第四章供暖系统水力计算

wk.baidu.com
a.层流流动 当Re<2320时，流动为层流流动状态， λ 值仅取决于Re值。 64 Re 在自然循环热水供暖系统的个别水流量很小、管径很小的 管段内，可出现层流的流动 b.紊流流动
当Re＞2320时，流动为紊流流动。在该区内，又分为水力 光滑管区、过渡区及粗糙管区（阻力平方区）。 0.3164 1)水力光滑管区 λ 值可用布拉修斯公式计算： Re 0.25 2) 过渡区 流动状态从水力光滑管区过渡到粗糙管区（阻力平方区） 的一个区域，称为过渡区．该区的摩擦阻力系数值，可用洛巴耶夫 公 1.42 2 式计算，即 d
d 2
R


v 2

Re——雷诺数，流动状态的准则数，当Re<2320时，流动为层流流 动，当Re＞2320时，流动为紊流流动； ——热媒的运动粘滞系数，㎡/s； K ——管壁的当量绝对粗糙度； ε ——管壁的相对粗糙度；其它同前．
• 管壁的当量绝对粗糙度 K 与管子的使用情况 ( 流体对管 壁的腐蚀和沉积水垢等 )，和管子使用时间等因素有关。 对于热水供暖统，推荐采用下列数值： 室内热水供暖系统管道 K=0.2mm 室外热水管网管道 K=0.5mm 摩擦阻力系数λ 值是用实验方法确定的。根据实验数据 整理的曲线，按照流体的不同流动状态，可整理出计算λ 值的公式。在热水供暖系统中，推荐如下计算公式：
d 2
l
l d d — —当量局部阻力系数
d

2 1 v 2 P Rl Pj l l G 2 2 4 900 d 2 d d 2
A d G 2 A zh G 2
第二节机械循环单管热水供暖系统管路的水力 计算方法和例题
• 机械循环系统的作用半径大，其室内热水供暖系统的总 压力损失一般控制在10-20kPa，对水平式或较大型系统， 可达20-50kPa • 进行水力计算时，机械循环室内热水供暖系统一般先设 定入口处的资用循环压力，按最不利循环环路的平均比 摩阻Rpj,来选用该环路的各管段管径。当入口处的资用 压力较高，管道流速和系统的实际总压力损失可相应提 高。但在实际工程设计中，最不利循环环路的各管段水 流速过高（即管径过小），各并联环路的压力损失势必 难以平衡。所以常用控制Rpj值的方法，取Rpj=60120Pa/m选取管径，剩余的资用循环压力，用入口处的 调压装置节流。
• 例题：如图所示之垂直式单管顺流机械循环热水供暖 系统。确定管路的管径及总压力损失。供水温度95℃， 回水温度70℃，散热器内的数字，表示散热器的热负 荷（W）。楼层高度为3m。系统与外网连接，引入口处 的供回水压差为30kPa(图中只画出系统的一个分支 路）。
• 计算步骤： 1.在轴测图上，进行管段编号，立管编号，并注明各管段 的热负荷和管长。 2.确定最不利环路。 该环路为管段1—12。 3.计算最不利环路 1）计算Rpj
四.水力计算的一般要求： 1.各种水力计算都是先计算最不利环路（允许的平均比摩 阻最小的环路称为最不利环路，一般情况下是从热源 到最远立管所在的环路为最不利环路），然后再进行 其它分支环路的水力计算，最后计算的结果，最不利 环路与并联环路之间的计算压力损失相对差额不应大 于15%。 2.总压力损失附加值： 整个热水供暖系统总的计算压力损失，宜增加10%的附 加值，以此确定系统必需的循环作用压力。 3.室内热水供暖系统水的允许限定流速： 在实际设计过程中，为了平衡各并联环路的压力损失， 往往需要提高近循环环路分支管段的比摩阻和流速， 但流速过大会使管道产生噪声。所以近环环路的立、 支管内的水流速也不应大于下列数值： 民用建筑 1.2m/s 生产厂房的辅助建筑物 2m/s 生产厂房 3m/s
lg Re K
过渡区的范围，可用下式判断： d Re 1 11 或 v1 11 m/s K K d Re 2 445 或 v 2 445 m/s K K 式中 v1、 Re 1 ——流动从水力光滑管区转到过渡区的临界速度和相 应的雷诺数值； v 2、 Re 2 ——流动从过渡区转到粗糙管区的临界速度和相应的 雷诺数值； 3) 粗糙管区 ( 阻力平方区 ) 该区的摩擦阻力系 λ 值仅取决于管壁的相 对粗糙度，用尼古拉兹公式计算
Pa 2 式中 — —计算管段中局部阻力系数之和。各种管附件 的局部阻力系数值，是用实验方法确定的。
（三）阻力损失的计算方法 1. P Py Pj 2.当量局部阻力法（动压头法）： 基本原理是将管段的沿程损失转变为等量的局部损失计算。
Pj d
v 2
2

