流体输配管网

不同级管网之间的水力相关性
水力相关性的概念
“水”泛指流体；“水力”指流体流动时的一些力学性 质，主要是压力、速度等。
“相关”指上下级管网之间的压力、速度相互影响； “无关”指上下级管网之间压力、速度不相互影响。
直接连接的上下级管网是水力相关的，间接 连接则水力无关。
注意：水力无关的管网“热力相关”。
g(1 2 )(H2 H1) P12
注意：断面1和2分别在进口和出 口外；
P12包含了进口阻力损失
和出口阻力损失。
H1
D
（2）U型管道内的重力流
进出口位于相同标高时，流 动动力是竖管内的密度差与
1
高差的乘积，与管外大气密
度无关。
H2 2
流动方向取决于竖管内密度 的相对大小。
请分析1、2断面高差不等
课程的学习任务
通过各种教学环节，掌握暖通空调工程、城市燃 气工程、供热工程、建筑给排水工程、建筑消防 工程、工厂动力工程等各类工程中的流体输配管 网的基本原理与技术。掌握进行管网系统设计、 调试和调节的基本理论和方法，并形成初步的工 程实践能力。能够正确应用设计手册和参考资料 进行上述管网系统的设计、调试和调节，并为从 事其它大型、复杂管网工程的设计和运行管理打 下初步基础。
2
4
3
1 重力循环热水采暖
1－热源 2－膨胀水
箱
3－散热器 4－管道
该管网的特点：
重力作用形成管网中流体流动的动力。 （思考：空调冷冻水系统能否依靠自然循环？） 枝状管网 （注意：“闭合”不一定是“环状”） 闭式管网 （同程与异程）
1.1.4 蒸汽采暖管网
3 4
2 1
蒸汽采暖管网
1－热源 (蒸汽锅炉) 2－疏水器 3－散热器 4－管道
2.2 流体输配管网水力计算的基本原理和方法
设计计算 已知：管网系统的布置；各末端设备的风量； 确定：风道的断面尺寸；风道的阻力；选择
合适的动力设备（风机型号及其匹配的电机 功率）。
2.2 流体输配管网水力计算的基本原理和方法
校核计算 已知：管网系统的布置；风道断面的尺寸；
通风系统的动力设备； 确定：各末端设备的风量是否满足要求；动
1.2.2 流体输配管网的分类
1.2.2.1 单相流与多相流管网 1.2.2.2 重力驱动与压力驱动管网 1.2.2.3 开式与闭式管网 1.2.2.4 枝状与环状管网 1.2.2.5 异程式管网与同程式管网
1.2.3 多级管网之间的连接方式
1.2.3.1 直接连接－－水力相关 1.2.3.2 间接连接－－水力无关
课堂要求：认真听讲，不得干扰老师讲课 和其他同学听课。
教材与参考书：
《流体输配管网》 （第二版）付祥钊 主编
《工业通风》 （第二版）孙一坚 主编 《供热工程》 （第三版）贺平 孙刚 主编 《建筑给排水工程》（第四版）王增长 主编 《燃气输配》 （第三版）段常贵 主编 《暖通空调》 （第一版）陆亚俊 主编 《简明供热设计手册》 （第一版）李岱森 主编 《简明通风设计手册》 （第一版）孙一坚 主编 《简明空调设计手册》 （第一版）赵荣义 主编 《建筑燃气设计手册》 （第一版）袁国汀 主编
教材与参考书(续)：
采暖通风与空气调节设计规范 GB50019-2003 城市热力网设计规范 CJJ34-2002 城市燃气设计规范 GB50028-93（2002年版） 建筑给水排水设计规范 GB50015-2003 工业金属管道设计规范 GB50316-2000
暖通空调杂志 煤气与热力杂志 给水排水杂志
1.2 小结
1.2.1 流体输配管网的基本功能与基本 组成
基本功能
从“源”取得流体，通过管道输送，按照要 求将流量分配给用户的末端装置； 从末端装置处按照要求收集流体，通过管道， 将其输送到“汇”。
基本组成
基本组成：末端装置 从管道中取得一定量的流体，或将一定量 的流体送入管道。如：排风罩、散热器、 送风口、燃气罩；卫生器具、配水龙头等。 基本组成：管道 在“源”和“汇”之间，给流体流动以路 径，引导流体流动。
管网设计：确定管网形式、流通断面；匹配动力； 确定管网调节方案并设置相应的装置。
