第3章--液体输配管网水力特征与水力计算

第3章液体输配管网水力特征与水力计算3-1计算例题3-1中各散热器所在环路的作用压力tg=95℃，tg1=85℃，tg2=80℃，tn=70℃。题3-1解：双管制：第一层：ΔP1=gh1(ρh-ρg)=9.8×3×(977.81-961.92)=467.2Pa第二层：ΔP2=gh2(ρh-ρg)=9.8×6×(977.81-961.92)=934.3Pa第三层：ΔP3=gh3(ρh-ρg)=9.8×8.5×(977.81-961.92)=1323.6Pa单管制：ΔPh=gh3(tg1-tg)+gh2(tg2-tg1)+gh1(ρh-ρg2)=9.8×8.5×(968.65-961.92)+9.8×6×(971.83-968.65)+9.8×3×(977.81-971.83)=923.4Pa3-2通过水力计算确定习题图3-2所示重力循环热水采暖管网的管径。图中立管Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ各散热器的热负荷与Ⅱ立管相同。只算I、II立管，其余立管只讲计算方法，不作具体计算，散热器进出水管管长1.5m，进出水支管均有截止阀和乙字弯，没根立管和热源进出口设有闸阀。图3-2解：ΔPⅠ1′=gH(ρH-ρg)+ΔPf=9.81×(0.5+3)(977.81-961.92)+350=896Pa∑lⅠ1=8+10+10+10+10+(8.9-0.5)+1.5+1.5+(0.5+3)+10+10+10+10+8+(8.9+3)=122.8m水力计算表管段号Q(w)G(kg/h)L(m)D(mm)v(m/s)R(Pa/m)ΔPy=Rl(Pa)ΣξPd(Pa)ΔPj(Pa)ΔP(Pa)局部阻力统计11800625.8200.053.1118.025.01.2330.848.8散热器1×2.0，截止阀2×10，90º弯头1×1.5，合流三通1.5×12530018213.5320.051.6522.32.51.233.125.4闸阀1×0.5，直流三通1×1.0，90º弯头1×1.039934110400.2.525.81.2.2.228直流三通1×1.0000780255.141450049910400.115.2152.11.05.985.9858.1直流三通1×1.051910065710500.082.4224.21.03.143.1427.3直流三通1×1.06237008159500.113.6028.81.55.989.037.8闸阀1×0.5，90º弯头2×0.572370081519.90500.113.6071.62.55.9815.086.6闸阀1×0.5，90º弯头2×0.5，直流三通1×1.081910065710500.082.4224.21.03.143.1427.3直流三通1×1.091450049910400.115.2152.11.05.985.9858.1直流三通1×1.010990034110400.072.5825.81.02.252.2528.1直流三通1×1.011530018212.8320.051.6521.12.51.233.124.3闸阀1×0.5，直流三通1×1.0，90º弯1×1.01233001142.8250.062.888.11.01.771.89.9直流三通1×1.0Pa，系统作用压力富裕率，满足富裕压力要求，过剩压力可以通过阀门调节。立管Ⅰ，第二层ΔPⅠ，2=9.81×6.3×(977.81-961.92)+350=1332Pa通过第二层散热器的资用压力：ΔP13，14′=1332-896+48.8=485Pa，Rpj=0.5×485/5.8=41.8Pa/m管段Q(wG(kgL(mD(mv(mR(PaΔPy=RlΣξPd(PΔPj(PaΔP局部阻力统计号)/h))m)/s)/m)(Pa)a))(Pa)131500523150.089.9230373.14116146散热器1×2，截止阀2×16，旁流三通2×1.51435001202.8150.1765.93128.61.014.2214.2143直流三通1×1.0压降不平衡率因13、14管均选用最小管径，剩余压力只能通过第二层散热器支管上的阀门消除。立管Ⅰ，第三层ΔPⅠ，3=9.81×9.1×(977.81-961.92)+350=1768Pa资用压力：ΔP′15，16，14=1768-896+48.8+9.9=931Pa管段号Q(w)G(kg/h)L(m)D(mm)v(m/s)R(Pa/m)ΔPy=Rl(Pa)ΣξPd(Pa)ΔPj(Pa)ΔP(Pa)局部阻力统计15200068.83150.115.2645.8354.9172217散热器1×2，截止阀2×16，90º弯头1×1.016200068.82.8150.115.2642.71.04.94.948.0直流三通1×1.0压降不平衡率因管段15、16、14已选用最小管径，剩余压力通过散热器支管的阀门消除。计算立管Ⅱ，ΔPⅡ1=9.81×3.5×(977.81-961.92)+350=896Pa管段17、18、23、24与管段11、12、1、2并联Ⅱ立管第一层散热器使用压力ΔPⅡ,1′=24.3+9.9+48.8+25.4=108.4Pa管段号Q(w)G(kg/h)L(m)D(mm)v(m/s)R(Pa/m)ΔPy=Rl(Pa)ΣξPd(Pa)ΔPj(Pa)ΔP(Pa)局部阻力统计171500525.8150.089.957.437.03.08114.0171.4同管段131846001583.5320.051.314.62.01.232.57.1闸阀1×0.5合流三通1×1.5232800962.8200.086.6518.61.03.143.1422.0直流三通1×1.02446001582.8320.051.313.73.01.233.77.4闸阀1×0.5，直流三通1×1.0，旁流三通1×1.5压降不平衡率压降不平衡χ较大，可适当调整管径如下。