流體輸配管試題

一、 填空題〔每道題2分〕流體輸配管網(wǎng)水力計(jì)算的目的是根據(jù)要求的流量分配，計(jì)算確定管網(wǎng)各管段管徑〔或斷面尺寸〕和阻力,求得管網(wǎng)特性曲線，為匹配管網(wǎng)動(dòng)力設(shè)備準(zhǔn)備好條件,進(jìn)而確定動(dòng)力設(shè)備〔風(fēng)機(jī)、水泵等〕的型號(hào)和動(dòng)力消耗；或者是根據(jù)已定的動(dòng)力設(shè)備，確定保證流量分配要求的管網(wǎng)尺寸規(guī)格。氣體輸送系統(tǒng)常用的水力計(jì)算方法：假定流速法，壓損平均法和靜壓復(fù)得法在氣體輸送系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)的布置已確定，實(shí)現(xiàn)阻力平衡的方法有:調(diào)整泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線，調(diào)整管路的性能曲線。風(fēng)機(jī)和泵的常用三種性能曲線是：1〕流量和揚(yáng)程或壓頭曲線,2〕流量和軸功率曲線，3〕流量和效率曲線。我國(guó)熱水集中供熱系統(tǒng)的最常用型式是:雙管閉式熱水供熱系統(tǒng)。冷熱水輸配管網(wǎng)系統(tǒng)型式，按循環(huán)動(dòng)力可分為:重力循環(huán)管網(wǎng)和機(jī)械循環(huán)管網(wǎng)；按流體介質(zhì)可分為氣體輸配管網(wǎng)，液體輸配管網(wǎng)，氣-固兩相流管網(wǎng)，汽-液兩相流管網(wǎng)，液-氣兩相流管網(wǎng)。只具有控制功能的風(fēng)閥有止回閥，放火閥，排煙閥等。常用的空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)型式有一次回風(fēng)，二次回風(fēng)，雙風(fēng)道，變風(fēng)量。離心式風(fēng)機(jī)的出口安裝角卩2>90度是前向型葉片,卩2<90度是后向型葉片,卩2=90度是徑向型葉片。泵的入口與管網(wǎng)系統(tǒng)的連接有三個(gè)根本要求：不漏氣、不積氣、不吸氣。二、 簡(jiǎn)答題〔每道題10分〕1、什么是枝狀管網(wǎng)？什么是環(huán)狀管網(wǎng)？分別畫(huà)一個(gè)枝狀管網(wǎng)和一個(gè)環(huán)狀管網(wǎng)的示意圖，說(shuō)明其主要區(qū)別?！?0分〕答：枝狀管網(wǎng)：管網(wǎng)有起點(diǎn)和終點(diǎn)、主管和支管，如圖1；環(huán)狀管網(wǎng)：管網(wǎng)起點(diǎn)和終點(diǎn)重合，構(gòu)成閉合回路，如圖2；

圖1圖2圖1圖2區(qū)別：枝狀管網(wǎng)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行管理方便，但管網(wǎng)后備性差，管網(wǎng)某處發(fā)生故障時(shí)，該點(diǎn)后面管網(wǎng)局部將受影響而不能正常工作；環(huán)狀管網(wǎng)：管網(wǎng)系統(tǒng)比擬復(fù)雜，管網(wǎng)后備性好；某處發(fā)生故障時(shí)，流體可以通過(guò)環(huán)狀管網(wǎng)從另一個(gè)方向流動(dòng)，因此故障影響范圍小。2、高層建筑豎向液體輸配管網(wǎng)為什么要豎向分區(qū)？畫(huà)出1個(gè)豎向分區(qū)的示意圖，說(shuō)明其作用。答：由于高層建筑高度高，底層管道中的靜水壓力較大。為了克制靜水壓力過(guò)大的弊病，保證管網(wǎng)正常運(yùn)行和設(shè)備可靠性，對(duì)高層建筑豎向流體輸配管網(wǎng)進(jìn)展分區(qū)。以高層建筑給水為例，豎向按串聯(lián)式分為高、中、低三區(qū)如下圖。