水力计算1基本原理

四、水力计算的任务和方法
1、水力计算的任务： 按已知系统各管段的流量和循环作用压力， 确定各管段的管径。常用于工程设计。 按已知系统各管段的流量和管径，确定系 统所需的循环作用压力，常用于校核计算。 按已知系统各管段的管径和该管段的允许 压力降，确定该管段的水流量。校核计算， 不等温降。
第十三讲 水暖系统水力计算原理 供 热 工 程
第十三讲 水暖系统水力计算原理 供 热 工 程
本讲主要内容
水力计算基本公式 当量局部阻力法和当量长度法 塑料管材的水力计算 水力计算的任务和方法
第十三讲 水暖系统水力计算原理 供 热 工 程
一、水力计算基本公式
设计热水供暖系统，为了使系统中各管段 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，就要进行管路的水力计算。 当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其 与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流 过管道的一些附件(如阀门、弯头、三通、散热 器等)时，由于流动方向或速度的改变，产生局 部旋涡和撞击，也要损失能量。前者称为沿程 损失，后者称为局部损失。
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1、串联管路的总阻抗
类似串联电压，串联管段的总压降为：
∆p = ∆p1 + ∆p 2 + ∆p3
∆p = sG 2 带入上式得出： 把
S ch = s1 + s 2 + s3
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S ch —串联管段管路的总阻力数， Pa/（kg/h）2
式中 R—热媒在计算温度和流量下的比摩阻，Pa/m； RO—实验条件下的的数据，Pa/m； 比摩阻的水温修正系数a。 地暖系统要注意。
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ξ 辐射供暖系统，由于辐射管比较长， 阻力大，水温较低，阻力的水温修正 系数不必考虑。
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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 ,列出下表：
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室内热水供暖系统的水流量G，通常以kg／h 表示。热媒流速与流量的关系式为：
υ=
G 3600
πd 2
4
ρ
G = 900πd 2 ρ
将上式代入达西公式可得到更方便的计算公式：
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2、当量长度法
供 热 工 程
当量长度法的基本原理是将管段的局部损失 折合为管段的沿程损失来计算。 如某一管段的总局部阻力系数为Σξ ，设它的压 力损失相当于流经管段ld米长度的沿程损失，则
Σξ
ρυ 2
2
= Rl d =
λ
d
ld
ρυ 2
2
ld
∑ξ =
R
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一、热水管路的阻抗
阻抗概念：根据 阻抗概念：
∆p = sG 2 管段的阻抗s
表示当管段通过1kg/h水量（单位流量）时的压 力损失值。 许多管段组成的热水管路的阻抗，称为热水 管路的总阻抗S。 室外热水网络或室内热水供暖系统都是由 许多串联和并联管段组成的。系统中各管段的 压力损失和流量分配，取决于各管段的连接方 法及各管段的阻抗S值。
∆ Pj = ξ d
ρυ 2
2
=
λ ρυ 2
d l 2
计算管段的总压可写为：
∆p = p y + p j = ξ d
ρυ 2
2
+ ∑ξ
ρυ 2
2
= (ξ d + ξ )
ρυ 2
2
= ξ zh
ρυ 2
2
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按式 ∆p = Aξ zh G 2 编制的水力计算表。 若已知管段的水流量G时，该管段的总压 力损失可改写为： ∆p = ξ zh
水力计算基本公式，可表示为：
∆P = Rl + ∆Pj = R (l + l d ) = Rl zh
式中 lzh——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。
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三、塑料管材的水力计算
λ 分户计量热水供暖系统常用塑料管材， 值的 计算公式是由实验得出的，再求出R值编制成表， 计算时可查表。 表中的数值是水温为10℃时的，当水温升高时， 对其要进行修正，可按下式修正： R=RO·a
光滑区（4000至100000）布拉修斯公式 紊流过渡区流动(Re,
λ)
0.3164 λ= Re0.25
过渡区的摩擦阻力系数值，可用洛巴耶夫公 式来计算，即
λ=
1.42 d lgRe K
2
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粗糙管区（阻力平方区）( λ ) 粗糙管区的摩擦阻力系数值，可用尼古拉兹公 式计算: 1
