第2章 氣體輸配管網(wǎng)水力特征與水力計算課件

第2章氣體輸配管網(wǎng)水力特征與水力計算（P41）2.1氣體管流水力特征2.1.1氣體重力管流水力特征如圖2-1-1，管道內(nèi)氣體由斷面1流向斷面2。其流動的能量方程式為：(2-1-1)H2H112No83第2章氣體輸配管網(wǎng)水力特征與水力計算（P41）2.11其中，pj1、pj2分別是管內(nèi)斷面1、2的靜壓；v1、v2分別是管內(nèi)斷面1、2的流速；H分別是斷面1、2的位置標(biāo)高；a、為環(huán)境空氣密度和管內(nèi)氣體密度；g為重力加速度；p1~2為從斷面1到斷面2的流動能量損失。工程上稱

為斷面1、2處的動壓；稱為位壓，它實際上是重力對流動的作用。當(dāng)管內(nèi)外流體密度相同，位壓為零。當(dāng)密度上由溫度差造成時，工程上稱位壓為勢壓，或熱壓。No84其中，pj1、pj2分別是管內(nèi)斷面1、2的靜壓；v1、v2分2若1、2斷面分別在管道的進口處和出口處，如圖，則有pj1=0,pj2=0,v1=0,(2-1-1)式變形為（2-1-2）式表明，出口的動壓和斷面1、2之間流動損失的壓力來源于進出口之間的位壓。即由斷面1到2的流動是由重力引起的，屬重力流，動力大小取決于進出口的高差和管道內(nèi)外密度差之積。流動方向取決于管道內(nèi)外氣體密度的相對大小，若管道內(nèi)氣體(2-1-2)No851122H2H1a補充圖若1、2斷面分別在管道的進口處和出口處，如圖，則有pj1=03密度小（<a）,管道內(nèi)氣流向上，反之氣流向下。如衛(wèi)生間排氣豎井內(nèi)，氣體密度冬季小于室外，夏季大于室外，若無排氣風(fēng)機，則豎井內(nèi)冬季氣流向上運動，夏季氣流向下運動，倒灌入位于低層的衛(wèi)生間。

U型管如圖2-1-2，假設(shè)氣流從斷面1流入，斷面2流出。斷面1斷面D的能量方程式為：(2-1-3)12D1a2H2H1H2V2V11D密度?。?lt;a）,管道內(nèi)氣流向上，反之氣流向下。如衛(wèi)生4斷面D斷面2的能量方程為：`其中，1、2分別為管道1-D和D-2中的氣體密度；pjD、VD為斷面D處的靜壓和流速；分別是管流由1到D和D到2中的能量損失，將（2-1-3）和（2-1-4）相加，整理得(2-1-4)(2-1-5)D2斷面D斷面2的能量方程為：`(2-1-4)(2-1-5)D5（2-1-5）式表明：U型管道內(nèi)的重力流，與管道外的空氣密度無關(guān)。流動動力取決于兩豎直管段內(nèi)的氣體密度差（1-2）和管道高度（H2-H1）之積。密度相對較小的豎管內(nèi)氣體向上流。當(dāng)圖2-1-2中的斷面1、2合為一體時，如圖2-1-3，形成閉式循環(huán)管道，其能量方程式為其中pL是流過閉式循環(huán)管道的能量損失，(2-1-6)12<1H2H1圖2-1-3閉式管道重力循環(huán)流動No88（2-1-5）式表明：U型管道內(nèi)的重力流，與管道外的空氣密度6式（2-1-6）表明：無機械動力的閉式管道中，流動動力取決于豎管段內(nèi)的氣體密度差和豎管段的高之積。密度較大的豎管內(nèi)氣流向下，密度較小的豎管內(nèi)氣流向上。2.1.2氣體壓力管流水力特性當(dāng)管道內(nèi)部、管道內(nèi)外不存在密度差，或是水平管網(wǎng)，則有即位壓等于零，（2-1-1）式變?yōu)椋?2-1-7)No89式（2-1-6）表明：無機械動力的閉式管道中，流動動力取決于7同一斷面上靜壓與動壓之和稱為全壓pq,即即,(2-1-7)式可變形為：(2-1-8)式表明，位壓為零的管流中，是兩斷面的全壓差克服流動阻力造成流動，上游斷面全壓減去上、下游斷面間的流動阻力等于下游斷面的全壓，即(2-1-8)(2-1-9)No90同一斷面上靜壓與動壓之和稱為全壓pq,即即8因此，流速的變化，引起動壓變化，也必然引起靜壓變化。上游斷面靜壓減去上、下游斷面間的流動阻力與上下游斷面動壓變化之和等于下游斷面的靜壓，即（2-1-9）和（2-1-10）式表明了壓力流網(wǎng)的基本水力特征。當(dāng)管段中沒有外界動力輸入時，下游斷面的全壓總是低于上游斷面。而上、下游斷面間的靜壓關(guān)系比較復(fù)雜，這是因為（2-1-10）的[]內(nèi)可“+”、可“-”、也可為“0”.(2-1-10)No91因此，流速的變化，引起動壓變化，也必然引起靜壓變化。上游斷面9可通過改變流速，在一定范圍內(nèi)調(diào)整靜壓。2.1.3壓力和重力綜合作用下的氣體管流特征由（2-1-1）式可得：二者綜合作用，克服流動阻力，維持管內(nèi)流動。但二者的綜合作用并非總是相互加強的。當(dāng)<a,即管內(nèi)氣體密度小時，(2-1-11)No92位壓反映重力作用全壓差反映壓力作用可通過改變流速，在一定范圍內(nèi)調(diào)整靜壓。2.1.3壓力和重10位壓驅(qū)動氣體向上流動(H2>H1),阻擋向下流動（H2<H1

