内部的阻力为P P=5=510104 4 PaPa。试进行该热水网路的水力。试进行该热水网路的水力计算。计算。 （1）准备工作uu管网图绘制、标注管段编号、长度、管件，计算管网图绘制、标注管段编号、长度、管件，计算出设计流量，填入编制的计算表格。出设计流量，填入编制的计
20、算表格。uu例：管段例：管段B-EB-E的设计流量计算如下：的设计流量计算如下：水力计算表 表3-1-5管段编号计算流量G（t/h）管段长度 l （m）局部阻力当量长度之和ld（m）折算长度lzh（m）公称直径 d （mm）流速v（m/s）比摩阻R（Pa/m）管段的压力损失P（Pa）123456789主干线AB4420048.44248.441500.7444.811130BC3018042.34222.341250.7354.612140CD2015034.68184.681000.7679.214627支线BE147018.688.6701.09278.524675CF108018.698
21、.6700.77142.214021（2）最不利环路计算说明：uu室外热水管网的回水管路沿供水管路相同的路径布置，管径、管内流量与对应的供水管段相同。uu一般是闭式管网（不从管网取出热水）。最不利环路的管线也称为“主干线”。本例选A-B-C-D为主干线。控制比摩阻3070Pa/m。管段AB：uu流量流量44t/h44t/h。查表，取。查表，取d=150mmd=150mm，R=44.8Pa/mR=44.8Pa/muu闸阀闸阀1 1个，方形补偿器个，方形补偿器3 3个，当量长度：个，当量长度：相同方法计算管段BC、CD。（3）计算其他支路uu对其他环路进行压损平衡。对其他环路进行压损平衡。uu管段
22、管段BEBE：同理计算管段CF。3.2 开式液体管网水力特征与水力计算 uu水泵扬程需要克服进出口的高差。3.2.1 建筑给水管网水力计算 3.2.1.1 3.2.1.1 确定设计流量与管径确定设计流量与管径 流量的确定流量的确定流量的确定流量的确定要考虑末端用水器具的同时用水系数（即同时给水百分数），要考虑末端用水器具的同时用水系数（即同时给水百分数），分两种情况采用不同的计算公式。分两种情况采用不同的计算公式。 （1 1）用水时间集中，用水设备使用集中，同时给水百分数）用水时间集中，用水设备使用集中，同时给水百分数高的建筑，如工业企业生活间、公共浴室、洗衣房、食堂餐高的建筑，如工业企业生活
23、间、公共浴室、洗衣房、食堂餐厅、实验室、影剧院、体育场等厅、实验室、影剧院、体育场等。（2 2）用水时间长，用水设备使用不集中，同时给水百分数）用水时间长，用水设备使用不集中，同时给水百分数随用水器具数量增加而减少的建筑，如住宅、宾馆、医院、随用水器具数量增加而减少的建筑，如住宅、宾馆、医院、学校、办公楼等，用水器具种类多，且各种用水器具的额定学校、办公楼等，用水器具种类多，且各种用水器具的额定流量又不尽相同，为简化计算，将安装在污水盆上，管径为流量又不尽相同，为简化计算，将安装在污水盆上，管径为15mm15mm的配水龙头的额定流量的配水龙头的额定流量0.2L/s0.2L/s作为一个当量，其它
24、用水作为一个当量，其它用水器具的额定流量对它的比值，即为该用水器具的当量值。用器具的额定流量对它的比值，即为该用水器具的当量值。用下式计算管段的给水设计秒流量下式计算管段的给水设计秒流量q qg g： 管径的确定按控制流速范围来确定。设计时给水管道流速应控制在正常范围内：生活或生产给水管道，不宜大于2.0m/s，当有防噪声要求，且管径小于或等于25mm时，生活给水管道内的水流速度，可采用0.81.0m/s；消火栓系统，消防给水管道，不宜大于2.5m/s；自动喷水灭火系统给水管道，不宜大于5.0m/s，但其配水支管在个别情况下，可控制在10m/s以内。按流量和流速确定管径规格后，需按确定的管径核
25、算实际流速。 3.2.1.2 建筑给水管网水头损失计算 （1）沿程阻力选用公式或图表计算。注意它们的使用条件。选用公式或图表计算。注意它们的使用条件。参考书参考书建筑给水排水工程建筑给水排水工程（第四版）王增长（第四版）王增长 主编主编（2）局部阻力一一般般不不作作详详细细计计算算，可可按按下下列列管管网网沿沿程程水水头头损损失失的的百百分分数数采采用；用；生活给水管网为生活给水管网为25%25%30%30%；生生产产给给水水管管网网；生生活活、消消防防共共用用给给水水管管网网；生生活活、生生产产、消消防共用给水管网为防共用给水管网为20%20%；消火栓系统消防给水管网为消火栓系统消防给水管网为10%10%；自动喷水灭火系统消防给水管网为自动喷水灭火系统消防给水管网为20%20%；生产、消防共用给水管网为生产、消防共用给水管网为15%15%。（3）水表阻力是较为特殊的局部阻力。（4）管网需用压力自学【例3-4】