商區(qū)水箱水泵**低區(qū) 林01-65低、中、高三區(qū)分別設(shè)置水箱供水，各區(qū)管網(wǎng)中的靜水壓力都適中，系統(tǒng)耐壓要求降低，費(fèi)用減小，啟停時(shí)產(chǎn)生水錘的危險(xiǎn)性減小，水流噪音小，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。3、 說(shuō)明公式AP二R?l的使用條件。為什么不同的管網(wǎng)，九的計(jì)算公式可能會(huì)不一樣？mlm答：公式AP=R?1=纟畔-1的使用條件為：管網(wǎng)特性〔如：管道材料、斷面尺寸、連接方式等〕不變,mlmd2并且流體密度和流速也不隨流程變化。從流體力學(xué)知識(shí)知：由于九是雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度的函數(shù)，即：九二f也,』，因此在不同的流態(tài)下，d九的計(jì)算式將不同。在實(shí)際工程中，各種流體輸配管網(wǎng)的流態(tài)有明顯差異，因而Re數(shù)范圍將不同，從而造成不同管網(wǎng)九的計(jì)算式可能不同。4、 簡(jiǎn)述均勻送風(fēng)管道設(shè)計(jì)的原理和主要步驟。答：均勻送風(fēng)管道設(shè)計(jì)的原理：根據(jù)送風(fēng)管側(cè)壁孔流量公式q=3600卩f.'2PT7，V0 0*j其中q—送風(fēng)孔口流出風(fēng)量，m3/hV0卩一送風(fēng)孔口的流量系數(shù)f—送風(fēng)孔口面積，m20P—送風(fēng)官內(nèi)靜壓，PaP—送風(fēng)密度，kg/m3從該表達(dá)式可以看出，要實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)，可以有以下多種方式:（1） 當(dāng)送風(fēng)管面積F和各送風(fēng)孔口面積f不變時(shí)，調(diào)整各送風(fēng)孔口流量系數(shù)卩使之適應(yīng)p的變化，維0j持q不變；V0（2） 當(dāng)f和卩不變時(shí)，調(diào)整送風(fēng)管面積F,使管內(nèi)靜壓p根本不變，維持q不變；0 j V0（3） 當(dāng)F和卩不變時(shí)，根據(jù)管內(nèi)靜壓P的變化，調(diào)整各送風(fēng)孔口面積f，維持q不變；j0f V0（4） 增大送風(fēng)管面積F,減小送風(fēng)孔口面積f。即“靜壓箱"送風(fēng)，要求f0<0.40F均勻送風(fēng)管設(shè)計(jì)的主要步驟：根據(jù)設(shè)計(jì)條件確定送風(fēng)孔口個(gè)數(shù)、間距，畫(huà)出均勻送風(fēng)系統(tǒng)圖，對(duì)各段編號(hào)；確定管道上各孔口的出流速度；計(jì)算各孔口處的管內(nèi)靜壓Pj和流量；順著管內(nèi)流向，確定第1孔口處管道斷面流速，計(jì)算此處管內(nèi)全壓P和管道斷面尺寸；q1計(jì)算第1到第2孔口間阻力AP；1—2計(jì)算第2孔口處的管內(nèi)斷面動(dòng)壓P二P-AP-P；d2q1 1-2j確定第2孔口處的管內(nèi)流速和斷面尺寸；以此類(lèi)推，直到確定最后一個(gè)孔口處的管道斷面尺寸。5、 以氣力輸配管網(wǎng)為例，描述氣—固兩相流管網(wǎng)的水力特征。氣—固兩相流管網(wǎng)水力計(jì)算的主要特點(diǎn)是什么？答：氣固兩相流體管網(wǎng)的水力特征：管網(wǎng)中流動(dòng)介質(zhì)為物料與空氣形成的兩相流體；物料顆粒在懸浮狀態(tài)下進(jìn)展輸送；輸送管內(nèi)氣固兩相的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)隨氣流速度和料氣比的不同而改變，可能出現(xiàn)懸浮流、