）。反之，管內(nèi)氣體密度大時，位壓驅(qū)動氣體向下流動，阻擋向上流動。在閉式循環(huán)管路內(nèi)，位壓驅(qū)動密度小的氣體向上流動，密度大的氣體向下流動；阻擋相反方向的流動。若壓力驅(qū)動的流動方向與位壓一致，則二者綜合作用加強管內(nèi)氣體流動，若驅(qū)動方向相反，則由絕對值大者決定管流方向；絕對值小者實際上成為加“流動阻力”。如空調(diào)建筑裝有排氣風(fēng)機的衛(wèi)生間排氣豎井，冬季在位壓的輔助作用下，排氣能力明顯No93位壓驅(qū)動氣體向上流動(H2>H1),阻擋向下流動（H2<H11加強，夏季排氣風(fēng)機除克服豎井的阻力外，還要克服位壓，排氣能力削弱，尤其是高層建筑。2.2流體輸配管網(wǎng)水力計算的基本原理和方法流體輸配管網(wǎng)水力計算的主要目的是根據(jù)要求的流量分配，確定管網(wǎng)的各段管徑（或斷面尺寸）和阻力，求得管網(wǎng)特性曲線，為匹配管網(wǎng)動力設(shè)備（風(fēng)機、水泵等）的型號和動力消耗；或者根據(jù)已定的動力設(shè)備，確定保證流量分配的管道尺寸。No94加強，夏季排氣風(fēng)機除克服豎井的阻力外，還要克服位壓，排氣能力122.2.1摩擦阻力計算摩擦阻力按下式計算：當(dāng)管道材料不變，斷面尺寸不變，流體密度和流量也不隨流程變化時，式中，為摩阻力系數(shù)：為管段長度，m；Rs為管道水力半徑，m；Rm為管道單位長度摩阻力，又稱為比阻，Pa/m。（2-2-1）No952.2.1摩擦阻力計算摩擦阻力按下式計算：（2-2-1）13f為管道過流斷面面積，m2.當(dāng)管網(wǎng)壓力變化使氣體密度的變化不能忽略時，需要引入氣態(tài)方程和連續(xù)方程組成聯(lián)合方程組；在等斷面管道、等溫流動條件下，求解此聯(lián)合方程組得：常數(shù)No96f為管道過14得：式中，p1、p2分別為1、2斷面的絕對壓力，Pa；L0為管道流量，Nm3/s;分別為氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度、壓力、絕對溫度和壓縮因子；為斷面1、2間的管道長度，m。對于接近于0C的常溫、壓力不太大的（0.8MPa）圓形管道，可近似取T/T0=1；Z/Z0=1.（2-2-1‘）No97得：（2-2-1‘）No9715(2-2-1’)簡化為:`低壓（0.005MPa）管道，近似取p1+p2=2p0。(2-2-1’)可進步簡化為（2-2-1“）（2-2-1“‘）No98(2-2-1’)簡化為:`（2-2-1“）（2-2-1“‘16以上公式表明，必須注意正確選擇適合管流特征摩擦阻力計算公式。確定計算公式后，需計算摩擦阻力系數(shù)。是管流雷諾數(shù)Re和管道相對粗糙度的函數(shù)。式中K為管道材料的絕對粗糙度。大量實驗荻得不同流態(tài)下，（2-2-2）式的具體數(shù)學(xué)關(guān)系：（2-2-2）No99以上公式表明，必須注意正確選擇適合管流特征摩擦阻力計算公式。17在層流區(qū)：`當(dāng)2000<Re<4000時稱為臨界區(qū)或臨界過度區(qū)：紊流區(qū)包括水力光滑區(qū)、過渡區(qū)（又稱紊流過渡區(qū)）和阻力平方區(qū)：工程中，還常采用適合于一定管材，一定阻力區(qū)的專用公式：（2-2-2a）（2-2-2b）（2-2-2c）No100在層流區(qū)：`（2-2-2a）（2-2-2b）（2-2-2c）181.阿里特蘇里公式：2.謝維列夫公式對于新鋼管：水力光滑區(qū)過渡區(qū)（）（2-2-2d）（2-2-2e）（2-2-2f）No1011.阿里特蘇里公式：（2-2-2d）（2-2-2e）（2-219對于新鑄鐵管：水力光滑管（）過渡區(qū)（）阻力平方區(qū)（）（2-2-2h）（2-2-2i）（2-2-2j）No102對于新鑄鐵管：水力光滑管（20上述諸式：K1---考慮實驗室和實際安裝管道的條件不同的系數(shù)，取K1=1.15；K2---考慮由于焊接接頭而使阻力增加的系數(shù)，取K2=1.18。謝維列夫建議的適用鑄鐵管紊流三個區(qū)的綜合公式為：根據(jù)新鑄鐵管的實際資料，上式可寫成：（2-2-2k）No103上述諸式：K1---考慮實驗室和實際安裝管道的條件不同的系數(shù)21有明顯差別，雷諾數(shù)范圍不相同。這就造成同一基本原理下，不能用統(tǒng)一的計算公式或圖表計算各種流體輸配管網(wǎng)的摩擦阻力。因此必須特別注意各公式和計算圖表的使用條件和修正方法。2.2.2局部阻力計算局部阻力按下式計算：實際工程中，各種流體輸配管網(wǎng)的流動狀態(tài)（2-2-3）No104有明顯差別，雷諾數(shù)范圍不相同。這就造成同一基本原理下，不能用22式中，為局部阻力系數(shù)。局部阻力系數(shù)一般實驗方法確定。實際工程中，管件、部件或設(shè)備處的流動，通常都處于自模區(qū)，局部阻力系數(shù)只取決于管件部件或設(shè)備流動通道的幾何參數(shù)，一般不考慮相對粗糙度和雷諾數(shù)的影響。No105式中，為局部阻力系數(shù)。局部阻力系數(shù)一般實驗方法確定。No1232.2.3常用的水力計算方法流體輸配管網(wǎng)水力計算的常用方法有假定流速法、壓損平均法和靜壓復(fù)得法等，目前常用的是假定流速法。假定流速法的特點是，先按技術(shù)經(jīng)濟要求選定管內(nèi)流速,再結(jié)合所需輸送的流量，確定管道斷面尺寸，進而計算管道阻力。No1062.2.3常用的水力計算方法流體輸配管網(wǎng)水力計算的常用方24壓損平均法的特點是，將已知總作用水頭，按管道長度平均分配給每一管段，以此確定管段阻力，再根據(jù)每一管段的流量確定管道斷面尺寸。當(dāng)管道系統(tǒng)所用的動力設(shè)備型號已定，或?qū)Ψ种Ч苈愤M行阻力平衡計算，此法較為簡便。環(huán)狀管網(wǎng)水力計算常用此法。靜壓復(fù)得法的特點是，利用管道分段，改變管道斷面尺寸，降低流速，克服管段阻力，重新獲得靜壓。不論采用何種方法，水力計算必須完成管網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的布置，確定管材，確定各個接受流量的管網(wǎng)末端的位置和所需分配的流量。No107壓損平均法的特點是，將已知總作用水頭，按管道長度平均分配給每25然后循著各種方法所要求的步驟進行計算。以下是假定流速法的基本步驟：（1）繪制管網(wǎng)軸測圖，對各管段進行編號，標(biāo)出長度和流量。（2）合理確定管內(nèi)流體流速。（3）根據(jù)各管段流量和確定的流速，確定各各部管段的斷面尺寸。（4）計算各管段的阻力（5）平衡并聯(lián)管路（使各并聯(lián)管路的計算阻力相等）。這是保證流量按要求分配的關(guān)鍵。No108然后循著各種方法所要求的步驟進行計算。以下是假定流速法的基26若并聯(lián)管路計算阻力不相等，在實際運行時，管網(wǎng)會自動調(diào)整各并聯(lián)管路流量，使并聯(lián)管路的實際流動阻力相等。這時各并聯(lián)管路的流量不是要求的流量。（6）計算管網(wǎng)的總阻力，求取管網(wǎng)特性曲線。（7）根據(jù)管網(wǎng)特性曲線，所要求輸送的總流量以及所輸送流體的種類、性質(zhì)等諸因素，綜合考慮為管網(wǎng)匹配動力設(shè)備（風(fēng)機、水泵等），確定動力設(shè)備所需的參數(shù)。管網(wǎng)阻力計算和特性曲線的求取，水力計算的主體，對不同流體輸配管網(wǎng)水力計算雖有No109若并聯(lián)管路計算阻力不相等，在實際運行時，管網(wǎng)會自動調(diào)整各并聯(lián)27區(qū)別，但都是水力計算的重點所在，因而是水力計算的學(xué)習(xí)重點。水力計算的另重點是管網(wǎng)動力設(shè)備的匹配，在第7章專門分析討論。水力計算中，各種計算公式和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的選取，應(yīng)遵循相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，沒有規(guī)定的，則可從相關(guān)設(shè)計手冊和資料中查取。2.3氣體輸配管網(wǎng)水力計算以通風(fēng)空調(diào)工程的輸配管網(wǎng)為例，學(xué)習(xí)開式枝狀氣體輸配管網(wǎng)水力計算的具體方法。第2.2節(jié)中列出了水力計算的7個步驟，這里介紹到第6步，求取管網(wǎng)特性曲線為止。第7步匹配動力設(shè)備（風(fēng)機）在第7章學(xué)習(xí)。

No110區(qū)別，但都是水力計算的重點所在，因而是水力計算的學(xué)習(xí)重點。水28計算之前，需先完成空氣輸配管網(wǎng)的布置，包括系統(tǒng)劃分；管道布置、設(shè)備和各送排風(fēng)點位置的確定；各送風(fēng)點要求的風(fēng)量和要求各管段的風(fēng)量也得一一確定。完成上述前期準(zhǔn)備工作之后，方可按假定流速法的基本步驟進行水力計算。2.3.1.1管內(nèi)流速和管道斷面尺寸（1）繪制風(fēng)管系統(tǒng)軸測圖繪制風(fēng)管系統(tǒng)軸測圖，并劃分好管段，對各管段進行編號，標(biāo)注長度和風(fēng)量。No112計算之前，需先完成空氣輸配管網(wǎng)的布置，包括系統(tǒng)劃分；管道布29通常按流量和斷面變化劃分管段，一條管段內(nèi)流量和管段斷面不變，流量和斷面二者之一或二者同時發(fā)生變化之處是管段的起點或終點。管段長度按管段的中心線長度計算，不扣除管件（如三通、彎頭）本身的長度。（2）確定管內(nèi)流速管內(nèi)的流速對通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性有較大影響，對系統(tǒng)的技術(shù)條件也有影響。流速高，風(fēng)管斷面小，占用的空間小，材料耗用少，建造費用小；但系統(tǒng)阻力大，動力消耗大，運行費用增加，且增加噪聲。若氣流中No112通常按流量和斷面變化劃分管段，一條管段內(nèi)流量和管段斷面不變，30含有粉塵等，會增加設(shè)備和管道的磨損。反之，流速低，阻力小，動力消耗少；但是風(fēng)管斷面大，材料和建造費用大，風(fēng)管占用的空間也增大。流速過低會使粉塵沉積而堵塞管道。因此，必須通過全面的技術(shù)經(jīng)濟比較選定合理的流速。根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)，風(fēng)管內(nèi)的空氣流速可按表2-3-1、表2-3-2確定。若輸送的是含塵氣流，流速不應(yīng)低于表2-3-3所列的值。

