课后题

1-1认真观察1~3个不同类型的流体输配管网，绘制出管网系统轴测图。结合第一章学习的知识，回答以下问题：（1）该管网的作用是什么？（2）该管网中流动的流体是液体还是气体？还是水蒸气？是单一的一种流体还是两种流体共同流动？或者是在某些地方是单一流体，而其他地方有两种流体共同流动的情况？如果有两种流体，请说明管网不同位置的流体种类、哪种流体是主要的。（3）该管网中工作的流体是在管网中周而复始地循环工作，还是从某个（某些）地方进入该管网，又从其他地方流出管网？（4）该管网中的流体与大气相通吗？在什么位置相通？（5）该管网中的哪些位置设有阀门？它们各起什么作用？（6）该管网中设有风机（或水泵）吗？有几台？它们的作用是什么？如果有多台，请分析它们之间是一种什么样的工作关系（并联还是串联）？为什么要让它们按照这种关系共同工作？（7）该管网与你所了解的其他管网（或其他同学绘制的管网）之间有哪些共同点？哪些不同点？答：选取教材中3个系统图分析如下表：图号图1-1-2图1-2-14（a）图1-3-14(b)问（1）输配空气输配生活给水生活污水、废水排放问（2）气体液体液体、气体多相流，液体为主问（3）从一个地方流入管网，其他地方流出管网从一个地方流入管网，其他地方流出管网从一个地方流入管网，其他地方流出管网问（4）入口1及出口5与大气相通末端水龙头与大气相通顶端通气帽与大气相通问（5）通常在风机进出口附近及各送风口处设置阀门，用于调节总送风量及各送风口风量各立管底部、水泵进出口及整个管网最低处设有阀门，便于调节各管段流量和检修时关断或排出管网内存水无阀门问（6）1台风机，为输送空气提供动力1台水泵，为管网内生活给水提供动力无风机、无水泵问（7）与燃气管网相比，流体介质均为气体，但管网中设施不同。与消防给水管网相比，流体介质均为液体，但生活给水管网中末端为水龙头，消防给水管网末端为消火栓。与气力输送系统相比，都是多相流管网，但流体介质的种类及性质不同。1-3流体输配管网有哪些基本组成部分？各有什么作用？答：流体输配管网的基本组成部分及各自作用如下表：组成管道动力装置调节装置末端装置附属设备作用为流体流动提供流动空间为流体流动提供需要的动力调节流量，开启/关闭管段内流体的流动直接使用流体，是流体输配管网内流体介质的服务对象为管网正常、安全、高效地工作提供服务。1-4试比较气相、液相、多相流这三类管网的异同点。答：相同点：各类管网构造上一般都包括管道系统、动力系统、调节装置、末端装置以及保证管网正常工作的其它附属设备。不同点：①各类管网的流动介质不同；②管网具体型式、布置方式等不同；③各类管网中动力装置、调节装置及末端装置、附属设施等有些不同。[说明]随着课程的进一步深入，还可以总结其它异同点，如：相同点：各类管网中工质的流动都遵循流动能量方程；各类管网水力计算思路基本相同；各类管网特性曲线都可以表示成ΔP=SQ2+Pst；各类管网中流动阻力之和都等于动力之和，等等。不同点：不同管网中介质的流速不同；不同管网中水力计算的具体要求和方法可能不同；不同管网系统用计算机分析时其基础数据输入不同，等等。1-6按以下方面对建筑环境与设备工程领域的流体输配管网进行分类。对每种类型的管网，给出一个在工程中应用的实例。答：流体输配管网分类如下表：问题编号类型及工程应用例子（1）按流体介质气体输配管网：如燃气输配管网液体输配管网：如空调冷热水输配管网汽-液两相流管网：如蒸汽采暖管网液-气两相流管网：如建筑排水管网气-固两相流管网：如气力输送管网（2）按动力性质重力循环管网：自然通风系统机械循环管网：机械通风系统（3）按管内流体与管外环境的关系开式管网：建筑排水管网闭式管网：热水采暖管网（4）按管内流体流向的确定性枝状管网：空调送风管网环状管网：城市中压燃气环状管网（5）按上下级管网的水力相关性直接连接管网：直接采用城市区域锅炉房的热水采暖管网，如图1-3-4，a,b,d,e,f间接连接管网：采用换热器加热热水的采暖管网，如图1-3-4，c,g,h.2-1某工程中的空调送风管网，在计算时可否忽略位压的作用？为什么？（提示：估计位压作用的大小，与阻力损失进行比较。）答：民用建筑空调送风温度可取在15~35℃（夏季~冬季）之间，室内温度可取在25~20℃（夏季~冬季）之间。