流体输配管网(第1~5章)

1“流体输配管网”释义流体－具有流动性的物质；输配－按要求输送、分配；管网－管道（流体流动的通道）相互连接形成的网络。错误：流体输送管网；流体输配管道流体输配管网2课程性质及与其他课程的联系•专业平台课（专业核心技术基础课）•以《流体力学》为主要理论基础，是学习《暖通空调》、《供热工程》、《建筑给排水》、《燃气输配》等专业技术课的核心基础。•专门讲述公用设备工程中各种流体输配管网的工作原理和计算方法，以及动力源（泵与风机）的基础理论和选用方法等。•全国注册公用设备工程师考试科目3课程的学习任务通过各种教学环节，掌握暖通空调工程、城市燃气工程、供热工程、建筑给排水工程、建筑消防工程、工厂动力工程等各类工程中的流体输配管网的基本原理。掌握进行管网系统设计、调试和调节的基本理论和方法，并形成初步的工程实践能力。•管网设计－确定管网形式、流通断面；匹配动力；确定管网调节方案并设置相应的装置。能够正确应用设计手册和参考资料进行上述管网系统的设计、调试和调节，并为从事其它大型、复杂管网工程的设计和运行管理打下初步基础。4教材与参考书《流体输配管网》（第二版）付祥钊主编《工业通风》（第二版）孙一坚主编《供热工程》（第三版）贺平孙刚主编《建筑给排水工程》（第四版）王增长主编《燃气输配》（第三版）段常贵主编《暖通空调》（第一版）陆亚俊主编《简明供热设计手册》（第一版）李岱森主编《简明通风设计手册》（第一版）孙一坚主编《简明空调设计手册》（第一版）赵荣义主编《建筑燃气设计手册》（第一版）袁国汀主编5教材与参考书（续）《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003《城市热力网设计规范》CJJ34-2002《城市燃气设计规范》GB50028-93（2002年版）《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003《工业金属管道设计规范》GB50316-2000《暖通空调》《给水排水》《煤气与热力》6第1章流体输配管网型式与装置自然界中的流体输配管网：•人体呼吸系统•血液循环系统•植物水分输配系统•江河水系工程中的流体输配管网：•西气东输•南水北调•城市供热、给水排水、燃气•建筑物采暖、上下水、燃气、空调送排风、空调冷冻水与冷却水•工厂通风7管网的型式与装置管网有什么型式？气体管网多相流管网液体管网81.1举例认识管网居民楼厨房排烟管网西气东输接续天然气管网重力循环热水采暖管网蒸汽采暖管网气力物料输送管网热水供热管网系统91.1.1居民楼厨房排烟管网居民楼厨房示例：10居民楼厨房管网组成与功能分析1油烟机排烟罩－收集烟气2风机－抽烟和排烟3单向阀－防止烟气倒流4管道－引导烟气流动路径5风帽－防止雨水11居民楼厨房管网的特点：流体种类－气体，极少量液体管网型式：•管内流体与环境大气的关系→开式•每个支路管道流向的确定性→枝状•管道中流体的分流与汇流→汇流12归纳－流体输配管网的组成：•流体的源和汇•管道•动力装置•调控装置•末端装置•其他附属设备131.1.2西气东输接续天然气管网管网示意图14该管网的特点：（1）按照压力不同分级，不同的场合应用不同的压力级别（2）城区管网一些管线构成环状（3）是一个开式管网（4）上、下级管网相互影响151.1.3重力循环热水采暖管网管网示意图1－热源2－膨胀水箱3－散热器4－管道16该管网的特点•重力作用形成管网中流体流动的动力；•枝状管网（注意：“闭合”不一定是“环状”）；•闭式管网；•垂直同程系统。空调冷冻水系统能否依靠自然循环？1－热源2－膨胀水箱3－散热器4－管道171.1.4蒸汽采暖管网管网示意图1－热源(蒸汽锅炉)2－疏水器3－散热器4－管道18该管网的特点1－热源(蒸汽锅炉)2－疏水器3－散热器4－管道•介质－汽体、汽液混合、液体；•既有分流，又有汇流；•枝状管网。