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二、当量局部阻力法和当量长度法
在实际工程设计中，为了简化计算，也 有采用所谓“当量局部阻力法”或“当量长 度法”进行管路的水力计算。
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1、当量局部阻力法
供 热 工 程
当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程 损失转变为局部损失来计算。 设管段的沿程损失相当于某一局部损失∆Pj ，则
λG R = 0.625 × 10 ρ d5
−8
2
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在给定某一水温和流动状态下，上式 λ 的 和 ρ 值是已知值，管路水力计算基本公式可以 表示为 R = f (d , G ) 的函数式。只要已知R、G、d 中任意两数，就可确定第三个数值。
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热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用 下式表示：
∆P＝∆Py+∆Pi＝Rl+∆Pi
Pa
式中 ∆P——计算管段的压力损失，Pa； ∆Py——计算管段的沿程损失，Pa； ∆Pi——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。
λ=
d 1.14 + 2lg K
2
对于管径等于或大于40mm的管子，用希弗林 松推荐的、更为简单的计算公式也可得出很接 近的数值： 0.25 K λ = 0.11 d
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管壁的当量绝对粗糙度K值与管子的使用情 况（流体对管壁腐蚀和沉积水垢等状况）和管 子的使用时间等因素有关。 对于热水供暖系统，根据运行实践积累的资 料，推荐采用下列数值： 对室内热水供暖系统管路 K=0.2mm 对室外热水管网 K=0.5mm
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1、沿程损失
供 热 工 程
在管路的水力计算中，通常把管路中水流量 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的管路都是由许多串 联或并联的计算管段组成的。
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每米管长的沿程损失(比摩阻)，可用 流体力学的达西．维斯巴赫公式进行计 算。
上式表明：在串联管路中，管路的总阻抗为 各串联管段阻力数之和。
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2、并联管路的总阻抗
类似并联电压，并联管路的总流量为各并联 管段流量之和。
G = G1 + G2 + G3
∆p = sG 2 带入上式得出： 把
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设 a=
1 s
ρυ 2
1 2 2 = ξ zh G = Aξ zh G 2 2 4 2 900 π d • 2 ρ
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在工程设计中，对常用的垂直单管顺流式 系统，由于整根立管与干管、支管以及支管与 散热器的连接方式，在施工规范中都规定了标 准的连接图式； 因此，为了简化立管的水力计算，也可 以将由许多管段组成的立管视为一根管段，根 据不同情况，给出整根立管的值。
第二种情况的水力计算，常用于校核计算。根 据最不利循环环路各管段改变后的流量和已知 各管段的管径，利用水力计算图表，确定该循 环环路个管段的压力损失以及系统必需的循环 作用压力，并检查循环水泵的扬程是否满足要 求。 第三种情况下的水力计算，是根据管段的管径 d和该管段的允许压力降，来确定通过该管段 的流量。对已有的热水供暖系统，在管段已知 作用压头下，校核各管段通过的水流量的能力， 以及热水供暖系统采用的所谓“不等温降”水 力计算方法，就是按此方法进行计算的。
∆Pj = Σξ
ρυ 2
2
水流过热水供暖系统管路的附件的局部阻力系 数值 ξ ，可查。
∆Pd =
ρυ 2
2
，叫动压头。
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3、总压损失
供 热 工 程
总损失为各管段沿程损失和局部损失之 和，即
ρυ 2 ∆p = ∑ ( p y + p j ) = ∑ Rl + ξ 2
由上式可见，在并联管路上，各分支管段的 流量分配与其通导数成正比。 各支管段的阻力状况（阻抗s）不变时，管路 的总流量在各分支管段上的流量分配率不变。 管路的总流量增加或减小多少倍，并联环路分 支管段也相应增加或减少多少倍。
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2、局部损失
供 热 工 程
管段的局部损失，可按下式计算：
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2、等温降水力计算的方法
供 热 工 程
平均比摩阻Rpj法
υ 经济 法
推荐的平均比摩阻Rpj法（60～120Pa/m ）