《供熱工程》第四課_室內供暖系統(tǒng)的水力計算

1、第四章第四章 室內室內熱水供暖系統(tǒng)的熱水供暖系統(tǒng)的水力計算水力計算 本章重點及難點本章重點及難點 本章重點熱水供熱系統(tǒng)水力計算基本原理。重力循環(huán)熱水供熱系統(tǒng)水力計算基本原理。機械循環(huán)熱水供熱系統(tǒng)水力計算基本原理。本章難點水力計算方法。最不利循環(huán)。 第一節(jié)第一節(jié) 熱水供暖系統(tǒng)管路水力計算的基本原理熱水供暖系統(tǒng)管路水力計算的基本原理 一、熱水供暖系統(tǒng)管路水力計算的基本公式當流體沿管道流動時，由于流體分子間及其與管壁間的摩擦，就要損失能量；而當流體流過管道的一些附件(如閥門、彎頭、三通、散熱器等)時，由于流動方向或速度的改變，產生局部旋渦和撞擊，也要損失能量。前者稱為沿程損失沿程損失，后者稱為局部損

2、失局部損失。 一、系統(tǒng)管路水力計算的基本公式PPy+PiRl+Pi Pa 式中P計算管段的壓力損失，Pa； Py計算管段的沿程損失，Pa； Pi計算管段的局部損失，Pa； R每米管長的沿程損失，Pam； l管段長度，m。yjjPPPRlP 一、系統(tǒng)管路水力計算的基本公式 在管路的水力計算中，通常把管路中水流量和管徑都沒有改變的一段管子稱為一個計算管段。任何一個熱水供暖系統(tǒng)的管路都是由許多串聯(lián)或并聯(lián)的計算管段組成的。復習知識點比摩阻的計算：22vRd /Pa m摩擦阻力系數(shù)：Re,Re,/fdK d的計算層流流動時：64Re紊流流動時：水力光滑區(qū)：21.42lgRedk過渡區(qū)：粗糙管區(qū)：0.25

3、0.3164Re0.25680.11ReKd對于熱水供暖系統(tǒng)，根據(jù)運行時間積累的資料，K值目前推薦采用下面的數(shù)值：對室內熱水供暖系統(tǒng)管路對室外熱水網(wǎng)路0.2Kmm0.5Kmm熱水的流動狀態(tài)：對室內熱水供暖系統(tǒng)管路：對室外熱水網(wǎng)路：處在過渡區(qū)處在阻力平方區(qū)熱媒流速與流量的關系2290036004GGvdd/m s簡化的計算式2856.25 10GRd/Pa m附錄4-1管段的局部損失 水流過熱水供暖系統(tǒng)管路的附件（如三通、彎頭、閥門等）的局部阻力系數(shù)可查附錄4-2。22jvPPa二、當量局部阻力法和當量長度法 在實際工程設計中，為了簡化計算，也有采用所謂“當量局部阻力法當量局部阻力法”或“當量長

4、當量長度法度法”進行管路的水力計算。當量局部阻力法 基本原理是將管段的沿程損失轉變?yōu)榫植繐p失來計算。2222jddvvPldld當量局部阻力法2222222219002jdzhvPRlPldlGdAGAGsG 管路總壓力損失為：Pa22419002Ad2/Pakg h當量長度法 基本原理是將管段的局部損失折合為管段的沿程損失來計算。2222dddvvRllddljdzhPRlPR llRlmPa三、系統(tǒng)管路水力計算的任務及方法水力計算的主要任務通常為：1.按已知系統(tǒng)各管段的流量和系統(tǒng)的循環(huán)作用壓力確定各管段的管徑；2.按已知系統(tǒng)各管段的流量和各管段的管徑確定系統(tǒng)所必需的循環(huán)作用壓力；3.按已知

