供热水力计算

在实际工程设计中，为了简化计算，也 有采用所谓“当量局部阻力法”或“当量长 度法”进行管路的水力计算。
1、当量局部阻力法
当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程 损失转变为局部损失来计算。
设管段的沿程损失相当于某一局部损失Pj，则
Pj
d
2
2
d
l
2
2
计算管段的总压可写为：
p

py
pj
d
2
2
2
2
d
粗糙管区的摩擦阻力系数值，可用尼古拉兹公
式计算:
1 1.14 2lg
d
2
K
对于管径等于或大于40mm的管子，用希弗林
松推荐的、更为简单的计算公式也可得出很接
近的数值：
0.11
K
0.25
d
管壁的当量绝对粗糙度K值与管子的使用情
况（流体对管壁腐蚀和沉积水垢等状况）和管 子的使用时间等因素有关。
对于热水供暖系统，根据运行实践积累的资
任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串 联或并联的计算管段组成的。
每米管长的沿程损失(比摩阻)，可用
流体力学的达西．维斯巴赫公式进行计
算。
2
R d2
热媒在管内流动的摩擦阻力系数值取决于 管内热媒的流动状态和管壁的粗糙程度，即 ：
f Re,
Re d
v
K
d
摩擦阻力系数值是用实验的方法确定的。
R 0.625 10 8 G 2 d5
在给定某一水温和流动状态下，上式 的 和 值是已知值，管路水力计算基本公式可以 表示为 R f d,G 的函数式。只要已知R、G、d 中任意两数，就可确定第三个数值。
附录5-1给出室内热水供暖系统的管路水 力计算表。
2、局部损失
管段的局部损失，可按下式计算：
热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用 下式表示：
ΔP＝ΔPy+ΔPi＝Rl+ΔPi
Pa
式中 ΔP——计算管段的压力损失，Pa； ΔPy——计算管段的沿程损失，Pa； ΔPi——计算管段的局部损失，Pa；
R——每米管长的沿程损失，Pa ／m； l——管段长度，m。
1、沿程损失
在管路的水力计算中，通常把管路中水流量 和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。
三、塑料管材的水力计算
分户计量热水供暖系统常用塑料管材， 值的 计算公式是由实验得出的，再求出R值编制成表， 计算时可查表5-1 p73。
表5-1中的数值是水温为10℃时的，当水温升 高时，对其要进行修正，可按下式修正：
R=RO·a
式中 R—热媒在计算温度和流量下的比摩阻，Pa/m； RO—表5-1中的数据，Pa/m； 比摩阻的水温修正系数a，见表5-2。 地暖系统要注意。
第二种情况的水力计算，常用于校核计算。根 据最不利循环环路各管段改变后的流量和已知 各管段的管径，利用水力计算图表，确定该循 环环路个管段的压力损失以及系统必需的循环 作用压力，并检查循环水泵的扬程是否满足要 求。 第三种情况下的水力计算，是根据管段的管径 d和该管段的允许压力降，来确定通过该管段 的流量。对已有的热水供暖系统，在管段已知 作用压头下，校核各管段通过的水流量的能力 ，以及热水供暖系统采用的所谓“不等温降” 水力计算方法，就是按此方法进行计算的。
2、当量长度法
当量长度法的基本原理是将管段的局部损失 折合为管段的沿程损失来计算。
如某一管段的总局部阻力系数为 ，设它的压 力损失相当于流经管段ld米长度的沿程损失，则
2
2
Rl d
d ld
2
2
水力计算基本公式，可表示为：
P Rl Pj R(l ld ) Rl zh
式中 lzh——管段的折算长度，m。 当量长度法一般多用在室外热力网路的水 力计算上。
2
2
zh
2
2
若已知管段的水流量G时，该管段的总压 力损失可改写为：
p zh
2
2
9002
1 2d
4
•
2
zhG 2
A zhG 2
附录5-4列出当水的平均温度为60℃，相应水的密 度 983.248kg / m时3 ，各种不同管径的A值和 / d 值 （摩擦阻力系数取一平均值计算）。
Pj
2
2
水流过热水供暖系统管路的附件的局部阻力系 数值 ，可查附录5-2。
附录5-3给出热水供暖系统局部阻力系数 1
时的局部损失值。即
Pd
2
2
，表示
1时的
局部压力损失，又叫动压头。
3、总压损失
总损失为各管段沿程损失和局部损失之 和，即
p
py pj
Rl
2
2
二、当量局部阻力法和当量长度法
附录5-5给出按式 p A zhG 2 编制的水力计算表。
在工程设计中，对常用的垂直单管顺流式 系统，由于整根立管与干管、支管以及支管与 散热器的连接方式，在施工规范中都规定了标 准的连接图式；
因此，为了简化立管的水力计算，也可 以将由许多管段组成的立管视为一根管段，根 据不同情况，给出整根立管的值。其编制方法 和数值可见附录5-6和附录5-7。
铝塑管的R和 可参考表5-3和表5-4。
不同水温下水的物理性能变化对阻力影响程 度的水温修正系数可参考表5-5。辐射供暖 系统，由于辐射管比较长，阻力大，水温较 低，阻力的水温修正系数不必考虑。
四、水力计算的任务和方法
1、水力计算的任务：
按已知系统各管段的流量和循环作用压力 ，确定各管段的管径。常用于工程设计。 按已知系统各管段的流量和管径，确定系 统所需的循环作用压力，常用于校核计算 。 按已知系统各管段的管径和该管段的允许 压力降，确定该管段的水流量。校核计算 ，不等温降。
层流流动（Re）
当Re＜2320时，流动为层流状态。
64
Re
紊流过渡区流动(Re, )
过渡区的摩擦阻力系数值，可用洛巴耶夫公 式来计算，即
1.42
lgRe
d
2
K
过渡区的范围，大致可用下式确定： Re1=11或 ＝11m/s Re2 =445或=445m/s
粗糙管区（阻力平方区）( )
本讲主要内容
水力计算基本公式 当量局部阻力法和当量长度法 塑料管材的水力计算 水力计算的任务和方法
一、水力计算基本公式
设计热水供暖系统，为了使系统中各管段 的水流量符合设计要求，以保证流进各散热器 的水流量符合要求，就要进行管路的水力计算。
当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其 与管壁间的摩擦，就要损失能量；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。前者称为沿程 损失，后者称为局部损失。
料，推荐采用下列数值：
对室内热水供暖系统管路 K=0.2mm
对室外热水管网
K=0.5mm
根据过渡区范围的判别式和推荐使用的 当量绝对粗糙度K值 ,列出下表：
室内热水供暖系统的水流量G，通常以kg／h 表示。热媒流速与流量的关系式为：
G G
d 2
3600
900d 2
4
将上式代入达西公式可得到更方便的计算公式：