重庆大学《流体输配管网》课程试题 (7)

重庆大学教务处
制
重庆大学建环专业2002级
《流体输配管网》期末考试题解答（A）
考试时间：2004.12.27上午8：00~10：00
考试地点：B3501，B3502，B3503，B3508，B3509，B3511
一、简要回答以下各题。

（共45分）
1. 如何区分枝状管网与环状管网？（5分）
答：枝状管网与环状管网应根据管网中流动路径的确定性进行区分。

管网的任一管段的流向都是确定的，唯一的，该管网属于枝状管网。

若管网中有的管段的流动方向是不确定的，存在两种可能，该管网属于环状管网。

2. 为什么要对燃气管网按照输气压力进行分级？（5分）
答：燃气管道漏气可能导致火灾、爆炸、中毒及其它安全事故。

燃气管道的气密性与其它管道相比，有特别严格的要求。

管道中压力越高，管道接头脱开或管道本身裂缝的可能性和危险性也越大。

因此，燃气管道按输气压力分级。

不同压力等级，对管道材质、安装质量、检验标准和运行管理的要求也不同。

3. 热水采暖重力循环和机械循环比较，各有哪些优点和缺点？（5分）
答：重力循环系统
优点：系统简单，运行节能，无水泵运行噪声；
缺点：系统作用范围小，容易出现水力失调，热源机房位置受限。

机械循环系统
优点：系统作用范围广，并联支路水力平衡容易调节，热源机房位置灵活；缺点：系统比重力循环系统复杂，运行有水泵能耗和噪声。

4. 简要分析管内流速取值对管网设计的影响。

（5分）
答：管内的流速对管网的技术经济性有很大的影响。

流速高，管道断面小，占用的空间小，材料耗用少，建造费用小；但是系统的阻力大，动力消耗增大，运行费用增加，且增加噪声。

若流体中含有粉尘等，会增加设备和管道的磨损。

反之，流速低，阻力小，动力消耗少；但是管道断面大，材料和建造费用大，占用的空间大。

流速过低还会使粉尘、杂质沉积而堵塞管道。

因此，必须通过全面的技术
经济比较选定合理的流速。

5. 有两个完全相同的机械通风管网（即管道系统相同，匹配的风机也相同），一个在成都，一个在拉萨。

这两个管网运行时，风机的转速也相同。

问：两个管网的风量是否一样？风机耗用的电功率呢？（5分）
答：风量相同。

成都的这个管网耗用的电功率大。

因为这两个管网运行时，风机
的工况相似。

根据相似率，1>==拉萨
成都拉萨成都拉萨成都；ρρ
N N Q Q 。

6. 简述欧拉方程g
v v g w w g u u H T 2222
12222212122-+
-+-=的物理意义。

（5分） 答：第一项是离心力作功，使流体自进口到出口产生一个向外的压能增量；第二项是由于叶片间流道展宽、相对速度降低而获得的压能增量，它代表叶轮中动能转化为压能的份额。

由于相对速度变化不大，故其增量较小；第三项是单位重量流体的动能增量。

7. 什么是水力失调？哪些原因会导致水力失调？
答：管网中的管段实际流量与设计流量不一致，称为水力失调。

水力失调的原因主要是：(1)管网中流体流动的动力源提供的能量与设计不符。

例如：风机、泵的型号、规格的变化及其性能参数的差异，动力电源电压的波动，流体自由液面差的变化等。

(2)管网的流动阻力特性发生变化，即管网阻抗变化。

如管材实际粗糙度、存留于管道中杂质，管段长度、弯头、三通及阀门开度改变等局部阻力的增减等，均会导致管网实际阻抗与设计计算值偏离。

8. 如图是某蒸汽供暖系统供汽干管的一部分，蒸汽从A 点供向D 点。

简要说明： （1）AB 、CD 管段坡度方向？（2分） （2）疏水器的作用？（3分）
（3）管段AB 、BC 内蒸汽流速哪个可取得大些，为什么？（3分） （4）为节省投资，图中疏水器在什么条件下可采用水封代替？（2分）
答：（
（2）
（3）管段AB内蒸汽流速可比BC内取得大些，因为管段AB内蒸汽和凝结水同向流动而BC内蒸汽和凝结水逆向流动，AB内发生水击现象的可能小于BC 管段。

（4）当疏水器前蒸汽压力较小，可采用水封代替疏水器以节省投资，此时水封高度必须大于蒸汽压力所对应的水柱高度。

二、（共15分）如图，某5层建筑，层高4.5米，新风处理机组设于屋顶。

夏季新风送风竖管向各层送冷风，冬季送热风。

夏季设备出口点6空气密度ρ=1.20 kg/m3，速度为8 m/s ，全压P q6=200 Pa ，6点至5点的风管总长度为10米，各段新风管内气流比摩阻R为0.6 Pa/m ，弯头局部阻力系数取0.2，直流三通局部阻力系数取0.1，分流三通局部阻力系数取0.35，不考虑管道漏风。