No113含有粉塵等，會增加設(shè)備和管道的磨損。反之，流速低，阻力小，31一般通風(fēng)系統(tǒng)中常用的空氣流速（m/s)表2-3-1`建筑類別動力類別及風(fēng)管材料干管支管室內(nèi)進風(fēng)口室內(nèi)回風(fēng)口新鮮空氣入口工業(yè)建筑機械通風(fēng)薄鋼板6~142~81.5~3.52.5~3.55.5~6.5機械通風(fēng)混凝土、磚4~122~61.5~3.02.0~3.05~6民用及工業(yè)輔助建筑自然通風(fēng)0.5~1.00.5~0.70.2~1.0機械通風(fēng)5~82~52~4一般通風(fēng)系統(tǒng)中常用的空氣流速（m/s)表2-3-1`建筑類別32表2-3-2（空調(diào)）表2-3-3（含塵）見P48請自閱（3）確定各管段的斷面尺寸，計算摩擦阻力和局部阻力根據(jù)風(fēng)管的風(fēng)量和選擇的流速初步確定風(fēng)管斷面尺寸，并適當(dāng)調(diào)整使其符合通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)格。然后，按調(diào)整好的斷面尺寸計算管內(nèi)實際流速。2.3.1.2風(fēng)管摩擦阻力計算按管內(nèi)實際流速計算阻力。阻力計算應(yīng)從最不利環(huán)路（即最長、局部阻力件最多的環(huán)路）開始。No115表2-3-2（空調(diào)）表2-3-3（含塵）見P48請自閱（3）33通風(fēng)空調(diào)管道中，氣流大多屬于紊流光滑區(qū)到粗糙區(qū)之間的過渡區(qū)?？捎茫?-3-1）式計算摩擦阻力系數(shù)，再用（2-3-2）計算比摩阻Rm。式中K---風(fēng)管內(nèi)壁粗糙，mm;D---風(fēng)管直徑，mm.可根據(jù)公式（2-3-1）和（2-3-2）制成的計算圖表或線算圖，可供計算管道阻力時使用。（2-3-1）（2-3-2）No116通風(fēng)空調(diào)管道中，氣流大多屬于紊流光滑區(qū)到粗糙區(qū)之間的過渡區(qū)34只要已知流量、管徑、流速、阻力四個參數(shù)中的任意兩個，即可利用該圖求得其余兩個參數(shù)。該圖是按過渡區(qū)的值，在壓力B0=101.3kPa、溫度t0=200C、空氣密度0=1.24kg/m3、運動粘度=15.06×10-6m2/s、壁粗糙度K=0.15mm、圓形風(fēng)管、氣流與管壁間無熱量交換等條件下得的。當(dāng)實際條件與上述不符時，應(yīng)進行修正。（1）密度和粘度的修正

Pa/m（2-3-3）No117只要已知流量、管徑、流速、阻力四個參數(shù)中的任意兩個，即可利用35式中Rm---實際的單位長度摩擦阻力，Pa/m；Rm0---圖上查出的單位長度摩擦阻力，Pa/m；---實際的空氣密度，kg/m3;---實際的空氣運動粘度，m2/s。（2）空氣溫度、大氣壓力和熱交換修正式中Kt----溫度修正系數(shù)；KB---大氣壓力修正系數(shù)；KB---熱交換修正系數(shù)。

Pa/m(2-3-4)(2-3-5)No118式中Rm---實際的單位長度摩擦阻力，Pa/m；Pa/m(236式中t----實際的空氣溫度，oc.式中B----實際的大氣壓力，kPa。T---氣流絕對溫度，K；

Tb---管壁絕對溫度，K。

(2-3-7)(2-3-6)No119式中t----實際的空氣溫度，oc.(2-3-7)(2-37（3）管壁粗糙度的修正在通風(fēng)空調(diào)正程中，常采用不同材料制作風(fēng)管，各種材料的粗糙度K見表2-3-4。當(dāng)風(fēng)管管壁的粗糙度K0.15mm時，可先由圖查Rm0，再近似按下式修正。Kt—管壁粗糙度修正系數(shù)；

K---管壁粗糙度，mm。

V---管內(nèi)空氣流速，m/s。Pa/m(2-3-8)(2-3-9)No120（3）管壁粗糙度的修正在通風(fēng)空調(diào)正程中，常采用不同材料制作風(fēng)38

矩形風(fēng)管摩阻按當(dāng)量直徑計算單位長度摩擦阻力。分流速當(dāng)量直徑和流量當(dāng)量直徑兩種。1）流速當(dāng)量直徑假設(shè)某一圓形風(fēng)管中的空氣與矩形風(fēng)管中的空氣流速相等，并且兩者的單位長度摩阻力也相等，則該圓管的直徑就稱為流速當(dāng)量直徑，以DV表示。據(jù)此定義可推得為：No121(2-3-10)矩形風(fēng)管摩阻按當(dāng)量直徑計算單位長度摩擦阻力。分流速當(dāng)量直徑39根據(jù)矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑Dv和實際流速V，

由圖2-3-1查得的Rm即為矩形風(fēng)管的單位長度摩擦阻力。

[例]

有一表面光滑的磚砌風(fēng)道（K=3mm），橫斷面尺寸為500mm×400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求單位長度摩阻力。[解2-1]

矩道風(fēng)道內(nèi)空氣流速No122根據(jù)矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑Dv和實際流速V，由圖2-3-40由V=5m/s、Dv=444mm查圖2-3-1(P51)得Rm0=0.62Pa/m粗糙度修正系數(shù)No1232001.00.010.11004004000管徑4035180d流速3044450.62Rm(Pa/m)空氣量m3/s圖2-3-1(P51)450由V=5m/s、Dv=444mm查圖2-3-1(P51)得R412)流量當(dāng)量直徑設(shè)某一圓形風(fēng)管中的流量與矩形風(fēng)管的流量相等，并且單位長度摩擦阻力也相等，則該圓管的直徑就稱為矩形風(fēng)管的流量當(dāng)量當(dāng)量直徑，以DL表示。根據(jù)推導(dǎo)，流量當(dāng)量直徑可近似按下式計算：以流量當(dāng)量直徑DL和矩形風(fēng)管的流量L，查圖2-3-1所得的單位長度的摩擦阻力Rm，即為矩形風(fēng)管的單位長度的摩擦阻力。(2-3-11)No1242)流量當(dāng)量直徑設(shè)某一圓形風(fēng)管中的流量與矩形風(fēng)管的流量相等，42由L=1m3/S、DL=487mm查圖2-3-1得Rm0=0.61Pa/mRm=1.96×0.61=1.2Pa/m[例2-2][例2-1]改用流量當(dāng)量直徑求矩形風(fēng)管單位長度摩擦阻力。[解]矩形風(fēng)道的流量當(dāng)量直徑No1250.011.02002001.00.010.11004004000管徑4035180d流速3044750.61RmPa/m空氣量m3/s由L=1m3/S、DL=487mm查圖2-3-1得Rm0=0432.3.1.3風(fēng)管局部阻力計算首先確定局部阻力系數(shù)和它對應(yīng)的特征速度V，然后代入（2-2-3）式計算局部阻力。各種局部阻力系數(shù)通常查設(shè)計手冊等確定。各種設(shè)備的局部阻力或局部阻力系數(shù)，由設(shè)備生產(chǎn)廠提供。各管段摩擦阻力和局部阻力之和即為該管段的阻力。各管段阻力計算完成后，應(yīng)進行并聯(lián)管路的阻力平衡，以保證實際流量分配滿足要求。