课程的学习方法和要 求
教师指导和学生自学相结合。以学生自学 为主。
自学方法：阅读参考书、做习题、观察分 析实际管网、做实验。
可以“免听考核”。但必须在开课后两周 内提出书面申请，否则以旷课论处。必须 上实验课。
该管网的特点：
1 介质：汽体、汽液混合、液体 （分析在管网不同位置的流体种类及占主导地位
的流体） 2 既有分流，又有汇流 3 枝状管网
1.1.5 气力物料输送管网
管道
吸口 船 河
分离器 仓库
风机
气力物料输送管网
该管网的特点：
气固两相流，固体颗粒是流动的阻碍。 风速要求高，流动阻力大，风机的压力要
厨房
厨房
平面图
该管网组成与功能分析
5
4 3 2 1
系统图
1 油烟机排烟罩－－收集烟气
7F
2 风机－－抽烟和排烟
3 单向阀－－防止烟气倒流
4 管道－－引导烟气流动路径
5 风帽－－防止雨水
1F
该管网的特点：
1 流体种类：气体，极少量液体 2 管网型式：
管内流体与环境（大气）的关系：开式 每个支路管道流向的确定性：枝状 管道中流体的分流与汇流：汇流
的情况。
H1
g(1 2 )(H2 H1) P12
D
（3）闭式管道内的重力流
H2
具有与进出口断面 等高的U型重力流 竖管相同的水力特 征。
g(1 2 )(H2 H1) P12
H1
2.1.2 气体压力管流水力特征
2.1.3 压力和重力综合作用下的气体管流水力特征
若压力（Pq1－Pq2）驱动的流动方向与位
第一章 课后要求
完成习题 仔细阅读并理解教材内容 阅读参考书
第二章 气体输配管网的水力特征与水力计算
重点： 重力、压力及重力和压力综合作用的３种
气体管流的水力特征； 流体输配管网水力计算的基本原理、方法
及相关概念； 环路与环路位压的概念，压损平衡与阻力
平衡，动静压的相互转换。
2.1 气体管流的水力特征
基本组成：动力
来源于“源” 如锅炉；储气罐的压力；上级管网的压力； 来源于重力 如自然循环热水采暖；建筑排水； 来源于机械动力－－水泵与风机
机械通风、城市供热、城市给水等，应用广泛。
其他装置：
调控设备
调节阀、关断阀
安全、计量装置
安全阀、报警器、流量计、温度计、压力表 等
其他装置与设备
膨胀水箱、排气装置、疏水器、过滤器等
2.2.3 常用的水力计算方法
假定流速法 压损平均法 静压复得法
假定流速法的特点
先按技术经济要求选定管内流速，再结合 所需输送的流量，确定管道断面尺寸，进 而计算管道阻力,得出需要的作用压力。 假定流速法适用于作用压力未知的情况。
归纳：流体输配管网的组成
流体的源和汇 管道 动力装置 调控装置 末端装置 其他附属设备
1.1.2 西气东输接续天然气管网
该管网的特点：
1 按照压力不同分级，不同的场合应用不同 的压力级别。
2 城区管网的一些管线构成环状。 3上下级管网相互影响。 4是一个开式管网。
1.1.3 重力循环热水采暖管网
图2-3-1制图条件： 标准大气压； T=20℃； 密度1.204kg/m3； 运动黏度： 15.06×10-6m2/s； 粗糙度k=0.15mm； 圆形截面风管。 修正方法：教材P54公式 （2-3-3）~（2-3-9）
2.2.1 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。
求大。 输送距离有限。
1.1.5 热水供热管网系统
1－热源 2－循环水泵 3－补水泵 4－压力调节阀 5－散热器 6－喷射泵 7－混合水泵 8－热交换器 9－用户循环水泵 10－膨胀水箱
该管网的特点：上下级管网的连接
一级管网 集中供热管网 （外网） 二级管网 用户采暖管网 （内网） 两级管网之间的连接方式： (a)直接连接 (b)装喷射泵直接连接 (c)装混合水泵直接连接 (d)装换热器间接连接
使用时必须注意。 各工程设计手册给出了常用的局部阻力系数。
课外兴趣作业1：