（5）请选出该管网的最不利环路，并说明其阻力由哪些部分构成？（3分）（6）求5点的静压P j5？（3分）
（7）若要实现各风口均匀送风，在不依靠阀门调节的情况下，4点管内动压风速应为多大？（5分）
（8）如考虑重力影响，管网和新风机（后向型叶片）均不做任何调节，定性分析冬季与夏季送风量的变化情况，并说明理由。

（4分）
6点到5点局部阻力ΔPj,6-5=∑
2
2
vρ
ξ
=0.2x1.2x82/2=7.68 Pa
5点全压Pq,5= Pq,6—（ΔPy,6-5+ ΔPj,6-5）=200-6.0-7.68=186.32 Pa 5点动压近似取与6点相等，则
Pj,5= Pq,5—Pd,5=186.32—1.2x82/2=147.92 Pa
（3）均匀送风时，Pj,4= Pj,5=147.92 Pa
5点到4点阻力=ΔPy,5-4+ ΔPj,5-4=0.6x4.5+0.1x1.2x82/2=6.54 Pa
4点全压Pq,4= Pq,5—（ΔPy,5-4+ ΔPj,5-4）=186.32—6.54=179.78 Pa 4点动压Pd,4= Pq,4—Pj,4=179.78—147.92=31.86 Pa
4点动压速度V4=
ρ
4,
2
d
P
=2.1
86
.
31
2⨯
=7.29 m/s
（4）考虑重力影响时，冬季送风量比夏季少。

因为冬季热风重力附加作用压力向下为负数，重力作用削弱了系统的总作用压力；夏季冷风重力附加作用压力向
下为正数，重力作用增强了系统的总作用压力。

在系统管网阻抗不变的风机不调节的情况下，冬季送风量比夏季少。

三. 某闭式水管网系统并联有两台相同的循环水泵。

单台水泵在额定转速2900r/min 时的Q —H 性能曲线为图中曲线I 。

管网中开启一台水泵时，流量为130 m 3/h ，扬程为26mH 2O 。

（20分）
（1）利用图解法求解开启一台水泵时的工况点。

（2）若管网只需流量70 m 3/h ，拟采用：关小管路中阀门或调节水泵转速的办法来实现。

利用图解法求出采用这两种调节方法后水泵的工况点。

采用关小调节阀的方法时，管网的阻抗值应增加多少？采用调节转速的方法时，转速应为多少？比较采用这两种方法后水泵耗用电能的情况，水泵效率近似为75%。

（3）不改变管网，让两台水泵共同工作，利用图解法求解此时管网的总流量、每台水泵的流量及扬程。

答：（1）管网的总阻抗是2322
/h)O/(m mH 001538.0130
26
==
S ，作管网特性曲线，与一台水泵性能曲线的交点a 为工况点。

（2）关小阀门时工况点是b ，此时扬程36.5 mH 2O ，流量70m 3/h ，阻抗
2322
/h)O/(m mH 007449.070
5.36'==
S ，阻抗增加值：2
32/h)O/(m mH 005911.0。

调整转速时工况点应为点c ，此时扬程7.54 mH 2O ，流量70m 3/h ，过c 作相似工况曲线2
22Q Q H kQ H c
c =
=，与管网特性曲线重合，交水泵性能曲线a 则c 与a 是相似工况点。

所以转速应调至：min /156********
70
'r n =⨯=。

功率相差：W 736375
.0360070
54.7980775.03600705.369807=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯。

（3）两水泵并联工作时的联合性能曲线是II ，此时总工况点是d ，管网总流量152m 3/h ，每台水泵工作在点e ，流量76 m 3/h 。

为该管网匹配了一台风机，当风机运行时，测得其风量是5500m3/h。

（1）绘制此管网在风机运行时的全压分布图。

（4分）
压力分布图如下：
如下表。

（1）以节点V 6为参考节点，写出该管网图的基本关联矩阵B k ，和节点流量平衡方程组。

（5分）
（2）以管段1、2为余枝，写出该管网图的独立回路矩阵Cf 和独立回路压力平衡方程组。

（5分）
（1） 以节点6为参考点的基本关联矩阵B k =⎥⎥⎥⎥⎥
⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------1010000001001000010
1111010000100
100
节点流量平衡方程矩阵⎥⎥⎥⎥
⎥
⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------10100000010010000101111010000100100⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡7654321q q q q q q q =⎥⎥⎥
⎥⎥⎥
⎦⎤⎢⎢
⎢⎢⎢
⎢⎣⎡
---610570*********
（2）独立回路矩阵C f =⎥
⎦
⎤
⎢⎣⎡---10100100101101 节点压力平衡方程矩阵⎥
⎦
⎤
⎢⎣⎡---10100100101101⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥
⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡7654321h h h h h h h =⎥⎦⎤⎢⎣⎡00 写成方程的形式：将7~1,2==i q S hi i i 代入。