No1262.3.1.3風(fēng)管局部阻力計算首先確定局部阻力系數(shù)442.3.1.4并聯(lián)管路的阻力平衡為了保證各管路達到預(yù)期的風(fēng)量，使并聯(lián)支管的計算阻力相等，稱為并聯(lián)管路阻力平衡。對一般的通風(fēng)系統(tǒng)，兩支管的計算阻力差應(yīng)不超過15%；含塵風(fēng)管應(yīng)不超過10%。若過上述規(guī)定，采用下述方法進行阻力平衡。（1）調(diào)整支管管徑這種方法通過改變支管管徑來調(diào)整支管阻力，達到阻力平衡。調(diào)整后的管徑按下式計算：(2-3-12)No1272.3.1.4并聯(lián)管路的阻力平衡為了保證各管路達到預(yù)期的45式中D’----調(diào)整后的管徑；D---原設(shè)計的管徑，mm;p---原設(shè)計的支管阻力，Pa;p’---要求達到的支管阻力，Pa。應(yīng)當(dāng)指出，采用本方法時，不宜改變?nèi)ㄖЧ苤睆?，可在三通支管上先增設(shè)一節(jié)漸擴（縮）管，以免引起三通局部阻力的變化。（2）閥門調(diào)節(jié)通過改變閥門開度，調(diào)節(jié)閥門阻力，從理論上講是最簡單易行的方法。但對一個多支管的通風(fēng)的空調(diào)管網(wǎng)，是一項復(fù)雜的技術(shù)工作。必須進行反復(fù)調(diào)整、測試才能實現(xiàn)預(yù)期的流量分配。No128式中D’----調(diào)整后的管徑；D---原設(shè)計的管徑，462.3.1.5計算系統(tǒng)的總阻力和獲得管網(wǎng)特性曲線最不利環(huán)路所有串聯(lián)管段阻力（包括設(shè)備）之和，即為管網(wǎng)系統(tǒng)的總阻力p。管網(wǎng)的特性曲線為：p=SQ2

式中S---管網(wǎng)阻抗，kg/s7;Q---管網(wǎng)總流量，m3/s。管網(wǎng)阻抗與管網(wǎng)幾何尺寸及管網(wǎng)中的摩擦阻力系數(shù)，局部阻力系數(shù)，流體密度有關(guān)。當(dāng)這些因素不變時，管網(wǎng)阻抗S為常數(shù)。根據(jù)計算的(2-3-13)No1292.3.1.5計算系統(tǒng)的總阻力和獲得管網(wǎng)特性曲線最不利環(huán)47的管網(wǎng)總阻力和要求的總風(fēng)量Q，即可用式（2-3-14）計算管網(wǎng)阻抗，獲得管網(wǎng)特性曲線。不計算管段阻力和管網(wǎng)總阻力，而先計算各管段阻抗，再按如下串聯(lián)管路的阻抗關(guān)系計算管網(wǎng)阻抗，也可獲得管網(wǎng)特性曲線。管段i:(2-3-14)(2-3-15)No130的管網(wǎng)總阻力和要求的總風(fēng)量Q，即可用式（2-3-14）計算管48串聯(lián)管路：`并聯(lián)管路：上述公式表明，管網(wǎng)中任一管段的有關(guān)參數(shù)變化，都會引起整個管網(wǎng)特性曲線的變化，從而改變管網(wǎng)總流量和管段的流量分配，這決定了管網(wǎng)調(diào)整的復(fù)雜性。進一步從理論上可以證明，(2-3-16)(2-3-17)No131串聯(lián)管路：`(2-3-16)(2-3-17)No13149管網(wǎng)設(shè)計時不作好阻力平衡，完全依靠閥門調(diào)節(jié)流量的作法難以奏效，尤其是并聯(lián)管路較多的管網(wǎng)。獲得管網(wǎng)特性曲線后即可結(jié)合動力設(shè)備（風(fēng)機）的性能曲線匹配動力設(shè)備，具體匹配方法在第7章介紹。2.3.1.6計算例題[例2-3]

圖2-3-2所示的通風(fēng)除塵管網(wǎng)。風(fēng)管用鋼板制作，輸送含有輕礦物粉塵的空氣，氣體溫度為常溫。除塵器阻力Pc=1200Pa。對該管網(wǎng)進行水力No132管網(wǎng)設(shè)計時不作好阻力平衡，完全依靠閥門調(diào)節(jié)流量的作法難以奏效50計算，獲得管網(wǎng)特性曲線。圖1L=11m23L=6mL=3m5L=4mL=6m47L=6m6L=8m圓形傘形罩1500m3/s4000m3/s800m3/s風(fēng)機除塵器圖2-3-2通風(fēng)除塵系統(tǒng)的系統(tǒng)圖No133計算，獲得管網(wǎng)特性曲線。圖1L=11m23L=6mL=3m551[解]：1.對各管段進行編號，標(biāo)出管段長度和風(fēng)點的排風(fēng)量。2.選定最不利環(huán)路，本系統(tǒng)選擇1-3-5-除塵器-6-風(fēng)機-7為最利環(huán)路。3.根據(jù)各管段的風(fēng)量及選定的流速，確定最不利環(huán)路各管段的斷面尺寸和單位長度摩擦阻力。根據(jù)表2-2-3輸送含有輕礦物粉塵的空氣時，風(fēng)管內(nèi)最小風(fēng)速為，垂直風(fēng)管12m/s、水平風(fēng)管14m/s.No134[解]：1.對各管段進行編號，標(biāo)出管段長度和風(fēng)點的排風(fēng)量。N52考慮到除塵器及風(fēng)管漏風(fēng)，取5%的漏風(fēng)系數(shù)，管段6及7的計算量為6300×1.05=6615m3/h.管段1有水平風(fēng)管，初定流速為14m/s。根據(jù)Q1=1500m/h(0.42m3/s)、V1=14m/s所選管徑按通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)格調(diào)整為D1=200mm：實際流速V1=13.4m3/S;由圖2-3-1查得，Rml=12.5Pa/m。同理可查得管段3、5、6、7的管徑及比摩阻，具體結(jié)果見表2-3-5。4.確定管段2、4的管徑及單位長度摩擦力，No135考慮到除塵器及風(fēng)管漏風(fēng)，取5%的漏風(fēng)系數(shù)，管段6及7的計算量53見表2-3-5。5.從阻力手冊、暖通設(shè)計手冊等資料查各管段的局部阻力系數(shù)。（1）管段1設(shè)備密閉罩=1.0（對應(yīng)接管動壓）900彎頭（R/D=1.5）一個=0.17直流三通（13）（見圖2-3-3）根據(jù)F1+F2=F3，=300,F2/F3=(140/240)2=0.340Q2/Q3=800/2300=0.384,查得13=0.20V1,F1V3,F3V2,F2圖2-3-3合流三通No136見表2-3-5。5.從阻力手冊、暖通設(shè)計手冊等資料查各管段的54=1.0+0.17+0.20=1.37（2）管段2圓形傘形罩=600,3=0.0990o彎頭（R/D=1.5）1個，=0.1760o彎頭（R/D=1.5）1個，=0.14合流三通（23）（見圖2-3-3）23=0.20=0.09+0.17+0.14+0.20=0.60（3）管段3直流三通（35）（見圖2-3-4）根據(jù)F3+F4=F5，=300，F(xiàn)4/F5=(300/380)2=0.62Q4/Q5=4000/6300=0.634,查得35=-0.05No137=1.0+0.17+0.20=1.37（2）管段2No55=-0.05（4）管段4設(shè)備密閉罩=1.0（對應(yīng)接管動壓）900彎頭（R/D=1.5）一個=0.17合流三通（45）（見圖2-3-4）45=0.24=1.0+0.17+0.24=1.41（5）管段5除塵器進口變徑管（漸擴管）除塵器出口尺寸300mm×800mm變徑管長度L=400mm,tan=0.475,=25.4o,=0.10No138=-0.05（4）管段4No13856900彎頭（R/D=1.5）2個,=2×0.17=0.34風(fēng)機進口漸擴管按要求的總風(fēng)量和估計的管網(wǎng)總阻力先近似選出一臺風(fēng)機，風(fēng)機進口直徑D0=500mm,變徑管長度L=300mmF0/F6=(500/420)2=1.41tan=0.13,=7.6o,=0.03=0.10+0.34+0.03=0.47（7）管段7風(fēng)機出口漸擴管風(fēng)機出口尺寸410mm×315mm，D7=420mmF7/F出=0.138/0.129)=1.07，0No139900彎頭（R/D=1.5）2個,=2×0.17=0.357帶擴散管的傘形風(fēng)帽（h/D=0.5）`=0.60,=0.606.計算各管段的沿程摩擦阻力局部阻力。計算結(jié)果見表2-3-5。7.對并聯(lián)管段進行阻力平衡（1）匯合點ANo140帶擴散管的傘形風(fēng)帽（h/D=0.5）`=0.60,58為使管段1、2達到阻力平衡，改變管段2的管徑，增大其阻力。根據(jù)公式（2-3-12）根據(jù)通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)格，取

