第三章 热水供暖系统水力计算原理

供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理本讲主要内容水力计算基本公式当量局部阻力法和当量长度法塑料管材的水力计算水力计算的任务和方法供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理一、水力计算基本公式设计热水供暖系统，为了使系统中各管段的水流量符合设计要求，以保证流进各散热器的水流量符合要求，就要进行管路的水力计算。当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件(如阀门、弯头、三通、散热器等)时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要损失能量。前者称为沿程损失，后者称为局部损失。供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示：ΔP＝ΔPy+ΔPi＝Rl+ΔPiPa式中ΔP——计算管段的压力损失，Pa；ΔPy——计算管段的沿程损失，Pa；ΔPi——计算管段的局部损失，Pa；R——每米管长的沿程损失，Pa／m；l——管段长度，m。供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理1、沿程损失在管路的水力计算中，通常把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段组成的。供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理每米管长的沿程损失(比摩阻)，可用流体力学的达西．维斯巴赫公式进行计算。2dR2供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理热媒在管内流动的摩擦阻力系数值取决于管内热媒的流动状态和管壁的粗糙程度，即：Re,fvdRedK供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理摩擦阻力系数值是用实验的方法确定的。层流流动（Re）当Re＜2320时，流动为层流状态。紊流过渡区流动(Re,)过渡区的摩擦阻力系数值，可用洛巴耶夫公式来计算，即Re642KdlgRe42.1供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理过渡区的范围，大致可用下式确定：Re1=11或＝11m/sRe2=445或=445m/s供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理粗糙管区（阻力平方区）()粗糙管区的摩擦阻力系数值，可用尼古拉兹公式计算:2Kd2lg14.11对于管径等于或大于40mm的管子，用希弗林松推荐的、更为简单的计算公式也可得出很接近的数值：25.0dK11.0供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理管壁的当量绝对粗糙度K值与管子的使用情况（流体对管壁腐蚀和沉积水垢等状况）和管子的使用时间等因素有关。对于热水供暖系统，根据运行实践积累的资料，推荐采用下列数值：对室内热水供暖系统管路K=0.2mm对室外热水管网K=0.5mm供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理根据过渡区范围的判别式和推荐使用的当量绝对粗糙度K值,列出下表：供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理室内热水供暖系统的水流量G，通常以kg／h表示。热媒流速与流量的关系式为：22d900G4d3600G将上式代入达西公式可得到更方便的计算公式：52810625.0dGR供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理在给定某一水温和流动状态下，上式的和值是已知值，管路水力计算基本公式可以表示为的函数式。只要已知R、G、d中任意两数，就可确定第三个数值。附录4-1给出室内热水供暖系统的管路水力计算表。GdfR,供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理2、局部损失管段的局部损失，可按下式计算：2P2j水流过热水供暖系统管路的附件的局部阻力系数值，可查附录4-2。附录4-3给出热水供暖系统局部阻力系数时的局部损失值。即，表示时的局部压力损失，又叫动压头。12P2d1供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理3、总压损失总损失为各管段沿程损失和局部损失之和，即22Rlpppjy供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理二、当量局部阻力法和当量长度法在实际工程设计中，为了简化计算，也有采用所谓“当量局部阻力法”或“当量长度法”进行管路的水力计算。供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程损失转变为局部损失来计算。设管段的沿程损失相当于某一局部损失，则1、当量局部阻力法2ld2P22djjP计算管段的总压可写为：222222d22dzhjyppp供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理若已知管段的水流量G时，该管段的总压力损失可改写为：224222290012GAGdpzhzhzh附录4-4列出当水的平均温度为60℃，相应水的密度时，各种不同管径的A值和值（摩擦阻力系数取一平均值计算）。附录4-5给出按式编制的水力计算表。3/248.983mkgd/2GApzh供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理在工程设计中，对常用的垂直单管顺流式系统，由于整根立管与干管、支管以及支管与散热器的连接方式，在施工规范中都规定了标准的连接图式；因此，为了简化立管的水力计算，也可以将由许多管段组成的立管视为一根管段，根据不同情况，给出整根立管的值。其编制方法和数值可见附录4-6。供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理2、当量长度法当量长度法的基本原理是将管段的局部损失折合为管段的沿程损失来计算。如某一管段的总局部阻力系数为，设它的压力损失相当于流经管段ld米长度的沿程损失，则2ldRl22dd2供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理水力计算基本公式，可表示为：zhdjRl)ll(RPRlP式中lzh——管段的折算长度，m。当量长度法一般多用在室外热力网路的水力计算上。供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理1、水力计算的任务：按已知系统各管段的流量和循环作用压力，确定各管段的管径。常用于工程设计。按已知系统各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用压力，常用于校核计算。按已知系统各管段的管径和该管段的允许压力降，确定该管段的水流量。校核计算，不等温降。四、水力计算的任务和方法供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理第二种情况的水力计算，常用于校核计算。根据最不利循环环路各管段改变后的流量和已知各管段的管径，利用水力计算图表，确定该循环环路个管段的压力损失以及系统必需的循环作用压力，并检查循环水泵的扬程是否满足要求。第三种情况下的水力计算，是根据管段的管径d和该管段的允许压力降，来确定通过该管段的流量。对已有的热水供暖系统，在管段已知作用压头下，校核各管段通过的水流量的能力，以及热水供暖系统采用的所谓“不等温降”水力计算方法，就是按此方法进行计算的。供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理2、等温降水力计算的方法平均比摩阻Rpj法法推荐的平均比摩阻Rpj法（60～120Pa/m）经济供热工程第十三讲水暖系统水力计算原理实际设计过程中，为了平衡各并联环路的压力损失，往往需要提高循环环路各分支管段的比摩阻和流速，但流速过大会使管道产生噪声，所以规范规定：最大允许的水流流速不应大于下列数值。民用建筑1.2m/s1.5m/s生产厂房的辅助建筑2.0m/s生产厂房3.0m/s整个热水供暖系统总的计算压力损失，宜增加10%的附加值，以此确定系统必需的循环作用压力。