底密流、疏密流、停滯流、局部流和柱塞流等幾種不同的輸送狀態(tài)；兩相流的流動(dòng)阻力比單相流的阻力要大，并且二者阻力與流速的關(guān)系也不同。單相流

阻力與流速成單調(diào)遞增關(guān)系，氣固兩相流阻力隨流速增大先增大，再減小，最后再增大。氣固兩相流管網(wǎng)水力計(jì)算的主要特點(diǎn)是：把兩相流和單相流的運(yùn)動(dòng)形式看作是一樣的，物料被看作是一種特殊的流體，利用單相流的阻力公式進(jìn)展計(jì)算，兩相流的阻力可以看作是單相流的阻力與物料顆粒引起的附加阻力之和，計(jì)算中在阻力系數(shù)參加料氣比卩］項(xiàng)。6、 寫(xiě)出比轉(zhuǎn)數(shù)n的數(shù)學(xué)表達(dá)式。比轉(zhuǎn)數(shù)n有什么應(yīng)用價(jià)值？高比轉(zhuǎn)數(shù)泵與風(fēng)機(jī)和低比轉(zhuǎn)數(shù)泵與風(fēng)機(jī)有什ss么主要區(qū)別？答：n二n紅。比轉(zhuǎn)數(shù)n是說(shuō)明泵與風(fēng)機(jī)性能參數(shù)n、q“、H的綜合特性指標(biāo)；可用來(lái)劃分泵與風(fēng)機(jī)的sH34 s V類(lèi)型，反映葉輪的幾何形狀以及用來(lái)指導(dǎo)泵與風(fēng)機(jī)的相似設(shè)計(jì)；高比轉(zhuǎn)數(shù)的風(fēng)機(jī)，說(shuō)明風(fēng)機(jī)的流量大、bb壓力低，葉輪出口相對(duì)寬度寸大；低比轉(zhuǎn)數(shù)的風(fēng)機(jī)，說(shuō)明流量小、壓力高，葉輪出口相對(duì)寬度寸小。22上下比轉(zhuǎn)數(shù)的泵與風(fēng)機(jī)其性能曲線形狀也有差異。什么是水封？它有什么作用？舉出實(shí)際管網(wǎng)中應(yīng)用水封的例子。答：水封是利用一定高度的靜水壓力來(lái)抵抗排水管內(nèi)氣壓的變化，防止管內(nèi)氣體進(jìn)入室內(nèi)的措施。因此水封的作用主要是抑制排水管內(nèi)臭氣竄入室內(nèi)，影響室內(nèi)空氣質(zhì)量。另外，由于水封中靜水高度的水壓能夠抵抗一定的壓力，在低壓蒸汽管網(wǎng)中有時(shí)也可以用水封來(lái)代替疏水器，限制低壓蒸汽逸出管網(wǎng)，但允許凝結(jié)水從水封處排向凝結(jié)水回收管。實(shí)際管網(wǎng)中應(yīng)用水封的例子很多，主要集中建筑排水管網(wǎng)，如：洗練盆、大/小便器等各類(lèi)衛(wèi)生器具排水接收上安裝的存水彎〔水封〕。此外，空調(diào)末端設(shè)備〔風(fēng)機(jī)盤(pán)管、吊頂或組合式空調(diào)器等〕凝結(jié)水排水管處于空氣負(fù)壓側(cè)時(shí)，安裝的存水彎可防止送風(fēng)吸入排水管網(wǎng)內(nèi)的空氣。

什么是泵或風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū)？如何才能讓泵或風(fēng)機(jī)在穩(wěn)定工作區(qū)工作？答：如果泵或風(fēng)機(jī)的Q-H〔P〕曲線是平緩下降的曲線，它們?cè)诠芫W(wǎng)中的運(yùn)行工況是穩(wěn)定的。如果泵或風(fēng)機(jī)的Q-H〔P〕曲線呈駝峰形，那么位于壓頭峰值點(diǎn)的右側(cè)區(qū)間是穩(wěn)定工作區(qū)，泵或風(fēng)機(jī)在此區(qū)間的運(yùn)行工況是穩(wěn)定的；而在壓頭峰值點(diǎn)的左側(cè)區(qū)間那么是非穩(wěn)定工作區(qū)，泵或風(fēng)機(jī)在此區(qū)間設(shè)備的工作狀態(tài)不穩(wěn)定。