在管网不同位置的流体种类及占主导地位的流体？191.1.5气力物料输送管网管网示意图20该管网的特点•气固两相流，固体颗粒是流动的阻碍•输送距离有限风速要求高，流动阻力大，风机的压力要求大。211.1.6热水供热管网系统管网示例：22该管网的特点：上下级管网的连接一级管网－集中供热管网（外网）二级管网－用户采暖管网（内网）两级管网之间的连接方式：(a)直接连接(b)装喷射泵直接连接(c)装混合水泵直接连接(d)装换热器间接连接……23不同级管网之间的水力相关性水力相关性的概念•“水”泛指流体,“水力”指流体流动时的一些力学性质，主要是压力、速度等;•“相关”指上下级管网之间的压力、速度相互影响；•“无关”指上下级管网之间的压力、速度不相互影响。直接连接的上下级管网是水力相关的，间接连接则水力无关。注意：水力无关的管网可以是“热力相关”。241.1.7其他几种常见管网排风系统25空调送回风系统26空调水系统27建筑给水管网28高层建筑给水管网承压与分区概念29建筑排水管网301.2流体输配管网的基本组成与基本类型流体输配管网的两个基本任务：－流体的输送与分配；－能量的输送与分配。在建筑环境与设备工程中，需要用流体输配管网输送和分配水、热水、蒸汽、空气等流体来完成对建筑的热能供应、建筑给排水、空调制冷等工程系统的需要，以满足对建筑环境的调节与控制。要记住啊!31为了完成上述两个任务，建立了各种各样的流体输配管网。本节归纳各类流体输配管网的共性。包括：流体输配管网的基本功能流体输配管网的基本组成流体输配管网的分类流体输配管网的连接方式321.2.1流体输配管网的基本功能与基本组成基本功能：从“源”取得流体，通过管道输送，按照要求将流量分配给用户的末端装置；从末端装置处按照要求收集流体，通过管道，将其输送到“汇”。源末端装置按流量要求汇末端装置按流量要求第3种形式：从源→末端装置→汇（源）形成循环。33基本组成：末端装置－从管道中取得一定量的流体，或将一定量的流体送入管道。如：排风罩、散热器、送风口、燃气罩；卫生器具、配水龙头等。管道系统－在“源”或“汇”与末端装置之间，给流体流动以路径，引导流体流动。动力－流动存在阻力，必须要有动力：•来源于“源”，如锅炉；储气罐的压力；上级管网的压力；•来源于重力，如自然循环热水采暖；建筑排水；•来源于机械动力（水泵与风机），机械通风、城市供热、城市给水等，应用广泛。34调节装置－调节阀、关断阀。安全、计量装置－安全阀、报警器、流量计、温度计、压力表等。其他装置与设备－膨胀水箱、排气装置、疏水器、过滤器等。351.2.2流体输配管网的分类单相流与多相流管网－按管内流体的相态重力驱动与压力驱动管网－按管网动力性质：•重力驱动－利用管网内、外或管网内不同流段的流体间密度差→重力差→形成驱动力。•压力驱动－来自“源”的压力、机械动力（泵、风机）。开式与闭式管网－按管网内流体与外界环境空间的联系：•开式管网－与外界空间相通，有进、出口，与环境空间水力相关。•闭式管网－与外界空间隔绝。与环境空间水力无关。36枝状与环状管网－根据流动路径的确定性：•枝状管网－管网内任一管段的流向是确定的、唯一的。因此，阻力变化只影响流量，不改变流向。•环状管网－管网中有的管段的流动方向是不确定的，有2种可能性。37异程式管网与同程式管网－根据并联管段所在的环路之间流程长度的差异情况：•同程式－流程长度差异显著。并联环路的阻抗差异小，有利于各并联环路均匀输配流体。•异程式－流程长度差异不显著。381.2.3管网之间的连接方式大型工程管网可能由多级管网共同承担流体输配任务，各级管网之间由于具体条件和要求不同，可以有不同的连接方式，分为2大类：•直接连接－流体要穿越各级管网之间的分界，从一级进入另一级管网，管网之间的水力参数（压力、流速）要相互影响，同时热力参数（温度）必然相互影响，水力相关和热力相关。