流体输配管网(第2章)

Pi D D ×调整支管管径－ P / i
0.225
×阀门调节－通过改变阀门的开度调节管道阻力
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计算系统总阻力及获得管网特性曲线 管网特性曲线方程：
p SL2
•Δp－最不利环路所有串联管段阻力之和 •根据计算的管网总阻力Δp和要求的总风量L，计算管网 阻抗S，获得管网特征曲线。 管网阻抗：
10
11
2.2 流体输配管网水力计算的基本原理和方法
两种水力计算：设计计算、校核计算 目的 设计计算：根据要求的流量分配，确定管网的各段管径 （或断面尺寸）和阻力。对枝状管外，求得管网特性曲线， 为匹配管网动力设备准备好条件，进而确定动力设备（风 机、水泵等）的型号。
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校核计算：根据已定的动力设备，确定保证流量输配的 管道尺寸；或者根据已定的管道尺寸，确定保证流量输配 的动力设备。
问题：为什么有多种水力计算方法？
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2.3 气体输配管网水力计算
大多数的气体输配管网是开式枝状管网，本节学习开 式枝状气体输配管网水力计算的具体方法。
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2.3.1 开式枝状气体输配管网水力计算 开式枝状气体管网类型
• 吸入式通风除尘管网 • 压送式通风空调管网 • 室内燃气管网
水力计算的前期工作
p j1
v12
2
g ( a )(H 2 H1 ) Pj 2
2 v2
2
P 1 2
（2-1-1)
静压－ p j1
Pj 2 2 2 v v 1 2 动压－ 2 2 位压－ g ( a )(H 2 H1 )
阻力－ P 1 2
当密度差由温差引起时，工程上将此时的位压称为热压
第2章 气体管流水力特征与水力计算
主要内容
气体管流 的水力特征
水力计算的基 本原理和方法
气体输配管 网水力计算
1
2.1 气体管流水力特征
气体重力管流水力特征
气体压力管流水力特征
压力和重力综合作用下气体管流水力特征
2
2.1.1 气体重力管流水力特征
管流的能量方程
1-2断面的能量方程：
p S 2 L
串联管路阻抗： S S i 并联管路阻抗： S
1 2
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2.2.2 局部阻力计算 产生原因：
流动边界几何形状改变，使流动产生 涡旋、流动方向变化，引起能量损失。
局部阻力基本计算公式：
P
v 2
2
（2-1-11)
局部阻力系数
•局部阻力处流动处于阻力平方区，局部阻力系数只与几何 形状有关； •局部阻力系数一般通过实验获得，可从各设计手册查出； •局部阻力系数总是与所指的断面动压对应的，使用时必须 注意。
请分析1、2断面高差不等的情况。
5
（3）闭式管道内的重力流
将U型管的1、2断面合为一体，形成闭式循环管 道，则：
g ( 1 2 )(H 2 H1 ) pl
式中Δpl表示环路阻力。
上式表明闭式管道内的重力流与进出口断面等高的U型竖管重力流 具有相同的水力特征。
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2.1.2 气体压力管流水力特征
• 速度与技术性的关系
确定各管段的断面尺寸 • 管道尺寸有统一的规格
• 调整为标准规格后，再计算实际流速
30
31
32
摩擦阻力计算 阻力计算应从最不利环路开始 通风空调管段：
•先求阻力系数： •再求比摩阻：
1 2.51 K 2 lg 3.71d Re
3
讨论几种情况：
（1）竖向开口管道
若1、2断面位于进口外和出口处，这时静压均为0，进口流速为 0，则：
2 2
则：g ( a )(H 2 H1 )
2
p1~ 2
(2) (2-1-2)
也可以将出口的动压损失视为出口的一种流动局部阻力，则：
~2 g ( a )(H 2 H1 ) p1
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压损平均法的特点：
将已定的总作用压力，按干管长度平均分配给每一管段， 以此确定管段阻力，再根据每一管段的流量确定管道断面 尺寸。 当管道系统的动力已定时进行水力计算，此法较为方便。 当然，也可按其他技术经济性更好的方法将已定作用压力 分配给各管段。
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压损平均法的基本步骤：
（1）绘制管网轴测图，对各管段进行编号，标出长度和流 量，确定最不利环路。 （2）根据确定的最不利环路的资用动力，计算最不利环路 单位管长的压力损失。 （3）根据最不利环路单位管长压力损失和各管段流量，确 定其各管段管径。 （4）确定其他支路的资用动力，计算单位管长的压力损失。 （5）根据各支路单位管长压力损失和各管段流量，确定其 各管段管径。
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静压复得法的特点：
通过调整管道断面尺寸，改变流速，维持管道在不同断 面处的管内静压。 送风管道若要求各个风口风量均匀，常用此方法保证要 求的风口风速。
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静压复得法的基本步骤：
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说明：
不论采用何种方法，水力计算前必须完成管网系统和设备 的布置，确定管道材料及每个管段的流量，然后循着各种方 法所要求的步骤进行计算。 水力计算中，各种计算公式和基础数据的选取，应遵循相 关规范、标准的规定。
(ab)0.625 DL 1.3 (a b)0.25
（2-3-11)
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风管局部阻力计算 计算公式：
p
2
2
• 确定局部阻力系数及其对应的特征速度
• 代入上式计算局部阻力 • 各管件的局部阻力系数查设计手册
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并联管路的阻力平衡 阻力平衡的含义 为了保证各管路达到预期的风量，在水力计算中应使并 联支管的计算阻力相等，工程上称为并联管路阻力平衡。 要求： • 一般通风系统－两支管的计算阻力差应 ≯15％； • 含尘风管－两支管的计算阻力差应≯10％ 。 • 超过上述规定应进行阻力平衡，方法如下：
上式表明：流动阻力依靠位压（即重力的作用）克服，流动方向 取决于管内外的密度差。 以厨房排烟管网为例：当没有开启排风机、且未设防倒流阀，夏 季竖井中温度低，室外空气经竖井进入室内；冬季竖井温度高，室内 空气进入竖井。
4
（2）U型管道内的重力流
通过列写断面1-D、断面D-2的能量方程，综合后得到：
g ( 1 2 )(H 2 H1 )
压力管流的能量方程
当位压为零而且没有机械动力装置时:
P j1
v12
2
Pj 2
2
2 v2
2
P 1 2
（2-1-7)
定义全压为 Pq Pj
v 2
，则上式变成：
（2-1-8)
Pq1 Pq 2 P 12
表明：位压为0的管流中，两断面之间的流动阻力是 靠全压差克服的。管段没有外界动力输入时，下游断面 的全压低于上游断面。
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若压力（Pq1－Pq2）驱动的流动方向与位压一致，则二者 综合作用加强管内气体流动；若驱动方向相反，则由绝对 值大者决定管流方向，绝对值小者实际上成为另加流动阻 力。 例如，空调建筑装有排气风机的卫生间排气竖井：冬季在 位压的辅助作用下，排气能力明显加强；夏季排气风机除 克服竖井的阻力时，还要克服位压，排气能力削弱，尤其 是高层建筑。
2 22
2

