流体输配管网第2章

流体输配管网河北工业大学建筑环境与设备工程系第二章气体输配管网水力特征与水力计算第一节气体管流的水力特征第二节流体输配管网水力计算的基本原理和方法第三节气体输配管网水力计算第一节气体管流的水力特征第一节气体管流的水力特征一、气体重力管流水力特征•当υ68m/s，l不太长，p变化不太大的条件下，把气体当成不可压缩流体看待，其恒定总流能量方程：式中：为1、2断面的静压为1、2断面的全压称为位压:重力对流动的作用•如果管内气体ρ与大气ρa相差很小，两断面间的高程相差不大，气体的能量方程可简化为：2~122'2221'1122pprZprZ)())((~1222122212211ppZZgpjaj21jjpp、22222211jjpp、))((12ZZga2~122221122pppjj一、气体重力管流水力特征•讨论分析（1）式：–若1、2断面分别在管道的进出口处，即：出口动压和断面之间的流动损失，来源于进出口之间的位压.–位压的大小取决于：•进出口的高差与管道内外的密度差之和–流动方向取决于：•管道内外气体密度的相对大小000121;;:jjpp有)())((~22212212pZZga则：22221~p双层动态节能幕墙（也叫热通道幕墙）按通风原理分为自然通风和强制通风两种系统，•一般幕墙的价格在1500元每平方米左右；•全部引进的德国幕墙单价约7000元~9000元每平方米，而利用国产技术和部分进口德国关键材料和五金附件，单价也不会低于3500元每平方米一、气体重力管流水力特征断面1和D的能量方程式为：断面D和2的能量方程式为：将以上两式相加，整理得：一、气体重力管流水力特征上式表明，U形管道内的重力流，与管道外的空气密度无关。流动动力取决于两竖直管段内的气体密度差(ρ1-ρ2)和管道高度(H2—H1)之积。密度相对较大的竖管内气体下流，相对较小的竖管内气体上流。课后习题：2、3、4（p73）一、气体重力管流水力特征闭式循环管道，其能量方程式为：其中ΔPl是流过闭式循环管道的能量损失；上式表明，无机械动力的闭式管道中，流动动力取决于竖管段内的气体密度差和竖管段的高度之积。密度相对大的竖管内气流向下，密度相对小的竖管内气流向上。一、气体重力管流水力特征：举例二、气体压力管流水力特征•当位压为零时:全压用表示或■两断面的静压之间的关系22222211jjpp、）（32221222211~pppjj21qqpp、）（42121~pppqq）（52222122211jjppp)(~12212221022jjppp上游断面，下游断面)(~21212221022jjppp＝，上下游断面静压相等＝)(~12212221022jjppp上游断面，下游断面)(~三、压力和重力综合作用下的气体管流水力特征2~11221))(()(pHHgppaqq•压力和重力综合作用下的能量方程–是断面之间的全压差，反映压力的作用–是位压，反映重力的作用–全压差和位压共同作用，克服流动阻力，维持管内流体流动.)(21qqpp))((12HHga三、压力和重力综合作用下的气体管流水力特征二者的综合作用并非总是相互加强的。当ρ＜ρa，即管内气体密度小时，位压驱动气体向上流动(H2＞H1)，阻挡向下流动(H2＜H1)。反之，管内气体密度大时，位压驱动气体向下流动，阻挡向上流动。在闭式循环管路内，位压驱动密度小的气体向上流动，密度大的气体向下流动；阻挡相反方向的流动。若压力(Pq1-Pq2)驱动的流功方向与位压一致，则二者综合作用加强管内气体流动，若驱动方向相反，则由绝对值大者决定管流方向；绝对值小者实际上成为另加流动阻力。第二节流体输配管网水力计算的基本原理和方法第二节流体输配管网水力计算的基本原理和方法•目的–根据要求的流量分配，确定管网各管段管径和阻力，求得管网特性曲线，为匹配管网动力设备准备条件,进而确定动力设备的型号和动力消耗.