5、系統(tǒng)各管段的管徑和各管段的管徑確定通過該管段的水流量。三、系統(tǒng)管路水力計算的任務及方法管路的水力計算從系統(tǒng)的最不利環(huán)路開始，也即是從允許的比摩阻R最小的一個環(huán)路開始計算。由n個串聯(lián)管段組成的最不利環(huán)路，它的總壓力損失為n個串聯(lián)管段壓力損失的總和。2111nnnjzhzhPRlPAGRlPa三、系統(tǒng)管路水力計算的任務及方法進行第一種情況的水力計算時，可以預先求出最不利循環(huán)環(huán)路或者分支環(huán)路的平均比摩阻pjPRl/Pa m根據(jù)算出的Rpj及環(huán)路中各管段的流量，利用水力計算圖表，可以選出最接近的管徑，并求出最不利循環(huán)環(huán)路中各管段的實際壓力損失和整個環(huán)路的總壓力損失值。三、系統(tǒng)管路水力計算的任務及方法第

6、一種情況的水力計算有時也用在已知各管段的流量和選定的比摩阻R值或者流速v值的場合，此時選定的R值和v值，常采用經濟值，稱經濟比摩阻或經濟流速。如選用較大的R值，管徑可縮小，單系統(tǒng)的壓力損失增大，水泵的電能消耗增加。為了各循環(huán)環(huán)路易于平衡，最不利循環(huán)環(huán)路的平均比摩阻不宜選得過大。在設計實踐中，Rpj一般取60120Pa/m為宜。第二節(jié) 重力循環(huán)雙管系統(tǒng)管路水力計算方法和例題 重力循環(huán)異程式雙管系統(tǒng)的最不利循環(huán)環(huán)路是通過最遠立管底層散熱器的循環(huán)環(huán)路，計算應由此開始。zhfhgfPPPgHP 重力循環(huán)雙管系統(tǒng)通過散熱器環(huán)路的循環(huán)作用壓力的計算公式為：Pa 計算步驟： 計算步驟： 1選擇最不利環(huán)路 由

7、圖41可見，最不利環(huán)路是通過立管I的最底層散熱器Il(1500W)的環(huán)路。這個環(huán)路從散熱器Il順序地經過管段1、2、3、4、5、6，進入鍋爐，再經管段7、8、9、10、11 12、13、14、15、16進入散熱器I1。 2計算通過最不利環(huán)路散熱器Il的作用壓力1IP1IhgfPgHPPa19.81 3 977.81 961.92350818IPPa計算步驟：3確定最不利環(huán)路各管段的管徑d。(1)求單位長度平均比摩阻(2)根據(jù)各管段的熱負荷，求出各管段的流量 (3)根據(jù)G、Rpj，查附錄表4-1，選擇最接近Rpj的管徑。4確定長度壓力損失 yPRl計算步驟：5確定局部阻力損失Z1）確定局部阻力系

8、數(shù) 根據(jù)系統(tǒng)圖中管路的實際情況，列出各管段局部阻力管件名稱，利用附錄表4-2查得其阻力系數(shù)2）利用附錄表4-3，根據(jù)管段流速v可查得動壓頭 ，利用式 可得 值。dPjdPP jP計算步驟： 6求各管段的壓力損失 7求環(huán)路總壓力損失 8計算富裕壓力值。 考慮由于施工的具體情況，可能增加一些在設計計算中未計入的壓力損失。因此，要求系統(tǒng)應有10以上的富裕度。yjPPP 114712yjPP Pa計算步驟： 9確定通過立管第二層散熱器環(huán)路中各管段的管徑。(1)計算通過立管I第二層散熱器環(huán)路的作用壓力 (2)確定通過立管I第二層散熱器環(huán)路中各管段的管徑。1）求平均比摩阻；2）確定管段的d并找到相應的R、