仍不平衡，只好取，在運行時再輔以閥門調(diào)節(jié)，消除平衡。No141為使管段1、2達到阻力平衡，改變管段2的管徑，增大其阻力。根59（1）匯合點B`為使阻力平衡，改變管段4的管徑通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)格中沒有此規(guī)格，但管段4長，按制作，使1、3處于平衡。No142（1）匯合點B`No142608.計算系統(tǒng)總阻力，獲得管網(wǎng)特性曲線`管網(wǎng)特性曲線為No1438.計算系統(tǒng)總阻力，獲得管網(wǎng)特性曲線`No143612.3.1.7均勻送風(fēng)管設(shè)計根據(jù)工業(yè)與民用建筑的使用要求，通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)管，有時需要把等量的空氣沿風(fēng)管側(cè)壁的成排孔口或短管均勻送出。這種均勻送風(fēng)方式可使送風(fēng)房間得到均勻的空氣分布，而且風(fēng)管的制作簡單、材料節(jié)約，因此，均勻送風(fēng)管道在車間、會堂、冷庫和氣幕裝置中廣泛應(yīng)用。均勻送風(fēng)管道的計算方法很多，下面介紹近似計算方法。No1442.3.1.7均勻送風(fēng)管設(shè)計根據(jù)工業(yè)與民用建筑的使用要求62（1）均勻送風(fēng)管道的設(shè)計原理空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動時，其靜垂直作用于管壁。如果在風(fēng)管的側(cè)壁開孔，由于孔口內(nèi)外存在靜壓差，空氣會垂直于管壁的方向從孔口流出。靜壓差產(chǎn)生的流速Vj為：空氣在風(fēng)內(nèi)的流為：m/sm/sNo145（1）均勻送風(fēng)管道的設(shè)計原理空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動時，其靜垂直作63式中：`空氣從孔口流出時，它的實際流速和出流方向不只取決于靜壓產(chǎn)生的流速和方向，還受管內(nèi)流速的影響，如圖2-3-5所示。風(fēng)管內(nèi)空氣的靜壓，Pa風(fēng)管內(nèi)空氣的動壓，Paff0圖2-3-5No146式中：`風(fēng)管內(nèi)空氣的靜壓，Pa風(fēng)管內(nèi)空氣的動壓，Paff0圖64在管內(nèi)流速的影響下，孔口出流方向盤要發(fā)生偏斜，實際流速為合成速度，可用下列各式計算有關(guān)數(shù)值：孔口出流方向：孔口出流與風(fēng)管軸線的夾角（出流角）為孔口實際流速(2-3-18)(2-3-19)No149在管內(nèi)流速的影響下，孔口出流方向盤要發(fā)生偏斜，實際流速為合成65孔口流出風(fēng)量L0=3600fV式中---孔口的流量系數(shù)；f---孔口在氣流垂直方向上的投影面積，m2,由圖2-3-5可知：f0---孔口面積，m2。式（2-3-20）可改寫為(2-3-20)(2-3-21)孔口流出風(fēng)量L0=3600fV式中---孔口的流量系數(shù)66空氣在孔口面積上的流速，按定義和式（2-3-21）得：`對于斷面不變的矩形送（排）風(fēng)管，采用條縫形風(fēng)口送（排）風(fēng)時，風(fēng)口上的速度分布如圖2-3-6所示。送風(fēng)管上，從始端到末端管內(nèi)流量不斷減小動壓相應(yīng)下降，靜壓增大，使條縫口流速不斷增大。分析公式（2-3-21）可以看出，要實現(xiàn)均勻送風(fēng)，可采用以下措施：m/s(2-3-22)No151空氣在孔口面積上的流速，按定義和式（2-3-21）得：`m/671）送風(fēng)管斷面積F和孔口面積f0不變時，管內(nèi)靜壓會不斷增大，可根據(jù)靜變化，在孔口上設(shè)置不同的阻體，使不同的孔口具有不同的阻力（即改變流量系數(shù)），見圖2-3-7(a)(b)。2）孔口面積f0和值不變時可采用錐形風(fēng)管改變送風(fēng)管斷面積，使管靜壓基本保持不變見圖2-3-7(c)。3）送風(fēng)管斷面積F及孔口值不變時，可以根據(jù)管內(nèi)靜壓變化，改變孔口面積f0，見圖2-3-7(d)、(e).4)增大送風(fēng)管面積F，減小孔口面積f0。對于圖2-3-7（f）所示的條形縫形風(fēng)口。試驗表明，No1521）送風(fēng)管斷面積F和孔口面積f0不變時，管內(nèi)靜壓會不斷增大，68當(dāng)f0/F<0.4時始末端出口流速的相對誤差在10%以內(nèi)，可近似認(rèn)為是均勻分布的。

吹出吸入圖2-3-6從條縫口吹出和吸入的速度分布Ff0(f)(c)(d)圖2-3-7實現(xiàn)均勻送風(fēng)的方式No153當(dāng)f0/F<0.4時始末端出口流速的相對誤差在10%以內(nèi)，可69（2）實現(xiàn)均勻送風(fēng)的基本條件從公式（2-3-21）可以看出，對側(cè)孔面積f0保持不變的均勻送風(fēng)管，要使各側(cè)孔的送風(fēng)量保持相等，必須保證各側(cè)孔的靜壓pj和流量系數(shù)相等；要使出口氣流盡量保持垂直，即要求出流角接近90o，這勢必要求道斷面接近無限大。工程上不可能的。通常要求60o。下面分析如何實現(xiàn)上述要求。1）保持各側(cè)孔靜壓相等如圖，由能，若要則要12No154（2）實現(xiàn)均勻送風(fēng)的基本條件從公式（2-3-21）可以看出，70這表明，兩孔靜壓相等的條件是兩孔間的動壓降等于兩孔間的阻力。2）保持各孔流量系數(shù)相等如圖2-3-9，當(dāng)600、風(fēng)量比范圍內(nèi)，對于銳邊的孔口可近似認(rèn)為=0.6=常數(shù)。3）增大出流角要保持600，必須使pj/pd3.0(Vj/Vd1.73).可在裝孔口處裝置垂直于側(cè)壁的擋板或改用管嘴，調(diào)整出流角接近900。=700=600=500=400=9000.40.50.60.70.80.11.00.5圖2-3-9No155這表明，兩孔靜壓相等的條件是兩孔間的動壓降等于兩孔間的阻力。71（3）側(cè)孔送風(fēng)時的通路（直通部分）局部阻力系數(shù)和側(cè)孔局部阻力系數(shù)（或流量系數(shù)）均勻送風(fēng)管可視為支管長度為零的三通，當(dāng)空氣從側(cè)孔送出時，產(chǎn)生兩部分局部阻力，即直通部分的局部阻力和側(cè)孔出流的局部阻力。直通的局部阻力系數(shù)可由P59表2-3-6查出（風(fēng)量比0~1時，

=0.15~0.35），表中的值對應(yīng)于側(cè)孔前的管內(nèi)動壓。從側(cè)孔或條縫口出流的流量系數(shù)可取=0.6~0.65。No156（3）側(cè)孔送風(fēng)時的通路（直通部分）局部阻力系數(shù)和側(cè)孔局部阻力72（4）均勻送風(fēng)管道的計算方法先確定側(cè)孔個數(shù)、側(cè)孔間距及每個側(cè)孔的送風(fēng)量，然后計算出側(cè)孔面積、送風(fēng)管道直徑（或斷面尺寸）及管道阻力。[例2-4]說明了均勻送風(fēng)管道的計算步驟和方法，請邀請自閱P59~P61。No157（4）均勻送風(fēng)管道的計算方法先確定側(cè)孔個數(shù)、側(cè)孔間距及每個側(cè)732.3.1.8中低壓燃氣管網(wǎng)水力計算室內(nèi)燃長管網(wǎng)和庭院燃氣管網(wǎng)的支管線都屬于低管道。庭院燃氣管網(wǎng)干線可能是中壓管道。（1）低壓燃氣管道摩擦阻力計算公式及計算表根據(jù)我國《城市燃氣設(shè)計規(guī)范》（GB50028-93）5.2.4規(guī)定，低壓燃氣管道單位長度的摩擦阻力宜按下式計算(2-3-24)No1582.3.1.8中低壓燃氣管網(wǎng)水力計算室內(nèi)燃長管網(wǎng)和庭院燃74式中Rm---燃氣管道單位長度摩擦阻力，Pa/m；---燃氣管道的摩擦阻力系數(shù)；L---燃氣管道的計算流量，Nm3/h;d---管道內(nèi)徑，mm；---燃氣的密度，kg/Nm3;T---設(shè)計中所采用的燃溫度。K；T0---基準(zhǔn)溫度，T0=273.16K.根據(jù)燃氣在管道中不同的運動狀態(tài)，摩擦阻力系數(shù)按下列各式計算：No159式中Rm---燃氣管道單位長度摩擦阻力，Pa/m；---燃75層流狀態(tài)：Re2100`臨界狀態(tài)：Re=2100~3500湍流狀態(tài)：Re3500，與管材有關(guān)，1）鋼管2)鑄鐵管(2-3-25)(2-3-26)(2-3-27)(2-3-28)No160層流狀態(tài)：Re2100`臨界狀態(tài)：Re=2100~35076式中Re---雷諾數(shù)；---00C和101.325pa時燃氣的運動粘度，m2/s;K---管壁內(nèi)表面的當(dāng)量絕對粗糙度；對鋼管取0.2mm.為了簡化計算，將計算公式（2-3-24）~（2-3-28）用計算機編制成低壓燃氣管道單位長度摩阻計算表，其編制條件為：1）人工煤氣：燃氣密度：運動粘度：設(shè)計溫度：No161式中Re---雷諾數(shù)；---00C和101.325pa時燃772）天然氣：燃氣密度：運動粘度：設(shè)計溫度：對于不同種類的人工煤氣，表中查取的單位長度摩擦阻力Rm0須公式（2-3-29）進行校正。