管段号Q(w)G(kg/h)L(m)D(mm)v(m/s)R(Pa/m)ΔPy=Rl(Pa)ΣξΔPd(Pa)ΔPj(Pa)ΔP(Pa)局部阻力统计17′1500525.8200.041.388.025.00.820.028.0散热器1×2，截止阀2×10，90º弯1º×1.5，合流三通1.5×118′46001583.5250.0911.038.52.04.08.046.5闸阀1×0.5合流三通1×1.523′2800962.8250.055.014.01.01.21.215.2直流三通1×1.024′46001582.8250.0911.030.83.04.012.042.8闸阀1×0.5，直流三通1×1.0，旁流三通1×1.5调整后的压降不平衡率多余压力可以通过阀门调节。确定Ⅱ立管第二层散热器管径资用压力ΔPⅡ，2′=1332-（896-28.0-46.5）=511Pa管段号Q(w)G(kg/h)L(m)D(mm)v(m/s)R(Pa/m)ΔPy=Rl(Pa)ΣξPd(Pa)ΔPj(Pa)ΔP(Pa)局部阻力统计19130044.73150.067.823.4371.7364.187.5同管段13203100106.62.8150.1637.0103.6112.512.5116.1直流三通1×1.0压降不平衡率管段19、20已选用最小管径，剩余压力由阀门消除。确定Ⅱ立管第3层散热器管径。资用压力ΔP′Ⅱ，3=1768-（896-28.0-15.2）=915Pa管段号Q(w)G(kg/h)L(m)D(mm)v(m/s)R(Pa/m)ΔPy=Rl(Pa)ΣξΔPd(Pa)ΔPj(Pa)ΔP(Pa)局部阻力统计211800623150.0913.641.035.53.9139180散热器1×2.0，截止阀2×16，旁流三通1×1.5221800622.8150.0913.638.02.53.99.848直流三通1×1.090º弯头1×1.5压降不平衡剩余压力由阀门消除。第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ立管的水力计算与Ⅱ立管相似，方法为：1）确定通过底层散热器的资用压力；2）确定通过底层散热器环路的管径和各管段阻力；3）进行底层散热器环路的阻力平衡校核；4）确定第2层散热器环路的管径和各管段阻力；5）对第2层散热器环路进行阻力平衡校核；6）对第3层散热器作4）、5）步计算，校核。3-3机械循环室内采暖系统的水力特征和水力计算方法与重力循环系统有哪些一致的地方和哪些不同之处？①作用压力不同：重力循环系统的作用压力：双管系统ΔP=gH(ρH-ρg)，单管系统：，总的作用压力：ΔPzh=ΔPh+ΔPf；机械循环系统的作用压力：P+ΔPh+ΔPf=ΔPl，ΔPh、ΔPf与P相比可忽略不计。∴P=ΔPl，但在局部并联管路中进行阻力手段时需考虑重力作用。②计算方法基本相同：首先确定最不利环路，确定管径，然后根据阻力平衡，确定并联支路的管径，最后作阻力平衡校核。3-4室外热水供热管的水力计算与室内相比有哪些相同之处和不同之处？答：相同之处：（1）计算的主要任务相同：按已知的热煤流量，确定管道的直径，计算压力损失；按已知热媒流量和管道直径，计算管道的压力损失；按已知管道直径和允许压力损失，计算或校核管道中流量。（2）计算方法和原理相同：室内热水管网水力计算的基本原理，对室外热水管网是完全适用的。在水力计算程序上，确定最不利环路，计算最不利环路的压力损失，对并联支路进行阻力平行。不同之处：（1）最不利环路平均比摩阻范围不同，室内Rpj=60~120Pa/m，室外Rpj=40-80Pa/m。（2）水力计算图表不同，因为室内管网流动大多于紊流过渡区，而室外管网流动状况大多处于阻力平方区。（3）在局部阻力的处理上不同，室内管网局部阻力和沿程阻力分开计算，而室外管网将局部阻力折算成沿程阻力的当量长度计算。（4）沿程阻力在总阻力中所占比例不同，室内可取50%，室外可取60~80%。3-5开式液体管网水力特征与水力计算与闭式液体管网相比，有哪些相同之处和不同之处？答：从水力特征上看，开式液体管网有进出口与大气相通，而闭式液体管网（除膨胀水箱外）与大气隔离。因此，开式液体管网的动力设备除了克服管网流动阻力外，还要克服进出口高差形成的静水压力。此外，开式液体管网（如排水管网）中流体可能为多相流，其流态比闭式管网复杂；由于使用时间的不确定性，开式液体管网中流量随时间变化较大，而闭式液体管风中流量一般比较稳定。在水力计算方法上，开式液体管网的基本原理和方法与闭式管网没有本质区别。但具体步骤中也有一些差别：（1）动力设备所需克服的阻力项不完全相同，开式管网需考虑高差；（2）管网流量计算方法不同，闭式管网同时使用系数一般取1，而开式管网同时使用系数小于1；（3）水力计算图表不同；（4）对局部阻力的处理方式不同，闭式管网通过局部的阻力系数和动压求局部损失，而开式管网对局部阻力一般不作详细计算，仅根据管网类型采用经验的估计值，局部损失所占比例也小于闭式管网中局部损失所占比例。（5）在并联支路阻力平衡处理上，闭式管网强调阻力平衡校核，而开式管网则对此要求不严，这是开、闭式管网具体型式的不同造成的，开式管网对较大的并联支路也应考虑阻力平衡。3-6分析管内流速取值对管网设计的影响。答：管内流速取值对管网运行的经济性和可靠性都有很重要的影响。管内流速取值大，则平均比摩阻较大，管径可减小，可适当降低管网系统初投资，减少管网安装所占空间；但同时管道内的流速较大，系统的压力损失增加，水泵的动力消耗增加，运行费增加。并且也可能带来运行噪声和调节困难等问题。反之，选用较小的比摩阻值，则管径增大，管网系统初投资较大；但同时管道内的流速较小，系统的压力损失减小，水泵的动力消耗小，运行费低，相应运行噪声和调节问题也容易得到解决。