–根据已确定的动力设备，确定保证流量分配的管道尺寸.第二节流体输配管网水力计算的基本原理和方法•基本理论依据–流体力学一元流动连续性方程和能量方程，串、并联管路的流动规律.–动力设备提供的压力等于管网总阻力–若干管段串联后的阻力等于各管段阻力之和–各并联管段的阻力相等–各管段阻力是构成管网阻力的基本单元–管道总阻力等于沿程阻力与局部阻力之和第二节流体输配管网水力计算的基本原理和方法•基本理论依据第二节流体输配管网水力计算的基本原理和方法一、摩擦阻力计算•计算式：•管道材料不变，断面尺寸不变，流体密度与流量不随沿程流量变化时：•对于气体管流中气体密度的变化不能忽略时，应根据摩擦阻力计算式与气体状态方程和连续性方程联立，解得方程组为：dlRpsml2421lZTTZpRLpps000052022214621)(.lRlRpmsml2421参考资料：燃气输配联立条件：等断面、等温一、摩擦阻力计算•下式的具体应用：–圆形管道内气体接近于0℃的常温，压力≯0.8MPa近似取得到：–≤0.005MPa的管道，因为有所以：注意：正确选择适合管流特征的摩阻计算式1100ZZTTlZTTZpRLpps00005202221)4(62.1lpdLpp00520222162.10212ppp021212122212pppppppp~))((lTTdLp005202~181.0一、摩擦阻力计算•确定计算公式后，需计算摩擦阻力系数–依据：–层流区：Re2000–紊流到层流过渡区：2000Re4000–紊流区（包括紊流区中的三个阻力区）柯列勃洛克公式：注意：此式适用于通风、空调、燃气、给水管道系统Re64)(Redkf、3Re0025.0Re..lg51271321dK通用公式一、摩擦阻力计算•摩擦阻力系数计算的专用公式–阿里特苏里公式：Re4000，钢管或光滑管道–谢维列夫公式：（适用于新钢管）•水力光滑区：•过渡区•阻力平方区25068110.Re.dK226021250.Re.KK:).(51042226062260211091230....dKK:).(5104222602101210..dKK一、摩擦阻力计算•摩擦阻力系数计算的专用公式–谢维列夫公式：（适用于新铸铁管）•水力光滑区•过渡区•阻力平方区•注意的问题–管网中流体的流动状态–计算式与计算图表的使用条件和修正方法28401770.Re.K284062840110550750....dK:).(61072:).(610722840101340..dK:).(6101760二、局部阻力计算•计算公式：–局部阻力ζ由实验方法确定，其大小取决于管件部件或设备流动通道的几何参数，不考虑Re和绝对粗糙度的影响.–根据不同流通断面的几何参数，可以通过相关的计算图表计算局部阻力ζ.22p二、局部阻力计算•计算公式：–局部阻力ζ由实验方法确定–根据不同流通断面的几何参数，通过相关的计算图表计算局部阻力ζ.22p三、常用的水力计算方法•假定流速法：–技术经济流速→确定输送流量→确定管道断面尺寸→计算管道阻力•压损平均法：–总作用压头均分给各管段→确定管段阻力→由管段流量→确定管道断面尺寸•静压复得法–管道分段→改变管道断面尺寸→降低流速→克服管段阻力→重新获得静压三、常用的计算方法•假定流速法计算步骤：1.绘制管网轴测图,包括管段编号、标出长度和流量；2.合理确定管内流体流速；3.根据各管段的流量和确定的流速、确定各管段的断面尺寸；4.计算各管段的阻力；5.平衡并联管路；6.计算管网的总阻力，求取管网特性曲线；7.根据特性曲线，综合考虑为管网匹配动力设备.•水力计算前必做的工作：–管网系统和设备的布置；–确定管材；–确定各接受流量的管网末端设备的位置和所需分配的流量.