孔板的减压原理及孔径计算的探讨

‘ｈ ￣，ＢＩ－Ｉ ＝
则消 火 栓 栓 口水 压 为
Ｈ ： Ｈ ＋ ＡＬ ｑ ＝３５．２７ ＋ ０．００４３ ×２０ Ｘ ７．４６ ＝４０．０６
（ｍｌｔ．Ｏｊ
考虑到消火栓实际操作 中的复杂因素 ，并留有 一定富余 量 ，为此建议消火栓 枪 口最大出水压力值取为 ３５ｍ１－Ｉ：Ｏ。
五 、结 语
ＡＮＨＵＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
ｗ— — 水枪 喷 嘴 截 面 积 （ｍ ） 水枪喷嘴处水压（Ｐａ）
水枪 的喷嘴处水压 与水枪反作用力之间的关系见表 ຫໍສະໝຸດ Baidu
衰 ２ 水抢喷嘴处水压与水抢反作用力的关 系
注 ：ｌ ｒｒＬＩ－Ｉｚ０ ＝ ９ ８０６６５Ｐａ
《高规 》（ＧＢ００４５—９５）及 有 关 资 料 表 明 ．经 过训 练 的消 防
本 文分 析 了孔板 的减 压 原 理 ，运 用 量 纲 分析 理 论 ，推 导
情 ＿＾ 栓昔道 内径 流 量
Ｌ ｎ … 、
一 ’ “ ）ｌ １２ １４ １６ 【８ １０ ２４ ２６ ２ｇ ３０
６５ ７６ ３４ ５８ Ｌ９ ６６ ｆｌ＿８５ ７ Ｚ６ ４ ８７ ３ ２６ ８３ ６ｌ ５１ １３ ３２ ７６ ２１ Ｂ０ １４ ９５ 【Ｏ ５０ ５３
论 ，推 导 出 孔橱 水 头 损 失 与诸 参数 之 间 的 函数 关 幕式 ；量 谊 消 火栓 臼
三、利用量纲分析理论—— 定理推导孔板水头损失计算
扯 最 大 水 压 力 限定 值 取 为 ３５ｍＨ ０。
公 式
美 谴 词 藏压孔板 ■纲 水头蜘失
定理 ：”假设 有一物理过 程函数式 中包括有 Ｎ个物理
从 《水力学》知识 我们知道 ，掖流产生 水头损失必须具备两
△Ｐ
个条件 ：ｆＩ）液体具有牯滞性 （２ Ｊ由于固体边 界的影响 ．液流 内 部质点间产生相对运动。水是具有粘滞性的 ，水流通过孔板时 的流线分布如图 ｌ１ｌ所示 ，圆形管道中间为一扎 板＝
将 式写成量纲关 系式 ：【ＭＬ—Ｔ 】＝【ＭＬ。’】 【Ｉｌ １ 】 【Ｌ 解 得 Ⅲ ＝１．ａ２＝２，ａ Ｏ
过 Ｌ板的 函数 关系式可以写成 ：
Ｆ【ＡＰ Ｖ，ｉ．ｔ．Ｐ，Ｄ，ｄ，ｖ，０，）＝０
Ｊ１）
在这 ８个变量中，任选 ３个独立变量作为基本变量，如选 ｐ．Ｖ，
一 探 讨 。
ｄ，这二者的量纲分别 为 【ＭＬ 】，【『ｌＴ 】和 【Ｌ】，它们之间是互
二 ．孔板的减压原理
相 独立 的 ．则 根 据 定 理 可 得 ：
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喜 ｔ 建 ｔ ２００１—２
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◇水 ·电 ·暖通 ·空调◇
在 实 际 工 程应 用 中 ，对 于 ＳＮ５０型 消 火 桂 流 屋 为 ２ ５ｌ／ｓ， 管 中 水流 雷 诺 数 Ｒｅ＝６ ｘ ｌ ｏ．；ＳＮ６５型 稍 火栓 流 量 为 ５１／ｓ时 ， 管中水流雷诺数 Ｒｅ＝７．４×１０‘，其值均较临界雷诺数大得 多， 可见 消火桂正 常使用时 ，均在阻力平方 区，在管径和孔板孔径 一 定 时孔板 阻力系数 ‘可 以近似看成一 十常 数。有 关的试验 测数 据 亦 证 明 了这 一 点 图 ２为 孔 板 实 测局 部 阻 力 系数 ‘与 雷 诺 数 的关 系
Ｆ ＝２Ｗ Ｐ
式中 Ｆ——求枪喷射时形成的反作用 力（Ｎ１
作者单位 ：安敬省建筑设计研究院
士 般建 ＾ ２００１—２
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量 ．其中 Ｋ个量具有基本量纲 ，则此函数式可 以用 —Ｋ个无
一 、 前 言
量 纲 所 组成 的 函 数 式来 表 示 。
高层 民用建筑 室内消防给水系统中 ，在满足最高层 消火硷
如图 ｌ１ Ｊ所示 ：令水流通过孔板 前后的压差为 ＡＰ．水管中
口需要的流量 和压力时 通常造成底部 多数楼层消火桂 口处的 流速为 ｖ，水管管径为 Ｄ，水流通过孔板时流速 为 ｖ．孔板孔径
ＡＰ：ｐＶ： ，詈＇。）
设段面 Ａ—Ａ处 ，流体未受到孑Ｌ板的影响 ，流柬即与管道 中心线 平行 。过此段 面 后流束开始收缩 ．直至收缩到最小断 面 Ｂ—Ｂ处为止 ，由于受边界条件的制约 ．流线收缩，边缘 的流 体向管中 ０－加速 ，致使流束断面逐衔碱小 ．流速随之增加 ．压强
