热水供暖系统的水力计算

热媒流速与流量的关系
v
G
3600 d 2
G
900d 2
m/s
4
G — 管段的水流量， kg / h。
v
G
900 d
2
R2 d5
➢ 在给定某一水温和流动状态条件下，上式的λ值和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中的任意两数，就 可确定第三个数值。附录表4-1给出室内热水供暖系统 的管路水力计算表。利用水力计算表进行水力计算， 可大大减轻计算工作量。
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。
1、沿程损失的计算
每米管长的沿程损失（比摩阻）R
v2
R pa/m d2
— 管段的摩擦阻力系数；
d — 管子内径，mm； v — 热媒在管道内的流速，m / s；
— 热媒的密度，kg / m3。
热媒在管道内流动的摩擦阻力系数λ值取决于管内
热媒的流动状态和管壁的粗糙程度。
f Re, Re vd , K
d
Re— 雷诺数。判别流体流动状态的准则数。 v — 热媒在管内的流速，m / s； d — 管子内径，m；
— 热媒的运动粘滞系数，m2 / s；
K — 管壁的当量绝对粗糙度，m；
— 管壁的相对粗糙度。
雷诺数
层流 （Re<2320） 水力光滑区
当量长度法——将管段的局部损失折合为管段 的沿程损失来计算。
当量阻力法 用于有标准连接图式的系统
当量长度法
用于室外热网
1、当量局部阻力法
设管段的沿程损失相当于某一局部损失ΔPj， 则：
粗糙度K，下表列出水温为60℃、90 ℃时相应
K=0.2mm和K=0.5mm条件下的过渡区临界速度v1
和v2值。
过渡区的临界速度
流速v (m/s)
v１ v2
水温t=60℃
水温t=90℃
K=0.2mm K=0.5mm K=0.2mm K=0.5mm
0.026 1.066
0.01 0.426
0.018 0.725
推荐K值
➢ 管壁的当量粗糙度K值与管子的使用状况（流 体对管壁的腐蚀和沉积水垢等状况）和管子的 使用时间等因素有关。
➢ 热水供暖系统中很少遇到层流状态，根据运行 实践积累的资料，目前推荐采用下面的数值：
对室内热水供暖系统管路，K=0.2mm； 对室外热水管路，K=0.5mm。
➢ 根据过渡区范围的判别式和推荐使用的当量绝对
➢ 根据水力计算表查出的比摩阻R值，再根据管段的长 度L，则可求出沿程损失。
2、局部损失的计算
Pj
v2 pa
2
—管段中总的局部阻力系数。
水流过管道的附件（如阀门、弯头、三通等） 的局部阻力系数，用实验方法确定，查附录表 4-2。
附录表4-3给出了热水供暖系统局部阻力系数 ξ=1时的局部阻力△P。
0.007 0.290
➢ 从上表 可见，当K=0.2mm时，过渡区的临界速度 为v1=0.026m/s，v2=1.066m/s。在设计热水供暖系 统时，管段内的流速通常都不会超过v2值，也不 大可能低于v1值。因此，热水在室内热水供暖系 统管路内的流动状态，几乎都是处于过渡区内。
➢ 室外热水网路（K=0.5mm），设计都采用较高的 流速（流速常大于0.5m/s），因此，水在热水网 路中的流动状态，大多处于阻力平方区内。
紊流 （Re>2320） 过渡区 阻力平方区
层流（Re<2320）
f Re 64
Re
在热水供暖系统中很少遇到层流状态，仅在自然 循环热水供暖系统的个别水流量很小、管径很小 的管段内，才会遇到层流的流动状态。
紊流（Re>2320）
水力光滑区：摩擦阻力系数λ值用布拉修斯公式
计算。
f
Re
0.3164 Re0.25
在4000～100000范围内，布拉修斯公式能给出相当准 确的数值。
紊流（Re>2320）
过渡区：流动状态从水力光滑管区过渡到粗糙区
（阻力平方区）的一个区域称为过渡区。过渡区的 摩擦阻力系数λ值，可用洛巴耶夫公式来计算。
f
Re,
1.42
lg
Re
2
过渡区的范围：11/ε < Re < 445/ε
水力计算是供暖系统设计计算的重要组成部分， 也是设计中的一个难点。
4-1 热水供暖系统管路水力 计算的基本原理
一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式
热水供暖系统进行管路水力计算的目的，是保 证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需要。
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。
教学目的：掌握水力计算方法 教学重点：机械循环热水供暖系统管路
的水力计算 教学难点：阻力平衡
室内热水供暖系统通过进行水力计算可以确定系 统中各管段的管径，使进入各管段的流量和进入 散热器的流量符合要求，进而确定各管路系统的 阻力损失。
水力计算应在确定了系统形式、管路布置及散热 器选择计算后进行。
紊流（Re>2320）
阻力平方区（阻力平方区）：在此区域内，摩擦
阻力系数λ值仅取决于管壁的相对粗糙度。粗糙管区 的摩擦阻力系数λ值，可用尼古拉兹公式计算。
f
1 1.14 2lg
1 2
对于管径大于或等于40mm的管子，用希弗林松推荐
的更为简单的计算公式也可以得出很接近的数值：
f 0.11 0.25
基本公式：
ΔP＝ΔPy+ΔPj＝Rl+ΔPj Pa
ΔP—计算管段的压力损失，Pa； ΔPy—计算管段的沿程损失，Pa； ΔPj—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。
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。
3、压力损失计算
分别求出系统中各管段的沿程损失和局部损失 后，两者之和就是该管段的总压力损失。
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，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。
当量局部阻力法（动压头法）——将管段的沿 程损失转变为局部损失来计算。