取20℃空气密度为1.204kg/m3,可求得各温度下空气的密度分别为：15℃：==1.225kg/m335℃：==1.145kg/m325℃：==1.184kg/m3因此：夏季空调送风与室内空气的密度差为1.225-1.184=0.041kg/m3冬季空调送风与室内空气的密度差为1.204-1.145=0.059kg/m3空调送风管网送风高差通常为楼层层高，可取H=3m，g=9.807N/m.s2,则夏季空调送风位压=9.807×0.041×3=1.2Pa冬季空调送风位压=9.807×0.059×3=1.7Pa空调送风系统末端风口的阻力通常为15~25Pa，整个空调送风系统总阻力通常也在100~300Pa之间。可见送风位压的作用与系统阻力相比是完全可以忽略的。但是有的空调系统送风集中处理，送风高差不是楼层高度，而是整个建筑高度，此时H可达50米以上。这种情况送风位压应该考虑。2-2如图2-1-1是某地下工程中设备的放置情况，热表示设备为发热物体，冷表示设备为常温物体。为什么热设备的热量和地下室内污浊气体不能较好地散出地下室？如何改进以利于地下室的散热和污浊气体的消除？答：该图可视为一U型管模型。因为两侧竖井内空气温度都受热源影响，密度差很小，不能很好地依靠位压形成流动，热设备的热量和污浊气体也不易排出地下室。改进的方法有多种：（1）将冷、热设备分别放置于两端竖井旁，使竖井内空气形成较明显的密度差，如图2-1-2；（2）在原冷物体间再另掘一通风竖井，如图2-1-3；（3）在不改变原设备位置和另增竖井的前提下，采用机械通风方式，强制竖井内空气流动，带走地下室内余热和污浊气体，如图2-1-4。2-5简述实现均匀送风的条件。怎样实现这些条件？答：/23600oPifoL从该表达式可以看出，要实现均匀送风，可以有以下多种方式：（1）保持送风管断面积F和各送风口面积不变，调整各送风口流量系数使之适应的变化，维持不变；（2）保持送风各送风口面积和各送风口流量系数不变，调整送风管的面积F，使管内静压基本不变，维持不变；（3）保持送风管的面积F和各送风口流量系数不变，根据管内静压的变化，调整各送风口孔口面积，维持不变；（4）增大送风管面积F，使管内静压增大，同时减小送风口孔口面积，二者的综合效果是维持不变。实际应用中，要实现均匀送风，通常采用以上第（2）中种方式，即保持了各送风口的同一规格和形式（有利于美观和调节），又可以节省送风管的耗材。此时实现均匀送风的条件就是保证各送风口面积、送风口流量系数、送风口处管内静压均相等。要实现这些条件，除了满足采用同种规格的送风口以外，在送风管的设计上还需要满足一定的数量关系，即任意两送风口之间动压的减少等于该两送风口之间的流动阻力，此时两送风口出管内静压相等。2-6流体输配管网水力计算的目的是什么？答：水力计算的目的包括设计和校核两类。一是根据要求的流量分配，计算确定管网各管段管径（或断面尺寸），确定各管段阻力，求得管网特性曲线，为匹配管网动力设备准备好条件，进而确定动力设备（风机、水泵等）的型号和动力消耗（设计计算）；或者是根据已定的动力设备，确定保证流量分配要求的管网尺寸规格（校核计算）；或者是根据已定的动力情况和已定的管网尺寸，校核各管段流量是否满足需要的流量要求（校核计算）。2-10为何天然气管网水力计算不强调并联支路阻力平衡？答：天然气管网水力计算不强调并联支路阻力平衡，可以从以下方面加以说明：1）天然气末端用气设备如燃气灶、热水器等阻力较大，而燃气输配管道阻力相对较小，因此各并联支路阻力相差不大，平衡性较好；2）天然气管网一般采用下供式，最不利环路是经过最底层的环路。由于附加压头的存在，只要保证最不利环路的供气，则上层并联支路也一定有气；3）各并联支路在燃气的使用时间上并非同时使用，并且使用时也并非都在额定流量工况下使用，其流量可以通过用户末端的旋塞，阀门等调节装置根据需要调节。签于以上原因，天然气管网无需强调并联支路的阻力平衡。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。应用并联管段阻抗计算式时，应满足什么条件？答：需要满足的条件是：并联管段所组成的闭合环路（或添加虚拟管段）的重力作用为零。什么是液体管网的水压图？简述绘制水压图的基本步骤。答:在液体管网中，将各节点的测压管水头高度顺次连接起来形成的线，称为水压曲线；水压曲