系统压力损失及流量平衡
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管道系统的压力损失和流量平衡
意大利卡莱菲公司北京办事处 舒雪松
一、平衡流量
指系统的压头(扬程)改变后随之改变的新流量。它可以通过以下公式计算:
G 1 = G ×(H 1/H )0.525 公式(1)
其中:G 1=系统平衡后流量(新流量) H 1=系统新的压头 G=系统原流量 H=系统原压头
注:G 1,G ,H 1,H 的单位应该一致。比如G 用m 3/h 为单位,则G 1也应该是m 3/h 。
以上公式根据流体动力学的理论衍变出来,它假设在水循环系统中,压力损失的总和与流量的指数为1.9的关系,即Z=ΔP X G 1.9, Z 就是系统流量曲线的特征系数。这个公式适合于我们在上一个章节里讲到的高、中、低粗糙度管道。
新流量与原流量的关系通过倍率F 表述:
F =
G 1 / G 公式(2)
这个倍率用于确定系统经过平衡后每个支路、末端的新流量。 范例(1)一个传统双管系统的平衡流量计算方式
如图1所示:
循环回路A 有四个末端,其特征为: HA=980mm 水柱(扬程) GA=550 l/h(流量)
G 1=160 l/h , G 2=140 l/h, G 3=140 l/h, G 4=110 l/h 循环回路B 有3个末端,其特征为: HB=700mm 水柱(扬程) GB=360 l/h (流量)
G 5=140 l/h ,G 6=120 l/h ,G 7=100 l/h
现在,如果A 、B 回路汇合到一起,其流量及压损特征都会产生变化。以下我们将用3种方式进行计算。
在AB 汇合后,其汇合点的压差一致。这个压差值可以选择其中一个回路的压差值或者
回路A
回路B
汇合点N
图1
重新设定一个压差值。
A,按压差值大的回路A为标准计算:
即Hn=HA=980mm水柱,因此只需要平衡回路B的流量。通过公式(1)计算B回路的新流量,得出:
GBn=GB×(Hn/HB) 0.525=360×(980/700) 0.525 = 429.5 l/h
通过公式(2)得到倍率F=429.5/360=1.193
因此,B回路每个末端新的流量就变为:
G5=140×F=167 l/h,G6=120×F =143 l/h,G7=100×F=119 l/h
B,按压差值小的回路B为标准计算:
即Hn=HB=700mm水柱,因此只需要平衡回路A的流量,通过公式(1)计算A回路新流量,得出:
GAn=GA×(Hn/HA) 0.525=550×(700/980) 0.525 = 460.9 l/h
通过公式(2)得到倍率F=460.9/550=0.838
因此可以计算出A回路每个末端的新流量:
G1=160×F=134 l/h,G2=140 ×F =117 l/h,G3=140 ×F =117 l/h,G4=110×F=92 l/h C,按平均压差值为标准计算:
即Hn =(HB+HA)/2 = 840mm水柱,因此A,B回路流量却需要进行平衡,通过公式(1)计算A,B回路新流量,得出:
Gan = GA×(Hn/HA) 0.525 = 550×(840/980) 0.525 = 507.2 l/h
GBn = GB×(Hn/HB) 0.525 = 360×(840/700) 0.525 = 396.2 l/h
通过公式(2)得到倍率:
FA=507.2/550=0.922,FB=396.2/360=1.101,因此可以计算出A和B回路每个末端的新流量:
G1=160×FA=147 l/h,G2=140 ×FA =129 l/h,G3=140 ×FA =129 l/h,G4=110×FA=101 l/h,G5=140×FB=154 l/h,G6=120 ×FB =132 l/h,G7=100×FB=110 l/h
结论:
按大的压差计算方法保证了最远端的热效率,但在压差更小的回路内末端流量大于设计流量,因此在这个环路内可能造成过高的流速。
按小的压差计算方法不会造成太高的流速,但是却让压差值更大的回路其流量低于设计流量。
按平均的压差计算方法是前两者的折衷。在流量及流速上却更为接近设计值。
二、系统流量的计算及管径的选择实例
见图2,这是一个典型的双管系统,由8个末端组成,其系统设计标准如下:
每个末端额定流量:330 l/h
每个末端压力损失:150mm
每个末端的支管长度(供回水):4m
每个支路之间的立管长度(供回水):6m
立管与支管连接弯头:2个90
---计算末端到立管部分的局部压力损失系数ξ,见图3:
2个T型汇合口: 2 X 1.0 = 2.0
2个90弯头: 2 X 1.5 = 3.0(3/8”, 1/2”); 2 X 1.0 = 2.0(3/4”, 1”) 1个供水角阀(平均值): 4.0
1个回水角阀(平均值): 1.0
共计 Σξ= 10.0(3/8”, 1/2”); Σξ= 9.0(3/4”, 1”) ---计算支路之间的立管部分的局部压力损失系数ξ,见图4:
2个T 型汇合口: 2 X 1.0 = 2.0 1个管径扩大接头: 1.0 1个管径缩小接头: 0.5
共计Σξ= 2.0(管径不变时); Σξ= 3.5(管径改变时)
---计算末端8的流量、压力损失及管径选择:
流量G = 设计流量 = 330 l/h
支管管径: 1/2”: 流速0.44 m/s, 不超过最高流速0.7 m/s 压力损失:
● 连接末端的支管压力损失: 长度4 m, 延程压力损失r=20.5 mm/m(1/2”管在330
l/h 的流量时), 因此压力损失=4 X 20.5 = 82mm.
● 局部压力损失: 按Σξ= 10.0,流速=0.44 m/s, 根据公式
z=ξX ρ X v ² / 2 X 9.81, 得出 z=10X970X0.44²/2X9.81=96mm
● 末端压力损失:150mm
● 压力损失总和H8:82+96+150=328mm
---计算末端7、8之间的立管流量、压力损失及管径选择:
流量G 8-7 = G 8 = 330 l/h
立管管径: 3/4”:按最接近r=10mm/m 的可选商用管道计算 压力损失:
● 延程压力损失: 长度6 m, 延程压力损失r=5 mm/m(13/4”管在330 l/h 的流量时),
因此压力损失=6 X 5 = 30mm.
● 局部压力损失: 按Σξ= 2.0,流速=0.25 m/s, 根据公式
z=ξX ρ X v ² / 2 X 9.81, 得出 z=2X970X0.25²/2X9.81=6mm
● 压力损失总和ΔP8-7:30+6=36mm