并联管网系统水力特性剖析

并联管网系统水力特性剖析

秋冬供暖季即将来临，设计人员在热水供暖循环系统设计过程中，设计重点无外乎各种并联环路之间的流量合理分配问题。同程式和异程式两种系统作为典型的管网形式存在，在解决并联环路流量合理分配方面都有其独特的优势。

1、并联环路的水力特性

任意并联环路之间的流量分配都遵循下列水力学的基本原则：并联点的水头差相同，此水头差为:

式中H为水头差；S为环路的阻抗，它综合了环路的长度、管径和局部阻力因素；G为流量。

图1 并联系统的两种示例

图中的a和b为并联环路1和2的公共并联点，由于a和b之间的水头差，不管是经由环路1还是环路2都只能是同一个值，所以两个环路之间的流量分配比为

式子说明，并联环路之间的流量分配比与环路阻抗的平方根成反比，阻抗小，流量大；反之亦然。其中有一个重要概念：两个并联环路之间的压差即水头差H总是相等的，阻力特性的不同会通过流量分配自然平衡而使压力损失相同。

2、异程式系统的水力特性

异程式系统水力特性具备并联环路的典型特征：经由两个环路的水头差相等，总流量为两个环路的流量之和，即

图2 异程式系统的典型图示

图中c和d为环路1和环路2的公共并联点，经由c-a-1-b-d的水头差，必然与经由c-2-d的水头差相同。当这两个并联环路各自的阻抗确定之后，不管全系统的水力特性如何，两环路间的流量分配比是可以确定的，而且e-c和d-f管段的流量，必是这两个环路流量之和。当e-c和d-f管段的阻抗确定之后，又可以确定e和f之间的水头差。由此类推，可顺序确定所有环路之间的流量分配比。

3、同程式系统的水力特性

同程式系统不具备并联环路的典型性，虽然与异程式系统相同，经由两环路的水头差相等，但其流量组成存在复杂性。同程式系统的典型图示见下图。

图3 同程式系统的典型图示

图3中c和b为环路1和环路2的公共并联点，经由c-a-1-b的水头差，必然与经由c-2-d-b的水头差相等。但是与异程式系统显著不同的是，当这两个并联环路各自的阻抗确定之后，并不能确定两个环路之间的流量分配比，因为d-b段的流量主要取决于上游管段的水力特性，因而c-2-d的流量也不能确定。当d-b段上游阻抗较小时会使d点水头值较大，则c-d段有较小的水头差。相反，当d-b段上游阻抗较大时就会使d点水头值变小，则c-d段有较大的水头差。只有当e和b点之间所有管段的阻抗全部确定之后，经综合平衡才能真正确定各环路之间的流量分配比。在同程式系统设计过程中，需要注意两点：①供、回水管的水力坡降（比摩阻）相近；②供、回水管的水力坡降线尽量远离，即尽量减小“共同段”阻力损失所占的比例。

4、小结

针对上述两种并联环路的水力特性的分析，可知：

（1）异程式系统虽有自末端起各环路水头差顺序增大，需要将各环路的阻抗S相应增大，以求得流量合理分配的困难条件，但全系统的水力特性的直观性较好，便于计算和调节。

（2）同程式系统虽有各环路之间可能取得相近水头差，因而具备流量合理分配的有利条件，但各环路水头差的大小不似异程式系统那样存在直观规律性，计算和调节都较为困难。如果处理不当，某些环路会出现下段水头值高于上段水头值，而导致局部环路出现逆循环。