各级管网不能孤立调节。•间接连接－流体不能穿越各级管网的分界，各级管网水力参数不相互影响，水力无关，可以分别独立调节。通过分界处的固体界面（如换热器）可以进行热量交换，可能热力相关。39第1章课后要求完成习题：1-1、1-6仔细阅读并理解教材内容阅读参考书40第2章气体管流水力特征与水力计算主要内容气体输配管网水力计算水力计算的基本原理和方法气体管流的水力特征412.1气体管流水力特征气体重力管流水力特征气体压力管流水力特征压力和重力综合作用下气体管流水力特征422.1.1气体重力管流水力特征管流的能量方程1-2断面的能量方程：21222122112))((2PvPHHgvpjaj（2-1-1)静压－动压－位压－阻力－1jp2jP221v222v))((12HHga21P当密度差由温差引起时，工程上将此时的位压称为热压43讨论几种情况：（1）竖向开口管道若1、2断面位于进口外和出口处，这时静压均为0，进口流速为0，则：也可以将出口的动压损失视为出口的一种流动局部阻力，则：)2(2))((2~12212pHHga则：(2-1-2)上式表明：流动阻力依靠位压（即重力的作用）克服，流动方向取决于管内外的密度差。以厨房排烟管网为例，当没有开启排风机、且未设防倒流阀，夏季竖井中密度低，室外空气经竖井进入室内；冬季竖井温度高，室内空气进入竖井。2~112))((pHHga44（2）U型管道内的重力流通过列写断面1-D、断面D-2的能量方程，综合后得到：上式表明：进、出口位于相同标高时，流动动力是竖管内的密度差与高差的乘积，与管外大气密度无关。流动方向取决于竖管内密度的相对大小。请分析1、2断面高差不等的情况。2~1211222122122))((pHHg(2-1-2)2~11221))((pHHg若断面1和2分别在进口和出口外，将进口和出口的阻力损失放在Δp1～2中，上式可以简写成：45（3）闭式管道内的重力流将U型管的1、2断面合为一体，形成闭式循环管道，则：上式表明闭式管道内的重力流与进出口断面等高的U型竖管重力流具有相同的水力特征。lpHHg))((1221式中Δpl表示环路阻力。462.1.2气体压力管流水力特征压力管流的能量方程当位压为零而且没有机械动力装置时:2122221122PPvPvjj（2-1-7)定义全压为，则上式变成：22vPPjq2121PPPqq（2-1-8)表明：位压为0的管流中，两断面之间的流动阻力是靠全压差克服的。管段没有外界动力输入时，下游断面的全压低于上游断面。47断面间静压的关系：可以通过改变流速在一定范围内调整静压482.1.3压力和重力综合作用下的气体管流水力特征压力和重力综合作用下的能量方程（2-1-11)2~11221))(()(pHHgppaqq式中：•断面之间的全压差反映压力作用；•位压反映重力作用；•二者综合作用克服流动阻力，维持管内流动。2~11221))(()(pHHgppaqq2~11221))(()(pHHgppaqq2~11221))(()(pHHgppaqq49若压力（Pq1－Pq2）驱动的流动方向与位压一致，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。例如，空调建筑装有排气风机的卫生间排气竖井：冬季在位压的辅助作用下，排气能力明显加强；夏季排气风机除克服竖井的阻力时，还要克服位压，排气能力削弱，尤其是高层建筑。50512.2流体输配管网水力计算的基本原理和方法两种水力计算－设计计算、校核计算目的设计计算：根据要求的流量分配，确定管网的各段管径（或断面尺寸）和阻力。对枝状管外，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。52校核计算：根据已定的动力设备，确定保证流量输配的管道尺寸；或者根据已