第7章习题解

第七章7-1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：并联管段的因流动造成的压力损失相等。按照管网的能量平衡，并联管段所组成的闭合回路（如图a），或添加虚拟管段后形成闭合回路（如图b），满足如下关系：，为管段流动损失，为沿闭合回路方向的重力作用力，为沿闭合回路方向的全压动力。因，若闭合回路的重力作用力及输入的全压作用力，则有可导出并联管段的阻抗计算式：。7-2什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；水压曲线与管路中心线、水平距离坐标轴以及表示水压高度的纵轴组成的图形称为水压图。绘制水压图的步骤是：（1）选取适当的水压基准面；（2）确定液体管网系统的定压点（压力基准点）及其测压管水头高度；（3）根据水力计算结果，沿液体循环流动方向，顺次确定各管段起止点的测压管水头高度；（4）顺次连接各点的测压管水头的顶端，即可获得系统的水压图。7-3什么是管网的静水压线？确定室外集中供热热水管网静水压线要考虑哪些主要因素？答：静水压线是管网的循环水泵停止工作时，管路上各点的测压管水头连接线，根据连通器原理，它应是一条水平的直线。静水压线的高度必须满足下列的技术要求：（1）与热水网路直接连接的供暖用户系统内，底层散热器所承受的静水压力应不超过散热器的承压能力；（2）热水网路及与它直接连接的供暖用户系统内，不会出现汽化或倒空。7-4在气体管网的压力分布图中，吸入段和压出段各有什么显著特征？答：吸入段的特征主要是：（1）吸入段的全压和静压均为负值，在风机入口负压最大，风管的连接处如果不严密，会有管外气体渗入；（2）在吸入管段中静压绝对值为全压绝对值与动压值之和；（3）当管网系统中只有吸入管段时，风机的风压应等于吸入管网的阻力及出口动压损失之和。压出段的特征主要是：（1）压出段的全压和为正值，在风机出口全压最大；（2）压出段的静压一般为正值，此种情况下，全压的绝对值为静压绝对值和动压绝对值之和，但在管段截面积很小的断面，由于动压上升，也可能出现静压为负的情况，此时动压的绝对值等于静压和全压绝对值之和。另外，在吸入段和压出段，全压均是沿程下降的，而在风机的进出口处全压的绝对值达到最大。静压的绝对值一般亦达到最大，如接口不严密，渗漏将很严重，既降低了风机的性能，也增加了管网内外掺混形成气体污染的可能性。7-5什么是调节阀的工作流量特性？在串联管道中，怎样才能使调节阀的工作流量特性接近理性流量特性？答：调节阀的工作流量特性是指调节阀在前后压差随负荷变化的工作条件下，调节阀的相对开度与相对流量之间的关系。在串联管路中，调节阀全开时阀前后压差与系统总压差的比值称为阀权度，阀权度值的范围是0~1，其值越接近1，调节阀的工作流量特性与理想流量特性越接近。7-6对于有串联管路的调节阀，阀权度对其性能有何影响？阀权度越大越好，这种说法是否正确？答：有串联管路的调节阀，其工作流量特性将偏离理想流量特性。当管道阻抗为零时，阀权度SV=1，系统的总压差全部降落在调节阀上，调节阀的工作特性与理想特性是一致的；随着管道阻抗增大，SV值减小，使系统降落在调节阀上的压力损失相对减小，调节阀全开时的流量将减小；理想流量特性为直线特性的调节阀，当Sv0.3时，其工作流量特性曲线严重偏离理想流量特性，而近似快开特性；而对于等百分比流量特性，当Sv0.3后，其工作流量特性虽然也严重偏离理想特性而变成近似直线特性，仍然有较好的调节作用，但此时可调范围已显著减小。从上述分析可知，必须使调节阀压降在系统压降中占有一定的比例，才能保证调节阀具有较好的调节性能，因此一般不希望Sv0.3。另一方面，从经济观点出发，希望调节阀全开时的压降尽可能小一些，这样可以减小管网压力损失，节省运行能耗。一般在设计中Sv＝0.3～0.5是较合适的。7-7选择直通调节阀的流量特性应考虑哪些因素？答：主要考虑如下两方面的因素。