泵或風(fēng)機(jī)具有駝峰形性能曲線是其產(chǎn)生不穩(wěn)定運(yùn)行的原因，對(duì)于這一類(lèi)泵或風(fēng)機(jī)應(yīng)使其工況點(diǎn)保持在Q-H〔P〕曲線的下降段，以保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。為什么要考慮水泵的安裝高度？答：假設(shè)水泵內(nèi)部壓力最低值低于被輸送液體工作溫度下的氣化壓力，那么會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，使水泵損壞。水泵的安裝位置距吸水面的高度對(duì)水泵內(nèi)部的壓力有直接影響，為防止發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，需要考慮水泵的安裝高度，保證水泵內(nèi)壓力最低點(diǎn)的壓力高于工作溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力，且應(yīng)保證一定的富裕值。10?如下圖，泵的性能曲線I,管網(wǎng)特性曲線為S,10?如下圖，泵的性能曲線I,管網(wǎng)特性曲線為S,判斷泵的工作點(diǎn)A、B哪一個(gè)為穩(wěn)定工作點(diǎn)或不穩(wěn)定工作點(diǎn)，并加以分析？〔提示：考慮流量變化干擾〕答：B點(diǎn)是穩(wěn)定的工況點(diǎn)。A點(diǎn)是不穩(wěn)定工況點(diǎn)。對(duì)A點(diǎn)來(lái)說(shuō)，當(dāng)設(shè)備受干擾時(shí)，流量向增大方向偏離時(shí)，設(shè)備的壓頭大于管路所需要的壓頭，管路中流速加大，流量增加，工況點(diǎn)繼續(xù)向流量增大的方向移動(dòng)到達(dá)B點(diǎn)，當(dāng)從A點(diǎn)向流量減小方向偏離時(shí)，工況點(diǎn)就繼續(xù)向流量減小的方向移動(dòng)，直至流量等于零為止。因此A點(diǎn)稱為不穩(wěn)定工況點(diǎn)。B點(diǎn)與此相反，為穩(wěn)定工況點(diǎn)。三、 計(jì)算題〔每道題12分〕1、如下圖的空調(diào)送風(fēng)管網(wǎng)，A、B、C三個(gè)風(fēng)口完全一樣。A風(fēng)口處管內(nèi)的靜壓為100Pa,假設(shè)要保證3個(gè)

送風(fēng)口的送風(fēng)量一樣，B、C風(fēng)口處的管內(nèi)靜壓應(yīng)為多少？如何才能使B、C風(fēng)口處的管內(nèi)靜壓到達(dá)要求值？A BcTTT空調(diào)機(jī)組答：要使3個(gè)送風(fēng)口的送風(fēng)量一樣，B、C風(fēng)口處的管內(nèi)靜壓近似等于100Pa。由P+P二P+P+AP可知，欲使P二P,須有：P-P二AP；jAdAjBdB A?B jAjB dAdB A?BB?C之間應(yīng)有：P-P二APdBdC B~C2、有一轉(zhuǎn)速為n=1480r/min的水泵，理論流量Q=0.0833m3/s，葉輪外徑D2=360mm,葉輪出口有效面積A=0.023m2,葉片出口安裝角B2=300,試作出口速度三角形。假定流體進(jìn)入葉片前沒(méi)有預(yù)旋運(yùn)動(dòng)，即U=0u1試計(jì)算此泵的理論揚(yáng)程Ht?！蔡崾荆合惹蟪隹诮^對(duì)速度的徑向分速度U=0u1解?！炒穑篞_答：Q_0.0833A_0.023_3.62m/s2兀nD 2兀x1480360x10-3u_?r_ x—2_ x _27.9m/sTOC\o"1-5"\h\z2 2 60 2 60 2u_u-uxctgP_27.9一3.62xctg300o_29.98m/su2 2 r2 2而u_0u1所以：H_丄uu_丄x27.9x39.98_85.37mtg2u2 9.83、某段圓形通風(fēng)除塵系統(tǒng)風(fēng)管的設(shè)計(jì)流量Q=6300m3/h,風(fēng)管最小風(fēng)速u(mài)=15m/s,可選的管徑為340mm、380mm、420mm,試選擇適宜的管徑D,并利用線算圖確定單位長(zhǎng)度摩擦阻力Rm〕解：Q_6300/3600_1.75m3/s〕AQ1.75A_—_ _0.11667m2〕u15