112
2
p1~ 2
(2-1-2)
若断面1和2分别在进口和出口外，将进口和出口的阻力损失放 在Δp1～2中，上式可以简写成：
g ( 1 2 )(H 2 H1 ) p1~ 2
上式表明：进、出口位于相同标高时，流动动力是竖管内的密度 差与高差的乘积，与管外大气密度无关。流动方向取决于竖管内密度 的相对大小。
水力计算是保证管网设计及其运行质量的基本手段
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基本理论依据 流体力学一元流动连续性方程、能量方程 串、并联管路流动规律： •管网的流动动力等于管网流动总阻力；
•若干管段串联后的阻力，等于各管段阻力之和；
•各并联管段的起点（终点）相同，具有相同的压力，不包 含动力源的并联管段，阻力应相等；
•管段阻力是构成管网阻力的基本单元；
•管段总阻力等于摩擦阻力（沿程阻力）和局部阻力之和。
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2.2.1 摩擦阻力计算
摩擦阻力的普适计算公式
Pml
2 l
4 Rs
2
dl
当管道材料不变，断面尺寸不变，流体密度与流量不随 沿程变化时：
P ml
2
4 Rs
2
l Rml
管道水力半径：Rs=f/X
分析：当要求的流量一定时，流速是影响阻力的关键参数。 根据流速和流量→ 管道断面→Rs、λ 、Rm
Rm

2
d 2
根据上两式绘制出的的线算图进行计算（图2-3-1）
对于参数L、d、υ、Rm，只要知道其中任意两个，即可利用线算 图求出其它参数。
注意：实际条件与线算图计算条件不符时应进行修正
密度和粘度的修正；空气温度、大气压力和热交换的修正；管壁 粗糙度的修正。
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非圆管利用图表－－引入“当量直径” •流速当量直径 假设圆形风管中的空气流速与非圆形风管中的空气流 速相等，并且两者的单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形 风管的直径就称为此矩形风管的流速当量直径，以Dv表示。
根据这一定义,断面为a×b的矩形风管的流速当量直 径Dv用下式计算。查表时用矩形风管中的流速。
2ab Dv ab
（2-3-10)
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•流量当量直径 设某一圆形风管中的空气流量与非圆形风管的空气流 量相等，并且单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的 直径就称为非圆形风管的流量当量直径，以DL表示。 根据推导，矩形风管的流量当量直径可近似按下式计 算。查表时用矩形风管中的流量。