一是调节系统的特性。在建筑环境与设备工程领域，调节阀经常用来调节热交换器的流量进而调节换热量，因此往往需要考虑阀门的流量特性与热交换器静特性综合后的整体特性；一是调节阀的阀权度，因为阀权度将影响调节阀的工作流量特性偏移理想特性的程度。7-8试分析阀门流通能力的物理意义。阀门的流通能力与其两端的压差有关吗？答：调节阀门流通能力的定义式是：,式中为调节阀前后的压差，为流体的密度，为调节阀的接管面积，为调节阀在某一开度下的阻力系数。因此，调节阀门流通能力的物理意义是：阀门两端作用某一规定压差时，单位时间流过某一流体密度的流量，它与其两端的压差无关，取决于阀门的构造形式与尺寸，并与开度有关，因此，通常流通能力是指阀门全开时的流通能力。7-9简述管网水力稳定性的概念。提高管网水力稳定性的主要途径是什么？答：管网中各个管段或用户，在其它管段或用户的流量改变时，保持本身流量不变的能力，称其为管网的水力稳定性。通常用管段或用户规定流量和工况变动后可能达到的最大流量的比值来衡量管网的水力稳定性，即。因，可见提高管网水力稳定性的主要方法是相对地减小网路干管的压降，或相对地增大用户系统的压降。7-10什么是水力失调？怎样克服水力失调？答：管网中的管段实际流量与设计流量不一致，称为水力失调。水力失调的原因主要是：1）管网中的动力源提供的能量与设计不符，包括两个方面，一是动力源的实际工作参数与设计参数不符，一是管网的设计动力与在设计流量下的动力需求不符，即管网的动力源匹配不合理；2）管网的流动阻力特性发生变化，即管网阻抗与设计值不符。要克服管网的水力失调，必须首先使管网在各管段流量为设计值时，管网能够满足能量平衡，即所有环路中的动力与流动阻力相平衡，这里的动力和阻力既包括管网内部的因素，也包括环境对管网的作用（如重力作用力因素等），另外，由于实际运行条件的变化（如管网安装状况、管道及设备的变化、用户流量调整等）使管路阻抗发生变化，需要能够采取恰当的调节措施，使管网所有环路在提供的动力与各管段流量为要求值时的阻力相平衡。7-11有哪些技术措施，可以增加和减小热水采暖管网的流量？说出这些办法的优缺点。答：增加热水采暖管网流量的措施主要有：1）更换更大的管径，或开大管网中的阀门开度，这样可以减小管网的阻抗，从而增大流量。更换更大的管径需要增加材料和工程改造费用，在可能的条件下开大管网中的阀门开度则简单易行。上述方法可以降低管网能耗。2）更换流量和压头更大的循环水泵，或提高水泵的转速。更换更大的循环水泵需要增加投资和运行能耗费用，并要占用更大的水泵房空间，而提高水泵转速的前提是水泵原来的转速低于其额定转速，且转速提高后也不能超过其额定转速，以免发生电机超载的危险。7-12习题图7-1是一个机械送风管网。水力计算结果见下表：管段1-23-44-64-5流量（m3/h）5000500020003000阻力（Pa）100150200200管径（mm）700700400500（1）求该管网的特性曲线；（2）为该管网选择风机；（3）求风机的工况点，并绘制管网在风机工作时的压力分布图；（4）求当送风口5关闭时风机的工况点并绘制此时管网的压力分布图；（5）送风口5关闭后，送风口6的实际风量是多少？要使其得到设计风量，该如何调节？习题图7-1解：（1）根据计算出各管段的阻抗，见习题7-12表1。4-6和4-5管段并联阻抗为：kg/m7，则管网总阻抗为233.28kg/m7。据此可绘制管网特性曲线，见习题7-12图1。习题7-12表1管段阻抗（kg/m7）51.8477.76648288风机工作时各管段风量（m3/h）6000600024003600风机工作时各管段阻力（Pa）144216288288习题7-12图1（2）根据该管网的风量和风压需求，选择T4-72NO.5A型普通离心风机，额定转速1450r/min。其性能曲线见习题7-12图1。它与（1）中求出的管网特性曲线（图中虚线）的交点为风机的工况点，可以求出风机的工作风量为6000m3/h，输出全压为648Pa。