9、v值。(3)求通過底層與第二層并聯(lián)環(huán)路的壓降不平衡率。22IhgfPgHPPa計算步驟：10確定通過立管I第三層散熱器環(huán)路上各管段的管徑，計算方法與前相同。計算結果如下：（1）通過立管I第三層散熱器環(huán)路的作用壓力（2）管段15、17、18與管段13、14、l為并聯(lián)管路。通過管段15、17、18的資用壓力為（3）管段15、17、18的實際壓力損失為459+159.1十119.7738Pa。（4）不平衡率x13(976-738)97624.415因17、18管段已選用最小管徑，剩余壓力只能用第三層散熱器支管上的閥門消除。331753IhgfPgHPPa3115,17,181,13,14976IIy

10、jPPPPP Pa計算步驟： 11確定通過立管各層環(huán)路各管段的管徑。 作為異程式雙管系統(tǒng)的最不利循環(huán)環(huán)路是通過最遠立管I底層散熱器的環(huán)路。對與它并聯(lián)的其它立管的管徑計算同樣應根據(jù)節(jié)點壓力平衡原理與該環(huán)路進行壓力平衡計算確定。 （1）確定通過立管底層散熱器環(huán)路的作用壓力 (2)確定通過立管底層散熱器環(huán)路各管段管徑d。11818IIhgfPgHPPa計算步驟： 通過該雙管系統(tǒng)水力計算結果，可以看出，第三層的管段雖然取用了最小管徑(DN15)，但它的不平衡率大于15。這說明對于高于三層以上的建筑物，如采用上供下回式的雙管系統(tǒng)，若無良好的調節(jié)裝置(如安裝散熱器溫控閥等)，豎向失調狀況難以避免。第三節(jié)

11、機械循環(huán)單管熱水供暖系統(tǒng)管路的水力計算方法和例題 與重力循環(huán)系統(tǒng)相比，機械循環(huán)系統(tǒng)的作用半徑大，其室內熱水供暖系統(tǒng)的總壓力損失一般約為10-20kPa，對水平式或較大型的系統(tǒng)，可達20一50kPa。 進行水力計算時，機械循環(huán)室內熱水供暖系統(tǒng)多根據(jù)入口處的資用循環(huán)壓力，按最不利循環(huán)環(huán)路的平均比摩阻來選用該環(huán)路各管段的管徑。當入口處資用壓力較高時，管道流速和系統(tǒng)實際總壓力損失可相應提高。 機械循環(huán)單管熱水供暖系統(tǒng)管路的水力計算方法和例題 在機械循環(huán)系統(tǒng)中，循環(huán)壓力主要是由水泵提供，同時也存在著重力循環(huán)作用壓力。管道內水冷卻產生的重力循環(huán)作用壓力，占機械循環(huán)總循環(huán)壓力的比例很小，可忽略不計。對機械循

12、環(huán)雙管系統(tǒng)，水在各層散熱器冷卻所形成的重力循環(huán)作用壓力不相等，在進行各立管散熱器并聯(lián)環(huán)路的水力計算時，應計算在內，不可忽略。 對機械循環(huán)單管系統(tǒng)，如建筑物各部分層數(shù)相同時，每根立管所產生的重力循環(huán)作用壓力近似相等，可忽略不計；如建筑物各部分層數(shù)不同時，高度和各層熱負荷分配比不同的立管之間所產小的重力循環(huán)作用壓力不相等，在計算各立管之間并聯(lián)環(huán)路的壓降不平衡率時，應將其重力循環(huán)作用壓力的差額計算在內。重力循環(huán)作用壓力可按設計工況下的最大值的23計算(約相應于采暖平均水溫下的作用壓力值)。機械循環(huán)單管熱水供暖系統(tǒng)管路的水力計算方法和例題一、 機械循環(huán)單管順流式水力計算例題計算步驟1在軸測圖上，與例題