Rm=Rm0式中Rm---工作低人工煤氣的單位長度摩擦阻力（Pa/m)Rm0---計算表中=1kg/m3時給出的低壓人工煤氣的單位長度的摩擦阻力（Pa/m)---工作低壓人工煤氣密度（kg/Nm3）.（2-3-29）No1622）天然氣：燃氣密度：（2-3-29）No16278(2)中壓燃氣管道摩擦阻力計算公式及計算表根據(jù)我國《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》（GB50028-93)5.2.5規(guī)定，中壓燃氣管道的單位長度摩擦阻力，宜按下式計算。式中p1----燃氣管道起點的絕對壓力，kPa;p2----燃氣管道起點的絕對壓力，kPa;---燃氣管道的計算長度，km.（2-3-30）No163(2)中壓燃氣管道摩擦阻力計算公式及計算表根據(jù)我國《城鎮(zhèn)燃79根據(jù)燃氣管道不同材質(zhì)，其摩擦阻力系數(shù)可按下列各式計算：1)鋼管2)鑄鐵管按（2-3-30）~（23-32）用計算機制成中壓燃氣管道單位長度摩擦阻力計算表，其制表與壓燃氣管道相同。使用時，根據(jù)流量徑從表(2-3-31)(2-3-32)No164根據(jù)燃氣管道不同材質(zhì)，其摩擦阻力系數(shù)可按下列各式計算：(80中查出值，若是人工煤氣，用下式修正：燃氣管道的終點壓力為：(2-3-33)(kPa)(2-3-34)No165中查出值，若是人工煤氣，81[例2-5]試作5層住宅樓一單元的燃氣管道的水力計算每戶裝雙眼灶一臺，額定用氣量為1.4Nm3/h;使用人工煤氣，燃氣密度為0.46kg/Nm3,運動粘度為24.76×10-6-m2/s.[解]計算按下列程序進行：1）確定計算流量畫出管道系統(tǒng)圖，在系統(tǒng)圖上對計算管段進行編號，凡管徑變化或流量變化處均應(yīng)編號。第j管道計算流量用下式計算：(2-3-35)No166[例2-5]試作5層住宅樓一單元的燃氣管道的水力計算每82式中Lj----j管道計算流量，Nm3/h;K----燃氣的同時工作系數(shù)，可從燃氣工程設(shè)計手冊查取;Li---第i種燃具的額定流量，Nm3/h.Ni---管道擔(dān)的I種燃具數(shù)目。計算結(jié)果列于表2-3-7。`No167式中Lj----j管道計算流量，Nm3/h;No16783表2-3-7流量計算表`管段號1-22-33-44-55-66-77-88-99-1014-1313-1212-1111-6燃具數(shù)N11126589101112額定流量LiNi1.41.41.42.84.27.011.212.6141.41.41.42.8同時工作系數(shù)K11110.850.680.580.550.541111計算流量Lj1.41.41.42.83.574.766.56.937.561.41.41.42.8No168表2-3-7流量計算表`管段號1-22-33-44-842）確定各管段長度，標(biāo)在圖2-3-11上。3）根據(jù)計算流量，初步確定流量，并標(biāo)在系統(tǒng)圖上（用戶支管最小管徑為DN15）。4）算出各管段的局部阻力系數(shù)，求出其當(dāng)量長度，即可得管段的計算長度。以管段1~2為例進行以下計算。局部阻力系數(shù)查表2-3-8。直角彎頭5個，=2.2

旋塞1個，=4=2.2×5+4×1=15No1692）確定各管段長度，標(biāo)在圖2-3-11上。3）根據(jù)計算流量，852-3-11室內(nèi)燃氣管道系統(tǒng)圖`141234561211789102-3-11室內(nèi)燃氣管道系統(tǒng)圖No1702-3-11室內(nèi)燃氣管道系統(tǒng)圖`1412345612117886計算雷諾數(shù)Re`計算摩擦阻力系數(shù)當(dāng)量長度管段計算長度No171計算雷諾數(shù)Re`No171875）計算單位管長摩擦阻力（2-3-24）式或下式`6)管段阻力7）管段位壓，即附加壓頭按（2-1-1）式計算：No1725）計算單位管長摩擦阻力（2-3-24）式或下式`No172888)管段實際壓力損失`重復(fù)3-8步，即可計算出各管管徑和實際壓力損失。其計算結(jié)果列于表2-3-9中（P66）。上述計算用燃氣管道摩擦阻力計算表更直捷。各種燃氣工程設(shè)計手冊中都有這類計算表。求出室內(nèi)燃氣管道的總壓降后，與允許的管道阻力比較，若超過允許值，可改變個別管段管徑，再次計算。低壓管道允許阻力見表2-3-10。以上是燃氣枝狀管網(wǎng)的水力計算，燃氣環(huán)狀管網(wǎng)的計算在第8章講述。No1738)管段實際壓力損失`No17389第2章氣體輸配管網(wǎng)水力特征與水力計算（P41）2.1氣體管流水力特征2.1.1氣體重力管流水力特征如圖2-1-1，管道內(nèi)氣體由斷面1流向斷面2。其流動的能量方程式為：(2-1-1)H2H112No83第2章氣體輸配管網(wǎng)水力特征與水力計算（P41）2.190其中，pj1、pj2分別是管內(nèi)斷面1、2的靜壓；v1、v2分別是管內(nèi)斷面1、2的流速；H分別是斷面1、2的位置標(biāo)高；a、為環(huán)境空氣密度和管內(nèi)氣體密度；g為重力加速度；p1~2為從斷面1到斷面2的流動能量損失。工程上稱

為斷面1、2處的動壓；稱為位壓，它實際上是重力對流動的作用。當(dāng)管內(nèi)外流體密度相同，位壓為零。當(dāng)密度上由溫度差造成時，工程上稱位壓為勢壓，或熱壓。No84其中，pj1、pj2分別是管內(nèi)斷面1、2的靜壓；v1、v2分91若1、2斷面分別在管道的進口處和出口處，如圖，則有pj1=0,pj2=0,v1=0,(2-1-1)式變形為（2-1-2）式表明，出口的動壓和斷面1、2之間流動損失的壓力來源于進出口之間的位壓。即由斷面1到2的流動是由重力引起的，屬重力流，動力大小取決于進出口的高差和管道內(nèi)外密度差之積。流動方向取決于管道內(nèi)外氣體密度的相對大小，若管道內(nèi)氣體(2-1-2)No851122H2H1a補充圖若1、2斷面分別在管道的進口處和出口處，如圖，則有pj1=092密度?。?lt;a）,管道內(nèi)氣流向上，反之氣流向下。如衛(wèi)生間排氣豎井內(nèi)，氣體密度冬季小于室外，夏季大于室外，若無排氣風(fēng)機，則豎井內(nèi)冬季氣流向上運動，夏季氣流向下運動，倒灌入位于低層的衛(wèi)生間。