選擇管徑為380mm。u=Q—= 175 =15.44m/s1d 0.25x3.14x0.382選擇管徑為380mm。u=Q—= 175 =15.44m/s1d 0.25x3.14x0.382兀d24根據(jù)選擇管徑和實(shí)際流速，查線圖得：Rm=7.0Pa/m皿斗o.to.a]im解：Q二6300/3600二1.75m3/sA=+罟=°.11667m2。'4Ad二二0.386mn.i選擇管徑為380mm。u=Q—= 175 =15.44m/s1d 0.25x3.14x0.382兀d24根據(jù)選擇管徑和實(shí)際流速，查線圖得：Rm=7.0Pa/m4—臺(tái)普通風(fēng)機(jī)n=1000r/min時(shí)，性能如下表，應(yīng)配備多少功率電機(jī)？全壓〔Pa〕2610255024702360221020301830流量(mWh)47710534925927665058708417662482407全效率(%)82.687.588.289.088.085.780.4解：由式求出該風(fēng)機(jī)在各工況點(diǎn)下的功率如表所示全壓〔Pa〕2610255024702360221020301830流量(m3/h)47710534925927665058708417662482407流量〔m3/s〕13.2514.8616.4718.0719.6821.2822.89全效率82.687.588.289.088.085.780.4功率〔kw〕41.8843.3146.1247.9249.4250.452.10以各工況下最大的為選擇電機(jī)的依據(jù)；確定電機(jī)容量?jī)?chǔ)藏系數(shù)K取K=1.15，所?電機(jī)^=1.15x52.10=60^即取甸咖電機(jī).5上題那臺(tái)風(fēng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速提到n=1500r/min和降到n=700r/min時(shí)，性能如何變化？列出性能表。分別應(yīng)配備多大功率的電機(jī)？解：由題育，葉輪直徑門(mén)和密庫(kù)戸不變，各相愎工況點(diǎn)滿足Q幵—=—4-'e1卻p5*—-—由兩式分別計(jì)算改變轉(zhuǎn)速后風(fēng)機(jī)的性能5、圖中閥A、B、C分別關(guān)小后，流量Q、Q~Q怎樣變化，說(shuō)明理由。1 41[ ,Q1 、C1\<Q2 \CC 1答：閥門(mén)A關(guān)小后，管網(wǎng)總阻抗增大，水泵揚(yáng)程不變時(shí)，系統(tǒng)總流量Q減少，并聯(lián)支路Q1~Q4各段用壓力減小，Q1~Q4均減少；閥門(mén)B關(guān)小后，管網(wǎng)總阻抗增大，因此總流量Q減??；管網(wǎng)壓降遞度減小，Q1、Q3、Q4上的資用壓力均增大，因此流量Q1、Q3、Q4均增大；而Q2由于閥門(mén)B的節(jié)流而減少，其減少量大于Q1、Q3、Q4的總增加量，才能使Q減少；閥門(mén)C關(guān)小后，同理Q減小，因總流量減少后，Q1、Q2資用壓力增大，而Q3、Q4資用壓力降低，故Q1、Q2增大，Q3、Q4減少，并且Q3、Q4減少量大于Q1、Q2增加量，才能使Q減少。6、3臺(tái)一樣的風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，單臺(tái)風(fēng)機(jī)性能如下表：全壓〔P〕530510490460410a流量