13、4-1相同，進行管段編號，立管編號并注明各管段的熱負荷和管長 2確定最不利環(huán)路。本系統(tǒng)為異程式單管系統(tǒng)，一般取最遠立管的環(huán)路作為最不利環(huán)路 計算步驟3計算最不利環(huán)路各管段的管徑采用推薦的平均比摩阻Rpj大致為60120Pa/m 4確定立管的管徑5確定立管的管徑6確定立管的管徑7確定立管I的管徑 為避免采用例題4-2的水力計算方法而出現(xiàn)立管之間環(huán)路壓力不易平衡的問題，在工程設計中，可采用下面的一些設計方法，來防止或減輕系統(tǒng)的水平失調現(xiàn)象。 (1)供、回水干管采用同程式布置； (2)仍采用異程式系統(tǒng)，但采用“不等溫降”方法進行水力計算； (3)仍采用異程式系統(tǒng)，采用首先計算最近立管環(huán)路的方法。 同

14、程式系統(tǒng)和不等溫降的水力計算方法，將在本章第四、五節(jié)中詳細闡述。第四節(jié)第四節(jié) 機械循環(huán)同程式熱水供暖系統(tǒng)機械循環(huán)同程式熱水供暖系統(tǒng) 管路的水力計算方法和例題管路的水力計算方法和例題計算方法和步驟： 1.首先計算通過最遠立管的環(huán)路。確定出供水干管各個管段、立管和回水總干管的管徑及其壓力損失。計算方法與例題4-2相同，見水力計算表4-5。 2.用同樣方法，計算通過最近立管的環(huán)路，從而確定出立管、回水干管各管段的管徑及其壓力損失。計算方法和步驟 3.求并聯(lián)環(huán)路立管和立管的壓力損失不平衡率，使其不平衡率在5%以內。 4.根據(jù)水力計算結果，利用圖示方法（見圖4-6），表示出系統(tǒng)的總壓力損失及各立管的供、

15、回水節(jié)點間的資用壓力值。計算方法和步驟 5.確定其它立管的管徑。根據(jù)各立管的資用壓力和立管各管段的流量，選用合適的立管管徑。計算方法與例題4-2的方法相同。 6.求各立管的不平衡率。根據(jù)立管的資用壓力和立管的計算壓力損失，求各立管的不平衡率。不平衡率應在10%以內。 通過同程式系統(tǒng)水力計算例題可見，雖然同程式系統(tǒng)的管道金屬耗量，多于異程式系統(tǒng)，但它可以通過調整供、回水干管的各管段的壓力損失來滿足立管間不平衡率的要求。第五節(jié)第五節(jié) 不等溫降的水力不等溫降的水力 計算原理和方法計算原理和方法計算原理及方法 是在單管系統(tǒng)中各立管的溫降各不相等的前提下進行水力計算。 以并聯(lián)環(huán)路節(jié)點壓力平衡的基本原理進

16、行水力計算。 在熱水供暖系統(tǒng)的并聯(lián)環(huán)路上，當其中一個并聯(lián)支路節(jié)點壓力損失確定后，對另一個并聯(lián)支路預先給定其管徑，從而確定通過該立管的流量以及該立管的實際溫度降。 這種計算方法對各立管間的流量分配完全遵守并聯(lián)環(huán)路節(jié)點壓力平衡的水力學規(guī)律，能使設計工況與實際工況基本一致。一、熱水管路的阻力數(shù) 熱水管路系統(tǒng)中各管段的壓力損失和流量分配，取決與各管段的連接方法以及各管段的阻力數(shù)s值。一、熱水管路的阻力數(shù)123PPPP 對于由串聯(lián)管段組成 熱水管路，串聯(lián)管段的總壓降為：1P2P3P1s2s3sPG2222111chS GS GS GS G根據(jù)4-19有： 由此可知：在串聯(lián)管路中，管路的總阻力數(shù)為各串聯(lián)管段阻力數(shù)之和。一、熱水管路的阻力數(shù)123GGGG 對于由并聯(lián)管段組成 熱水管路，管路的總流量為各并聯(lián)管段流量之和：1231111bSSSS可得：1G1s2s3sPG2G3G 對于由并聯(lián)管段組成 熱水管路，管路的總流量為各并聯(lián)管段流量之和：bPGS一、熱水管路的阻力數(shù)1