U型管如圖2-1-2，假設(shè)氣流從斷面1流入，斷面2流出。斷面1斷面D的能量方程式為：(2-1-3)12D1a2H2H1H2V2V11D密度小（<a）,管道內(nèi)氣流向上，反之氣流向下。如衛(wèi)生93斷面D斷面2的能量方程為：`其中，1、2分別為管道1-D和D-2中的氣體密度；pjD、VD為斷面D處的靜壓和流速；分別是管流由1到D和D到2中的能量損失，將（2-1-3）和（2-1-4）相加，整理得(2-1-4)(2-1-5)D2斷面D斷面2的能量方程為：`(2-1-4)(2-1-5)D94（2-1-5）式表明：U型管道內(nèi)的重力流，與管道外的空氣密度無關(guān)。流動動力取決于兩豎直管段內(nèi)的氣體密度差（1-2）和管道高度（H2-H1）之積。密度相對較小的豎管內(nèi)氣體向上流。當(dāng)圖2-1-2中的斷面1、2合為一體時，如圖2-1-3，形成閉式循環(huán)管道，其能量方程式為其中pL是流過閉式循環(huán)管道的能量損失，(2-1-6)12<1H2H1圖2-1-3閉式管道重力循環(huán)流動No88（2-1-5）式表明：U型管道內(nèi)的重力流，與管道外的空氣密度95式（2-1-6）表明：無機械動力的閉式管道中，流動動力取決于豎管段內(nèi)的氣體密度差和豎管段的高之積。密度較大的豎管內(nèi)氣流向下，密度較小的豎管內(nèi)氣流向上。2.1.2氣體壓力管流水力特性當(dāng)管道內(nèi)部、管道內(nèi)外不存在密度差，或是水平管網(wǎng)，則有即位壓等于零，（2-1-1）式變?yōu)椋?2-1-7)No89式（2-1-6）表明：無機械動力的閉式管道中，流動動力取決于96同一斷面上靜壓與動壓之和稱為全壓pq,即即,(2-1-7)式可變形為：(2-1-8)式表明，位壓為零的管流中，是兩斷面的全壓差克服流動阻力造成流動，上游斷面全壓減去上、下游斷面間的流動阻力等于下游斷面的全壓，即(2-1-8)(2-1-9)No90同一斷面上靜壓與動壓之和稱為全壓pq,即即97因此，流速的變化，引起動壓變化，也必然引起靜壓變化。上游斷面靜壓減去上、下游斷面間的流動阻力與上下游斷面動壓變化之和等于下游斷面的靜壓，即（2-1-9）和（2-1-10）式表明了壓力流網(wǎng)的基本水力特征。當(dāng)管段中沒有外界動力輸入時，下游斷面的全壓總是低于上游斷面。而上、下游斷面間的靜壓關(guān)系比較復(fù)雜，這是因為（2-1-10）的[]內(nèi)可“+”、可“-”、也可為“0”.(2-1-10)No91因此，流速的變化，引起動壓變化，也必然引起靜壓變化。上游斷面98可通過改變流速，在一定范圍內(nèi)調(diào)整靜壓。2.1.3壓力和重力綜合作用下的氣體管流特征由（2-1-1）式可得：二者綜合作用，克服流動阻力，維持管內(nèi)流動。但二者的綜合作用并非總是相互加強的。當(dāng)<a,即管內(nèi)氣體密度小時，(2-1-11)No92位壓反映重力作用全壓差反映壓力作用可通過改變流速，在一定范圍內(nèi)調(diào)整靜壓。2.1.3壓力和重99位壓驅(qū)動氣體向上流動(H2>H1),阻擋向下流動（H2<H1

）。反之，管內(nèi)氣體密度大時，位壓驅(qū)動氣體向下流動，阻擋向上流動。在閉式循環(huán)管路內(nèi)，位壓驅(qū)動密度小的氣體向上流動，密度大的氣體向下流動；阻擋相反方向的流動。若壓力驅(qū)動的流動方向與位壓一致，則二者綜合作用加強管內(nèi)氣體流動，若驅(qū)動方向相反，則由絕對值大者決定管流方向；絕對值小者實際上成為加“流動阻力”。如空調(diào)建筑裝有排氣風(fēng)機的衛(wèi)生間排氣豎井，冬季在位壓的輔助作用下，排氣能力明顯No93位壓驅(qū)動氣體向上流動(H2>H1),阻擋向下流動（H2<H100加強，夏季排氣風(fēng)機除克服豎井的阻力外，還要克服位壓，排氣能力削弱，尤其是高層建筑。2.2流體輸配管網(wǎng)水力計算的基本原理和方法流體輸配管網(wǎng)水力計算的主要目的是根據(jù)要求的流量分配，確定管網(wǎng)的各段管徑（或斷面尺寸）和阻力，求得管網(wǎng)特性曲線，為匹配管網(wǎng)動力設(shè)備（風(fēng)機、水泵等）的型號和動力消耗；或者根據(jù)已定的動力設(shè)備，確定保證流量分配的管道尺寸。No94加強，夏季排氣風(fēng)機除克服豎井的阻力外，還要克服位壓，排氣能力1012.2.1摩擦阻力計算摩擦阻力按下式計算：當(dāng)管道材料不變，斷面尺寸不變，流體密度和流量也不隨流程變化時，式中，為摩阻力系數(shù)：為管段長度，m；Rs為管道水力半徑，m；Rm為管道單位長度摩阻力，又稱為比阻，Pa/m。（2-2-1）No952.2.1摩擦阻力計算摩擦阻力按下式計算：（2-2-1）102f為管道過流斷面面積，m2.當(dāng)管網(wǎng)壓力變化使氣體密度的變化不能忽略時，需要引入氣態(tài)方程和連續(xù)方程組成聯(lián)合方程組；在等斷面管道、等溫流動條件下，求解此聯(lián)合方程組得：常數(shù)No96f為管道過103得：式中，p1、p2分別為1、2斷面的絕對壓力，Pa；L0為管道流量，Nm3/s;分別為氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度、壓力、絕對溫度和壓縮因子；為斷面1、2間的管道長度，m。對于接近于0C的常溫、壓力不太大的（0.8MPa）圓形管道，可近似取T/T0=1；Z/Z0=1.（2-2-1‘）No97得：（2-2-1‘）No97104(2-2-1’)簡化為:`低壓（0.005MPa）管道，近似取p1+p2=2p0。(2-2-1’)可進步簡化為（2-2-1“）（2-2-1“‘）No98(2-2-1’)簡化為:`（2-2-1“）（2-2-1“‘105以上公式表明，必須注意正確選擇適合管流特征摩擦阻力計算公式。確定計算公式后，需計算摩擦阻力系數(shù)。是管流雷諾數(shù)Re和管道相對粗糙度的函數(shù)。式中K為管道材料的絕對粗糙度。大量實驗荻得不同流態(tài)下，（2-2-2）式的具體數(shù)學(xué)關(guān)系：（2-2-2）No99以上公式表明，必須注意正確選擇適合管流特征摩擦阻力計算公式。106在層流區(qū)：`當(dāng)2000<Re<4000時稱為臨界區(qū)或臨界過度區(qū)：紊流區(qū)包括水力光滑區(qū)、過渡區(qū)（又稱紊流過渡區(qū)）和阻力平方區(qū)：工程中，還常采用適合于一定管材，一定阻力區(qū)的專用公式：（2-2-2a）（2-2-2b）（2-2-2c）No100在層流區(qū)：`（2-2-2a）（2-2-2b）（2-2-2c）1071.阿里特蘇里公式：2.謝維列夫公式對于新鋼管：水力光滑區(qū)過渡區(qū)（）（2-2-2d）（2-2-2e）（2-2-2f）No1011.阿里特蘇里公式：（2-2-2d）（2-2-2e）（2-2108對于新鑄鐵管：水力光滑管（）過渡區(qū)（）阻力平方區(qū)（）（2-2-2h）（2-2-2i）（2-2-2j）No102對于新鑄鐵管：水力光滑管（109上述諸式：K1---考慮實驗室和實際安裝管道的條件不同的系數(shù)，取K1=1.15；K2---考慮由于焊接接頭而使阻力增加的系數(shù)，取K2=1.18。謝維列夫建議的適用鑄鐵管紊流三個區(qū)的綜合公式為：根據(jù)新鑄鐵管的實際資料，上式可寫成：（2-2-2k）No103上述諸式：K1---考慮實驗室和實際安裝管道的條件不同的系數(shù)110有明顯差別，雷諾數(shù)范圍不相同。這就造成同一基本原理下，不能用統(tǒng)一的計算公式或圖表計算各種流體輸配管網(wǎng)的摩擦阻力。因此必須特別注意各公式和計算圖表的使用條件和修正方法。2.2.2局部阻力計算局部阻力按下式計算：實際工程中，各種流體輸配管網(wǎng)的流動狀態(tài)（2-2-3）No104有明顯差別，雷諾數(shù)范圍不相同。這就造成同一基本原理下，不能用111式中，為局部阻力系數(shù)。局部阻力系數(shù)一般實驗方法確定。實際工程中，管件、部件或設(shè)備處的流動，通常都處于自模區(qū)，局部阻力系數(shù)只取決于管件部件或設(shè)備流動通道的幾何參數(shù)，一般不考慮相對粗糙度和雷諾數(shù)的影響。No105式中，為局部阻力系數(shù)。局部阻力系數(shù)一般實驗方法確定。No11122.2.3常用的水力計算方法流體輸配管網(wǎng)水力計算的常用方法有假定流速法、壓損平均法和靜壓復(fù)得法等，目前常用的是假定流速法。假定流速法的特點是，先按技術(shù)經(jīng)濟要求選定管內(nèi)流速,再結(jié)合所需輸送的流量，確定管道斷面尺寸，進而計算管道阻力。No1062.2.3常用的水力計算方法流體輸配管網(wǎng)水力計算的常用方113壓損平均法的特點是，將已知總作用水頭，按管道長度平均分配給每一管段，以此確定管段阻力，再根據(jù)每一管段的流量確定管道斷面尺寸。當(dāng)管道系統(tǒng)所用的動力設(shè)備型號已定，或?qū)Ψ种Ч苈愤M行阻力平衡計算，此法較為簡便。環(huán)狀管網(wǎng)水力計算常用此法。靜壓復(fù)得法的特點是，利用管道分段，改變管道斷面尺寸，降低流速，克服管段阻力，重新獲得靜壓。不論采用何種方法，水力計算必須完成管網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的布置，確定管材，確定各個接受流量的管網(wǎng)末端的位置和所需分配的流量。No107壓損平均法的特點是，將已知總作用水頭，按管道長度平均分配給每114然后循著各種方法所要求的步驟進行計算。以下是假定流速法的基本步驟：（1）繪制管網(wǎng)軸測圖，對各管段進行編號，標(biāo)出長度和流量。（2）合理確定管內(nèi)流體流速。（3）根據(jù)各管段流量和確定的流速，確定各各部管段的斷面尺寸。（4）計算各管段的阻力（5）平衡并聯(lián)管路（使各并聯(lián)管路的計算阻力相等）。這是保證流量按要求分配的關(guān)鍵。No108然后循著各種方法所要求的步驟進行計算。以下是假定流速法的基115若并聯(lián)管路計算阻力不相等，在實際運行時，管網(wǎng)會自動調(diào)整各并聯(lián)管路流量，使并聯(lián)管路的實際流動阻力相等。這時各并聯(lián)管路的流量不是要求的流量。（6）計算管網(wǎng)的總阻力，求取管網(wǎng)特性曲線。（7）根據(jù)管網(wǎng)特性曲線，所要求輸送的總流量以及所輸送流體的種類、性質(zhì)等諸因素，綜合考慮為管網(wǎng)匹配動力設(shè)備（風(fēng)機、水泵等），確定動力設(shè)備所需的參數(shù)。管網(wǎng)阻力計算和特性曲線的求取，水力計算的主體，對不同流體輸配管網(wǎng)水力計算雖有No109若并聯(lián)管路計算阻力不相等，在實際運行時，管網(wǎng)會自動調(diào)整各并聯(lián)116區(qū)別，但都是水力計算的重點所在，因而是水力計算的學(xué)習(xí)重點。水力計算的另重點是管網(wǎng)動力設(shè)備的匹配，在第7章專門分析討論。水力計算中，各種計算公式和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的選取，應(yīng)遵循相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，沒有規(guī)定的，則可從相關(guān)設(shè)計手冊和資料中查取。2.3氣體輸配管網(wǎng)水力計算以通風(fēng)空調(diào)工程的輸配管網(wǎng)為例，學(xué)習(xí)開式枝狀氣體輸配管網(wǎng)水力計算的具體方法。第2.2節(jié)中列出了水力計算的7個步驟，這里介紹到第6步，求取管網(wǎng)特性曲線為止。第7步匹配動力設(shè)備（風(fēng)機）在第7章學(xué)習(xí)。

