冷热水管道系统的压力损失

冷热水管道系统的压力损失

无论在供暖、制冷或生活冷热水系统，管道是传送流量和热量必不可少的部分。计算管道系统的压力损失有助于： （1） 设选择正确的管径。

（2） 设选择相应的循环泵和末端设备。也就是让系统水循环起来并且达到热能传送目的

的设备。

如果不进行准确的管道选型，会导致系统出现噪音、腐蚀（比如管道阀门口径偏小）、严重的能耗及设备的浪费（比如管道阀门水泵等偏大）等。

管道系统的水在流动时遇到阻力而造成其压力下降，通常将之简称为压降或压损。

压力损失分为延程压力损失和局部压力损失：

— 延程压力损失指在管道中连续的、一致的压力损失。

— 局部压力损失指管道系统内特殊的部件，由于其改变了水流的方向，或者使局部水流通道变窄（比如缩径、三通、接头、阀门、过滤器等）所造成的非连续性的压力损失。

以下我们将探讨如何计算这两种压力损失值。在本章节内我们只讨论流动介质为水的管道系统。

一、 延程压力损失的计算方式

对于每一米管道，其水流的压力损失可按以下公式计算

其中：r=延程压力损失 Pa/m Fa=摩擦阻力系数

ρ=水的密度 kg/m 3

v=水平均流速 m/s

D=管道内径 m

公式（1）

延程压力损失

局部压力损失

管径、流速及密度容易确定，而摩擦阻力系数的则取决于以下两个方面：

（1）水流方式，（2）管道内壁粗糙程度

表1：水密度与温度对应值

水温°C10 20 30 40 50 60 70 80 90 密度 kg/m3999.6 998 995.4 992 987.7 982.8 977.2 971.1 964.6

1．1 水流方式

水在管道内的流动方式分为3种：

—分层式，指水粒子流动轨迹平行有序（流动方式平缓有规律）

—湍流式，指水粒子无序运动及随时变化（流动方式紊乱、不稳定）

—过渡式，指介于分层式和湍流式之间的流动方式。

流动方式通过雷诺数（Reynolds Number）予以确定：

其中：

Re=雷诺数

v=流速m/s

D=管道内径m。

ט=水温及水流动力粘度，m2/s

表2：水温及相关水流动力粘度

水温m2/s cSt °E

10°C 1.30×10-6 1.30 1.022 20°C 1.02×10-6 1.02 1.000 30°C 0.80×10-6 0.80 0.985 40°C 0.65×10-6 0.65 0.974 50°C 0.54×10-6 0.54 0.966 60°C 0.47×10-6 0.47 0.961 70°C 0.43×10-6 0.43 0.958 80°C 0.39×10-6 0.39 0.956 90°C 0.35×10-6 0.35 0.953

通过公式2计算出雷诺数就可判断水流方式：

Re<2,000：分层式流动

Re：2,000-2,500：过渡式流动

Re>2,500： 湍流式流动

由于过渡式流动方式的雷诺数范围较窄，且其流动方式多变，因此大多将大于2,000的归为湍流式流动。将雷诺数2,000带入以下公式计算出的流速就是分层式流动和湍流式流动的界线

由公式（3）可以看出，管径与流速是成反比的，也就是说，管径越小，其流速也更高。 表1简单地示范了几个口径在Re=2,000时的流速。 表3 界定水流方式的速度 温度

粘度 m 2/s

1/2″ 16.4mm

1″ 27.4 mm

2″ 53.2 mm

10°C 1.30×10-6 0.16 0.09 0.05 50°C 0.54×10-6 0.07 0.04 0.02 80°C

0.39×10-6

0.05 0.03 0.01

1．2 管道内壁粗糙程度

管道内壁的粗糙程度分为：

（1） 低粗糙程度：多指铜管、不锈钢管和塑料管道。 （2） 中粗糙程度：多指黑钢管、镀锌钢管 1. 3 摩擦阻力系数Fa 的计算方式

在分层式流动方式下，Fa 的计算公式为

对于湍流式流动方式，以前常使用Colebrook 公式。然而，这个公式计算较为复杂。现在则普遍使用Blasius 公式：

针对低粗糙程度管道，公式为

针对中粗糙程度管道，公式为

1．3 湍流式流动延程压力损失的计算方法

将以上计算出的Fa值(公式4)代入公式（1）中，则可以根据其它已知的数据计算出延程阻力。

在实际计算时，往往更多地将流速转换为流量，因此公式也相应地改变为以下公式：

r=1,153,983 x ט x ρ x G / D4公式 7

其中：

r=延程阻力：mm/m

ט=动力粘度：m2/s

ρ=水密度：kg/ m3

G=流量：l/h

D=管内径：mm

分层流动方式的流速较低，往往只存在于以下两种情况：

1，没有循环泵的自然循环系统，因为没有强制循环所以流速较低；

2，输送燃油的管道，由于其粘度较高因此流速较低。

1. 4 分层式流动延程压力损失的计算方法

将以上计算出的Fa值(公式5, 6)代入公式（1）中，则可以根据其它已知的数据计算出延程阻力。

在实际计算时，往往更多地将流速转换为流量，因此公式也相应地改变为以下公式：r =14.68×ν0.25×ρ×G1.75/D4.75 公式 8

r =3.3×ν0.13×ρ×G1.87/D5.01 公式 9

其中：

r=延程阻力：mm/m

ט=动力粘度：m2/s

ρ=水密度：kg/ m3

G=流量：l/h

D=管内径：mm

公式8针对低粗糙度管道，公式9针对中粗糙度管道。

湍流式流动方式的低粗糙度管道主要指铜管和各类塑料管；而中粗糙度管道则指各类钢管。