v 2
SG 2
Pa
式中
zh — —管段的折算局部阻力系数
S — —管段的阻力特性数（简称阻力数），Pa/(kg/h) 2 , 它的数值表示当管段流量G 1kg/h 时的压力损失值。
这种方法在单管顺流式系统水力计算时用。 3.当量长度法 基本原理是将管段的局部损失折合为沿程损失来计算。 2 2
v v Rl d l d 2 d 2 d ld m 式中 l d — —管段中局部阻力的当量长度， m。 P Rl Pj R(l l d ) Rl zh Pa
R pj
PZ
l

0.5 30000 130.77 114.7
Pa/m
由于引入口处外网的供回水压差较大。考虑系统中各环路的压力 Rpj=60-120Pa/m， 损失易于平衡，用推荐的平均比摩阻 来确定最 不利环路各管段的管径。
2）根据公式计算流量，并填入水力计算表中。
3.6Q 0.86Q 0.86 74800 G kg/h 2573 kg/h c(t g t h ) (t g t h ) 95 - 70 c — —水的比热，c 4.19 kJ/kg C
第四章
供暖系统水力计算
第一节 热水供暖系统管路水力计算基本原理
一.水力计算的目的： 选择适当的管径，使系统中各管段的水流量符合设计 要求，以保证流进各散热器的水流量符合要求。进而确定 出各管路系统的阻力损失。 二.水力计算的原理： 热水供暖系统中，计算管段的总压力损失，可用下式表示：
P Py Pj Rl Pj Pa P —— 计算管段的压力损失，Pa； Py ——计算管段的沿程损失，Pa； Pj —— 计算管段的局部损失，Pa； R —— 每米管长的沿程损失，Pa／m l ——管段长度，m。
• 对机械循环单管系统，如建筑物各部分层数相同时，每根立管所 产生的重力循环作用压力近似相等，可忽略不计；如建筑物各部 分层数不同时，高度和各层热负荷分配比不同的立管之间所产生 的重力循环作用压力不相等，在计算各立管之间并联环路的压降 不平衡率时，应将其重力循环作用压力的差额计算在内。重力循 环作用压力可按设计工况下的最大值的2/3计算（约相当于采暖室 外平均温度下对应的供回水温度下的作用压力值）。
4）计算沿程阻力 Py Rl 5）计算局部阻力 Pj Pd
根据系统中实际局部管件的情况，列出各管段局部管件名称，由表 4-2查得各管段的局部阻力系数值，列入表中。注意三通、四通局部 阻力系数应列在流量较小的管段上。 根据流速v由表4-3查得动压头△Pd=v2/2值,根据上式计算局部阻力， 列入计算表中。
2. 水力计算表： 管道内的流速、流量和管径的关系表达式为：
v 3600 G