此时各管段的实际流量见习题7-12表1。其中，管段4-5和4-6的流量分配按计算。按照计算出各管段的实际压力损失，见习题7-12表1，绘制压力分布图，见习题7-12图2。习题7-12图2（3）送风口5关闭后，管网的总阻抗为777.6kg/m7，作此时管网特性曲线，见习题7-12图1中细实线。此时风口6的实际风量为3750m3/h。欲使其风量为设计风量2000m3/h，可调整风机转速至r/min。7-13习题图7-2是一个室内给水管网。水力计算结果见下表：管段1-23-44-64-5流量（kg/h）5000500020003000阻力（kPa）15152525求该管网水泵要求的扬程并绘制水压图。水龙头出水要求有2m的剩余水头。习题图7-2解：该管网水泵要求的扬程按管路1-2-3-4-6计算。实际工程中选择水泵时还应根据工程情况考虑10%~20%的安全余量，以保证在实际条件与计算条件发生偏差时仍能满足要求。以水泵轴线标高为基准面，绘制水压图如下。7-14习题图3是一个室内热水采暖管网。水力计算结果见下表：管段1-22-33-44-52-55-6流量（kg/h）600030003000300030006000阻力（Pa）250001500035000150006500030000管径（mm）503232322550习题图7-3（1）求该管网的特性曲线；（2）为该管网选择水泵、求水泵的工况点，并绘制管网在水泵工作时的压力分布图；（3）求当3-4之间的阀门关闭时水泵的工况点并绘制此时管网的压力分布图；（4）3-4之间的阀门关闭后，2-5之间的用户的实际流量是多少？要使其得到设计流量，该如何调节？解：（1）根据计算各管段阻抗，其中流量的单位为t/h，的单位为mH2O，管段阻抗单位为mH2O/(t/h)2。结果填入计算表1；按照管段的串并联关系，计算管网系统得总阻抗，见计算表1。阻抗计算(mH2O/(t/h)2)计算表1管段1-22-33-44-52-55-6管段阻抗0.07090.17010.39680.17010.73700.08502-3，3-4，4-5串联阻抗0.73702-3-4-5与2-5并联阻抗0.1842系统总阻抗0.3401因此，此管网的管网特性曲线方程为，其中流量的单位为t/h。绘出曲线如图习题7-14解答图1中曲线I。（2）该管网设计总流量6t/h，总阻力12mH2O。选择IRG40-100型离心式管道热水泵，其性能参数如下表：流量(t/h)扬程(mH2O)转速(r/min)功率(kW)电机功率(kW)4.413.229000.330.556.312.50.48.311.30.48将水泵的特性曲线绘制在7-14解答图1中，即曲线II，它与管网特性曲线I的交点a为水泵的工况点。由图可知，水泵输出流量为6.10t/h，扬程为12.6mH2O。管段3-4和管段2-5的流量均为3.05t/h，计算出各管段阻力见下表：管段1-22-33-44-52-55-6流量(t/h)6.103.053.053.053.056.10阻抗（mH2O/(t/h)2）0.07090.17010.39680.17010.73700.0850阻力(mH2O)2.61.63.71.66.83.2以水泵轴线为压力0-0基准高度线。膨胀水箱与管网的联结点6为定压点，水头值为7mH2O，根据各管段的阻力和水泵的工作扬程，可计算出各节点的水头，见下表：节点123456119.617.015.411.710.27.0水压图如图习题7-14解答图2所示。（3）3-4管段上的阀门关闭，此时系统的总阻抗为0.8929mH2O/(t/h)2，管网特性曲线见7-14解答图1曲线III。水泵工况点为b，输出流量为3.86t/h，水泵扬程13.3mH2O。各管段阻力与节点压力计算结果见下表。水压图如图习题7-14解答图3所示。管段编号管段阻力（mH2O）节点编号节点压力（mH2O）1-21.1120.32