开发单相流管网水力计算的通用软件。 基本要求： 1）基本具备完成本专业工程中常见的通风空
调管网（气体输配）、供热空调管网（液体 输配）的设计性水力计算； 2）界面友好，使用方便； 3）具有完整的使用说明，包含计算实例。
2.2.1 摩擦阻力计算
摩擦阻力系数
说明：ห้องสมุดไป่ตู้
工程上常根据自身的工程特点，编制相应 的计算图表帮助计算。
任何计算公式或图表，都有其制图条件和 使用范围，使用时要特别注意。
当工程条件与得出公式或图表的条件有差 异时，常采用修正的方法。 如密度和黏度 修正、温度和热交换修正以及管壁粗糙度 修正等。
力匹配是否合理。
水力计算的基本原理：
水力计算的基本理论依据：流体力学一元流动连 续性方程、能量方程及串、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。流体力学 已经揭示，管段中的流体流动过程中的阻力有两 种，一种是摩擦阻力，也称为沿程阻力；另一种 是局部阻力。
流体输配管网
“流体输配管网”释义
流体：具有流动性的物质 输配：按要求输送、分配 管网：管道（流体流动的通道）相互连接形成网 络
➢ 错误：流水输配管网；流体输送管网；流体输配管道
课程性质及与其他课程的联系
1、专业平台课（专业核心技术基础课） 2、以《流体力学》为主要理论基础；是
学习《暖通空调》、《供热工程》、 《建筑给排水》、《燃气供应》等专业 技术课的核心基础。 3、全国注册公用设备工程师考试科目
水力计算：设计计算；校核计算 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。 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。 ✓ 水力计算是流体输配管网设计及其运行质量保证 的基本手段。
g(a )(H2 H1) P12
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 季竖井中密度低，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。
厨房排烟管网
5
4
7F
3 2
1
1F
系统图
（2）U型管道内的重力流
1
2
H2 通过列写断面1-D、断面D-2
的能量方程，综合后得到：
2.1.1 气体重力管流 的水力特征
（1）竖向开口管道
H2 2
H1 1
H2
2
1-2断面的能量方程
静压 位压 动压
H1 1
p j1
v12
2
g(a
)(H 2
H1)
Pj 2
v22
2
P12
当1断面和2断面位于位 上式表明：流动阻力 于进口和出口处，这时 依靠位压（即重力的 静压均为0。若将出口 作用）克服。流动方 的动压损失视为出口的 向取决于管内外的密 一种流动局部阻力，则： 度差。
第1章 流体输配管网型式与装置
自然界中的流体输配管网： 人体呼吸系统 血液循环系统 植物水分输配系统 江河水系 工程中的流体输配管网： 西气东输 南水北调 城市供热、给水排水、燃气 建筑物采暖、上下水、燃气、空调送排风、空调冷冻水与冷却水 工厂通风
1.1 举例认识管网
1.1.1 居民楼厨房排烟管网
局部阻力基本计算公式：
P v2
2
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。
局部阻力系数与其安装条件（受流动环境的影 响） 、各部分的几何尺寸有关（如突扩）。同名 的局部阻力在不同的场合有不同的阻力系数值。
局部阻力系数值通过一般实验获得。 局部阻力系数值总是与所指的断面动压对应的，
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。
✓ 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。
2.2 流体输配管网水力计算的基本原理和方法