供热工程4热水采暖系统的水力计算

LOGOGONG RE GONG CHENGu知识目标：知识目标：u1、熟悉水力计算的基本原理、熟悉水力计算的基本原理；u2、掌握采暖系统水力计算的任务和方法掌握采暖系统水力计算的任务和方法；u3、了解不等温降法热水采暖系统水力计算的方法；、了解不等温降法热水采暖系统水力计算的方法；u4、掌握机械循环热水采暖系统的水力计算的方法和步骤。掌握机械循环热水采暖系统的水力计算的方法和步骤。u能力目标：能力目标：u1、能进行一般室内采暖工程的施工图设计计算；、能进行一般室内采暖工程的施工图设计计算；u2、能熟练使用常用的水力计算图表；、能熟练使用常用的水力计算图表；u3、能运用水力计算的基本原理分析解决工程实际中存在、能运用水力计算的基本原理分析解决工程实际中存在的问题。的问题。123u（1）沿程压力损失）沿程压力损失u 根据达西公式，沿程压力损失可用下式计算根据达西公式，沿程压力损失可用下式计算22dlP y Pa (4-1)单位长度的沿程压力损失，也就是比摩阻单位长度的沿程压力损失，也就是比摩阻R R的计算公式为的计算公式为R22dlPRy Pa/m (4-2)u式中式中 沿程压力损失，沿程压力损失，Pa u 管段的摩擦阻力系数；管段的摩擦阻力系数；u d管子的内径，管子的内径，m；u 流体的密度，流体的密度，kg/m3；u 管中流体的速度，管中流体的速度，ms；u 管段的长度，管段的长度，m。u实际工程计算中，往往已知流量，则公式实际工程计算中，往往已知流量，则公式(5-2)中的流速中的流速v可以用质量流量可以用质量流量G表示表示yPl2290043600dGdG(4-3)u式中式中 G为管段中水的质量流量，为管段中水的质量流量，kgh。u 将式将式(4-3)代入式代入式(4-2)中，经整理后可得中，经整理后可得5281025.6dGR(4-4)附录附录4-1就是按公式就是按公式(4.4)编制的热水采暖系统管道水力计算表。编制的热水采暖系统管道水力计算表。yP查表确定比摩阻查表确定比摩阻R R后，该管段的沿程压力损失后，该管段的沿程压力损失就可确定出来。就可确定出来。RlP y（2）局部压力损失）局部压力损失 局部压力损失可按下式计算局部压力损失可按下式计算22jp(4-5)u式中式中 管段的局部阻力系数之和，见管段的局部阻力系数之和，见附录附录4-2；u 表示表示 =1时的局部压力损失，又叫动压时的局部压力损失，又叫动压头，头，,Pa，见，见附录附录4-3。22dP（3）总损失）总损失任何一个热水采暖系统都是由很多串联、并联的管段组成任何一个热水采暖系统都是由很多串联、并联的管段组成，通常将流量和管径均不改变的一段管路称为一个计算管段，通常将流量和管径均不改变的一段管路称为一个计算管段。各个管段的总压力损失各个管段的总压力损失 应等于沿程压力损失应等于沿程压力损失 与局部与局部压力损失压力损失 之和，即之和，即 PyP （4-6）jP)2()(2RlPPPjyu当量阻力法是在实际工程中的一种简化计算方法。基本原当量阻力法是在实际工程中的一种简化计算方法。基本原理是将管段的沿程损失折合为局部损失来计算，即理是将管段的沿程损失折合为局部损失来计算，即2222ddlldd（4-7）d式中式中 当量局部阻力系数。当量局部阻力系数。d计算管段的总压力损失计算管段的总压力损失 可写成可写成 P2)(22222ddjyPPP(4-8)dzh令令（4-9）式中式中 管段的折算阻力系数管段的折算阻力系数zh22zhP(4-10)将公式（将公式（4-3）代入公式（）代入公式（4-10）中，则有）中，则有242229001GdPzh(4-11)29001422dA 设设（4-12)u管段的总压力损失管段的总压力损失2GAPzh(4-13)附录附录4-4 给出了各种不同管径的给出了各种不同管径的A值和值和/d值。值。附录附录4-5 给出按公式（给出按公式（4-13）编制的水力计算表。）编制的水力计算表。垂直单管顺流式系统立管与干管、支管，支管与散热器垂直单管顺流式系统立管与干管、支管，支管与散热器的连接方式，在图中已规定出了标准连接图式，为了简化的连接方式，在图中已规定出了标准连接图式，为了简化立管的水力计算，可以将由许多管段组成的立管看作一个立管的水力计算，可以将由许多管段组成的立管看作一个计算管段。