No110區(qū)別，但都是水力計算的重點所在，因而是水力計算的學(xué)習(xí)重點。水117計算之前，需先完成空氣輸配管網(wǎng)的布置，包括系統(tǒng)劃分；管道布置、設(shè)備和各送排風(fēng)點位置的確定；各送風(fēng)點要求的風(fēng)量和要求各管段的風(fēng)量也得一一確定。完成上述前期準(zhǔn)備工作之后，方可按假定流速法的基本步驟進行水力計算。2.3.1.1管內(nèi)流速和管道斷面尺寸（1）繪制風(fēng)管系統(tǒng)軸測圖繪制風(fēng)管系統(tǒng)軸測圖，并劃分好管段，對各管段進行編號，標(biāo)注長度和風(fēng)量。No112計算之前，需先完成空氣輸配管網(wǎng)的布置，包括系統(tǒng)劃分；管道布118通常按流量和斷面變化劃分管段，一條管段內(nèi)流量和管段斷面不變，流量和斷面二者之一或二者同時發(fā)生變化之處是管段的起點或終點。管段長度按管段的中心線長度計算，不扣除管件（如三通、彎頭）本身的長度。（2）確定管內(nèi)流速管內(nèi)的流速對通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性有較大影響，對系統(tǒng)的技術(shù)條件也有影響。流速高，風(fēng)管斷面小，占用的空間小，材料耗用少，建造費用??；但系統(tǒng)阻力大，動力消耗大，運行費用增加，且增加噪聲。若氣流中No112通常按流量和斷面變化劃分管段，一條管段內(nèi)流量和管段斷面不變，119含有粉塵等，會增加設(shè)備和管道的磨損。反之，流速低，阻力小，動力消耗少；但是風(fēng)管斷面大，材料和建造費用大，風(fēng)管占用的空間也增大。流速過低會使粉塵沉積而堵塞管道。因此，必須通過全面的技術(shù)經(jīng)濟比較選定合理的流速。根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)，風(fēng)管內(nèi)的空氣流速可按表2-3-1、表2-3-2確定。若輸送的是含塵氣流，流速不應(yīng)低于表2-3-3所列的值。

No113含有粉塵等，會增加設(shè)備和管道的磨損。反之，流速低，阻力小，120一般通風(fēng)系統(tǒng)中常用的空氣流速（m/s)表2-3-1`建筑類別動力類別及風(fēng)管材料干管支管室內(nèi)進風(fēng)口室內(nèi)回風(fēng)口新鮮空氣入口工業(yè)建筑機械通風(fēng)薄鋼板6~142~81.5~3.52.5~3.55.5~6.5機械通風(fēng)混凝土、磚4~122~61.5~3.02.0~3.05~6民用及工業(yè)輔助建筑自然通風(fēng)0.5~1.00.5~0.70.2~1.0機械通風(fēng)5~82~52~4一般通風(fēng)系統(tǒng)中常用的空氣流速（m/s)表2-3-1`建筑類別121表2-3-2（空調(diào)）表2-3-3（含塵）見P48請自閱（3）確定各管段的斷面尺寸，計算摩擦阻力和局部阻力根據(jù)風(fēng)管的風(fēng)量和選擇的流速初步確定風(fēng)管斷面尺寸，并適當(dāng)調(diào)整使其符合通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)格。然后，按調(diào)整好的斷面尺寸計算管內(nèi)實際流速。2.3.1.2風(fēng)管摩擦阻力計算按管內(nèi)實際流速計算阻力。阻力計算應(yīng)從最不利環(huán)路（即最長、局部阻力件最多的環(huán)路）開始。No115表2-3-2（空調(diào)）表2-3-3（含塵）見P48請自閱（3）122通風(fēng)空調(diào)管道中，氣流大多屬于紊流光滑區(qū)到粗糙區(qū)之間的過渡區(qū)?？捎茫?-3-1）式計算摩擦阻力系數(shù)，再用（2-3-2）計算比摩阻Rm。式中K---風(fēng)管內(nèi)壁粗糙，mm;D---風(fēng)管直徑，mm.可根據(jù)公式（2-3-1）和（2-3-2）制成的計算圖表或線算圖，可供計算管道阻力時使用。（2-3-1）（2-3-2）No116通風(fēng)空調(diào)管道中，氣流大多屬于紊流光滑區(qū)到粗糙區(qū)之間的過