•通风管道设计中的有关问题：–系统划分原则1空气处理要求相同、室内参数要求相同，划分同一系统；2同一生产流程、运行班次和运行时间相同，划分同一系统；3下列情况单独设置排风系统：a两种或两种以上的有害物质混合引起燃烧或爆炸；b两种有害物质混合能形成毒害更大或腐蚀性的混合物或化合物；c两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘；d放散剧毒物质的房间和设备。•通风管道设计中的有关问题：–系统划分原则4除尘系统的划分应符合下列要求：a同一生产流程、同一工作的扬尘点相距不大时，宜合成一个系统；b同时工作但粉尘种类不同的扬尘点，当工艺允许不同粉尘混合回收或粉尘无回收价值时，可设一个系统。c温湿度不同的含尘气体，当混合后可能导致管内结露时，应分设系统。5如排风量大的排风点位于风机附近，不宜和远处排风量小的排风点合为一个系统。增设该排风点后会增大系统阻力。–风管布置：风管布置直接关系到通风、空调系统的总体布置，他与工艺、土建、电器、给排水等专业密切，应相互配合、协调一致。1除尘系统的排风点不宜过多，以利各支管间阻力平衡。2除尘风管应垂直或倾斜敷设，倾斜敷设时与水平面夹角最好大于45°。3输送含有蒸汽、雾滴的气体时，应由不小于0.005的坡度，以排除积液。并在最低处装水封泄液管。4在除尘系统中，为防止风管堵塞，风管直径不宜小于下列数值：排送细小粉尘80mm排送较粗粉尘（如木削）100mm排送粗粉尘（如小块物体）130mm5排除含有剧毒物质的正压风管，不应窜过其它房间。6风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测量孔和采样孔等）或预留安装测量的接口。7风管的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件要安装得当，与风管的连接要合理，以减少阻力和噪声。确定管材：风管的材料有薄钢板、硬聚氯乙烯板、胶合板、纤维板、矿渣石膏板、砖及混凝土等。需要移动的风管，则大多用柔性材料制成各种软管，如塑料管、橡胶管及金属软管等。风管材料应根据使用要求和取材的原则选用。风管断面形状的选择和管道的定型化第三节气体输配管网水力计算一、开式枝状气体输配管网水力计算•开式枝状气体管网类型link–吸入式通风除尘管网–压送式通风空调管网–室内燃气管网•水力计算的前期工作–空气输配管网的布置，包括系统划分–管道布置、设备和各送风点位置的确定–确定各送排风点的风量和各管段的输送风量•按所选定的计算方法的步骤进行水力计算开式枝状气体输配管网一、开式枝状气体输配管网水力计算计算步骤：1.绘制风管系统轴测图•划分管段、管段编号、标注长度、标注流量2.确定管内流速•速度与经济性的关系•速度与技术性的关系3.确定各管段的断面尺寸，计算摩擦阻力和局部阻力1.管内流速和管段断面尺寸确定一、开式枝状气体输配管网水力计算2.风管摩擦阻力计算–阻力计算应从最不利环路开始–通风空调管段：•先求：•再求：–根据上两式绘制出的的线算图进行计算（图2-3-1）•如对于参数L、d、υ、Rm，主要知道其中任意两个，即可利用线算图求出其它参数.–注意：实际条件与线算图计算条件不符时应进行修正Re..lg51271321dK22dRm线算图绘制条件1.按紊流过渡区的λ值绘制.2.压力：3.温度：4.空气密度：5.运动粘度：6.管壁粗糙度：7.圆形风管、气流与管壁间无热量交换.kPa3101o.Bsm1006156o/.Ct20o3omkg2041/.mm150.K实际条件与线算图计算条件不符时应进行修正（1）密度和粘度的修正（2）空气温度、大气压力和热交换的修正实际条件与线算图计