压差 △Ｐ等于孑Ｌ板 前后静水 压强差 △ｈ乘 一个 系数 日． 即 ：ＡＰ＝￣，＇ｙｔｔｈ则
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ＡＮＨＵ Ｊ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
◇水 ·电 ·暖通 －空调◇
孔 簌 昀 凛 压 原 理 及 孔 径 计 算 帕 孺 ｉ刁
内窖 提 要 本文分折 了孔板 的臧压原理 ：井利用■纲 分析理 产 生较 大 的 能量 损 失 ，这 便 是 孔 板减 压 的 原 理 。
队 员能承受的水抢最大 反作用力不应超过 １９６Ｎ，一般不宜超
圈 ２ 于Ｌ扳 实测 局 帮 阻 力 系 数 ￡与 霄诺 数 Ｒｅ的 关 系
过 １４７３１：当水枪的最大反作用为 １９６Ｎ，采用插＾法计算此时 的水枪喷嘴处水压为 ３５．２７ｍｌ－Ｉ Ｏ．水枪喷嘴射流量 为：
从上图曲线 可以看 出当 Ｒｅ＞５×１０ 时 ．局 部阻力系数 （ 不再 随 Ｒｅ而改 变 。综 上所 述 ：减 压孔 板水 头 损 失 主要 与 流 速 ｖ，管径 １３．孔板孔径 ｄ有关 ：当流量 、管径 Ｄ和孔板孔径 ｄ一定 时 ．即可 测 定 出 水流 通 过 孔板 的 水 头 损 失 受 试 验 条件 和试 验 设备的限制 ，笔 者尚无法进行该项试验 ．觋将北京水利水 电科 学研究院对此进行 的试验测定 结果 附后 ．见表 （１）．供同行们设 计 时 参考 选 用 ：
所以：ｍ＝言告 同理可得： ＝
ｓ ：导 ＝专
０本身为无量纲数 Ｓ．为简组合数 即相同量纲量之 比， 则 式 ｆ１】可 以写 成 ：
Ｆ，￣Ａ Ｐ ， 南 ，导．专． ０
则詈 南，号，寺，。
根据 水 流连 续性 方程 可 得 ：ｖ／ｖ：ｆＤ， ｄ｝：
圈 ｌ 藏 压孔 板 示 意 图
Ａｈ＝扣Ｖ。 ‘ ， Ｄ，０）． ㈤
则相应降低 至段面 Ｂ—Ｂ处 流速最大，压强最低 ＝过此段 面 后 ．流束断面又逐渐扩展 。并在孔板前后形成漩 涡．由于水流
‘＝舌 南， Ｄ ｅ）： ‘ Ｄ．。）
的牯 滞 作 用 ，漩 涡经 过 一段 距离 后 便 会 遥 渐 消失 。在段 面 Ｃ—Ｃ 其 中 ：雷 诺数 Ｒ ＝卫！旦
出水压力过大 《高层 民用建筑设计 防业规范｝（ＧＢ５００４５—９５） 为 ｄ．液体密 度为 Ｐ，动力牯滞系数为 ．孔板切 角 ０．则水流通
７ ４ ６ ５条 规 定 ，消 火 栓 口 的 出 水 压 力 大 于 ０．５０ＭＰａ时 ，应 设碱压装置 。 目前 ，孔板作 为一 种减匝装置在消 火桂 系统中 已被 广 泛 采 用 ，本 文 旨在 对 孔 板 的 减 压 啄理 聂 其 计 算 方 法 作
参 考 文 献 ： ｌ《水 力学》上 、下册 人 民教 育 出版社 ｌ９７９ ３ ２《流体 力学》张长高著 ｌ ９８３ ３．《量 绸分 析 》 孙肇 和 编著 鲁肥 工 业 大学 土 木 系
【９８３ ９
４ 贺 益 英 等 《消 欠拴 ＋孔 板 局 郜 阻 力 系敷 的试 验 研 究》 中 国承 利 水 电科 学研 究 院 ｌ９９７．９
以后 ，流束扩 大至整个断面．卫与暂中心线平行 ．压强逐 渐升到 最大值 综 上所述，水流通过孔板时流速重新分 布，在孔板前 后形成漩涡，这些虢 涡的形成 、运动和分裂 ，摩擦力做功 ．从而
上式 即为水流通过孔板时水头损失计算公式 ，耐水介质而 言 ．一定温度下 ． ，Ｐ均为常数 可 看到出孔板阻力系数 ‘是 一 关 于 Ｄ，ｄ，Ｒｅ的复 杂 函 数 。
出孔板水头损失与诸参数之 间的函数关 系式 分析表明孔 板阻力系数 ‘在 Ｄ、ｄ和流量一定时 ，可以近似看作一个常 数 ．同时给出了消火栓 口最大水压的建议值 。
奉 文得 到 了安 徽省 建 筑 设 计 研 究 端 副 薯、裁 授 级 高 二 聋 世 校 同志 的悉 心 指 导 ．在 此 表 示裹 ０曲感谢
表 １ 消火栓支 管减压孔板水头损 失值 ｈｆ１０＂Ｐａ） 四 、工 程设 计 中 减压 孔板 计 算 选型 应注 意 的 问题 Ｉ 从 孔 板 的减 压原 理 可 看 出 ，减 压孔 板 只能 减 动 压 ．不 能减 静 压 ．当需 要减 静压 时 ．直采 用 其 它 的减 压装 置 ，如 可 调 式 减 压 稳压 阀 等 ２ 消 火栓 口处 最 大 出 水 压力 的 限定 在 ｜ ＾场消 防供水中 ．常用的手提式 直流水枪在射流过程中 形成 的反作用力按下式计算 ：