4
d2
G 900d 2
m/s
(4 - 2)
式中 G——管段中的水流量，kg／h；其它符号同前。 将式（4-2）的流速v代入式(4—1)，整理成更方便的计算 2 公式： G -8
R 6.25 10
（一）沿程损失 在管路的水力计算中，把管路中水流量和管径都没有改变的一 段管子，称为一个计算管段．任何一个热水供暖系统都是由许多 串联与并联的计算管段组成．每米管长的沿程损失(也称为比摩阻， 比压降)。其值可用流体力学中的达西· 维斯巴赫公式进行计算
Pa／m （4-1） ——管段的摩擦阻力系数； 式中 d ——管道内径，m； v ——热媒在管道内的流速，m/s； ——热媒的密度，kg／m3。 1. λ 值的确定： 摩擦阻力系数，取决于热媒在管道内的流动状态和管壁的粗糙程度， 即 λ ＝ƒ(Re，ε ) ， Re vd ，ε =K／d
3）根据G、 Rpj，查水力计算表，选择接近Rpj的管径， 查出d、R、v列入表中。 例如管段1，Q=74800W，则 根据G=2573kg/h, Rpj=45.3Pa/m,查表，d=40mm, 用插入法计算出R=116.41Pa/m，v=0.552m/s
R的计算： 118.76 110.04 (2573 2500) 110.04 116.41 Pa/m 2600 2500 v的计算： 0.56 0.53 (2573 2500) 0.53 0.55 m/s 2600 2500

1 d 1.14 2 lg K
0.25 2
• 对于管径DN≥40㎜㎜的管子，可用更简单的希弗林松公式：
K 0.11 d
• 根据过渡区范围的判别式和推荐使用的当量绝对粗糙度 K值，下表列出了水温 60℃、90℃时，相应于K＝0.2mm 和K=0.5mm时的过渡区临界速度v1和v2值。 • 从表中可见，设计室内热水供暖系统时，管中流速一般 在v1和v2值之间。因此，热水在室内供暖系统管路内的 流动状态，几乎都处在过渡区内。 • 室外热水供热管网 (K=0.5mm)，设计都采用较高的流速 (通常大于0.5m／s)，因此，水在室外热水管网中的流 动状态，大多处于阻力平方区内。
• 机械循环热水采暖系统作用压头：
P Pp Pg Pp (Pgr Pgt ) Pp Pgr
• 机械循环系统中，重力循环作用压力与水泵提供的循 环作用压头相比是很小的在计算最不利环路时可以忽 略。 • 但它是造成采暖系统竖向失调的重要原因，所以在各 立管散热器并联管路阻力平衡计算时不能忽略。
6）求各管的阻力△P P Py Pj Rl Pj 7） 求最不利环路的总压力损失（总阻力）
( Rl P )
j 112
8633 Pa
入口处的剩余循环作用压力用调节阀门节流消耗掉。 4.确定其它立管的管径。立管Ⅳ: 1）求立管Ⅳ的资用压力 它与立管Ⅴ为并联环路，即与 管段6、7为并联环路。根据并联环路节点压力平衡原 理， △P’Ⅳ=（△Py+△Pj)6、7-（ △P’Ⅴ-△P’Ⅳ） = （△Py+△Pj)6、7 Pa 2)求Rpj R pj P 0.5 2719 81.4 Pa/m
d
5
(4 - 3)
在给定热媒状态参数及其流动状态的条件下，λ和ρ值均 为已知，则式（4-1）就表示为R＝ƒ(d，G)的函数式。只 要已知R、G、d中任意两个数，就可确定第三个数值。根 据这种关系利用公式（4—3）而编制出室内热水供暖管道 水力计算表。
（二）局部损失 v 2 Pj 计算公式：
P入口 8633 1.1 9496.3 Pa
l
16.7

式中 l zh — —管段的折算长度， m。
当量长度法一般多用在室外热力网路的水力计算上。
三.水力计算的三种情况： R＝ƒ(d，G) 1.已知系统各管段的流量和系统的作用压头，确定各管段 的管径；△P(R)，G d； 2.已知系统各管段的流量和各管段的管径，确定系统所需 的作用压头； G，d △P； 3.已知系统各管段的管径和允许阻力损失，确定各管段的 流量； d，△P G，不等温降法的水力计算，就是 按这种方法进行的。