计算管段。附录附录4-6 给出了单管顺流式热水采暖系统立管组合部件的给出了单管顺流式热水采暖系统立管组合部件的。附录附录4-7 给出了单管顺流式热水采暖系统立管的给出了单管顺流式热水采暖系统立管的 值。值。zhzhu当量长度法是将局部损失折算成沿程损失来计算的一种简当量长度法是将局部损失折算成沿程损失来计算的一种简化计算方法，也就是假设某一段管段的局部压力损失恰好化计算方法，也就是假设某一段管段的局部压力损失恰好等于长度为等于长度为 的某管段的沿程损失，即的某管段的沿程损失，即dl2222dld（4-14）dld式中式中 为管段中局部阻力的当量长度，为管段中局部阻力的当量长度，m。dl管段的总压力损失管段的总压力损失 可写成可写成 PzhdjyRlRlRlPPP(4-15)u式中式中 为管段的折算长度，为管段的折算长度，m。u当量长度法一般多用于室外供热管路的水力计算上。当量长度法一般多用于室外供热管路的水力计算上。zhlu(1)已知各管段的流量和循环作用压力，确定各管段管径。已知各管段的流量和循环作用压力，确定各管段管径。u(2)已知各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用已知各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用压力。压力。u(3)已知各管段管径和该管段的允许压降，确定该管段的已知各管段管径和该管段的允许压降，确定该管段的流量。流量。u2.2.1 最不利环路计算最不利环路计算u(1)最不利环路的选择确定最不利环路的选择确定u采暖系统是由各循环环路所组成的，所谓最不利环路，就采暖系统是由各循环环路所组成的，所谓最不利环路，就是允许平均比摩阻最小的一个环路。可通过分析比较确定，是允许平均比摩阻最小的一个环路。可通过分析比较确定，对于机械循环异程式系统，最不利环路一般就是环路总长对于机械循环异程式系统，最不利环路一般就是环路总长度最长的一个环路。度最长的一个环路。u(2)根据已知温降，计算各管段流量根据已知温降，计算各管段流量hghgttQttQG86.0)(10187.436003（4-16）式中式中 Q各计算管段的热负荷，各计算管段的热负荷，W；系统的设计供水温度，系统的设计供水温度，gt系统的设计回水温度，系统的设计回水温度，。htu(3)根据系统的循环作用压力，确定最不利环路的平均比根据系统的循环作用压力，确定最不利环路的平均比摩阻摩阻pjRlPRpj(4-17)式中式中 最不利环路的平均比摩阻，最不利环路的平均比摩阻，Pa/m；p最不利环路的循环作用压力，最不利环路的循环作用压力，Pa；沿程压力损失占总压力损失的估计百分数，查附录沿程压力损失占总压力损失的估计百分数，查附录4-7确定确定值；值；环路的总长度，环路的总长度，m m。pjRlu(4)根据根据Rpj和各管段流量，查和各管段流量，查附录附录4-1选出最接近的管选出最接近的管径，确定该管径下管段的实际比摩阻径，确定该管径下管段的实际比摩阻R和实际流速和实际流速。u(5)确定各管段的压力损失，进而确定系统总的压力损失。确定各管段的压力损失，进而确定系统总的压力损失。u2.2.2 其它环路计算其它环路计算u其它环路的计算是在最不利环路计算的基础上进行的。应其它环路的计算是在最不利环路计算的基础上进行的。应遵循并联环路压力损失平衡的规律，来进行各环路的计算。遵循并联环路压力损失平衡的规律，来进行各环路的计算。u应用等温降法进行水力计算时应注意：应用等温降法进行水力计算时应注意：u(1)如果系统未知循环作用压力，可在总压力损失之上附如果系统未知循环作用压力，可在总压力损失之上附加加10%确定。确定。u(2)各并联循环环路应尽量做到阻力平衡，以保证各环路各并联循环环路应尽量做到阻力平衡，以保证各环路分配的流量符合设计要求。分配的流量符合设计要求。但各并联环路的阻力做到绝对但各并联环路的阻力做到绝对平衡是不可能的，允许有一个差额，但不能过大，否则会平衡是不可能的，允许有一个差额，但不能过大，否则会造成严重失调。造成严重失调。u(3)散热器的进流系数散热器的进流系数u在单管顺流式热水采暖系统中，如在单管顺流式热水采暖系统中，如图图4-1，两组散热器并，两组散热器并联在立管上，立管流量经三通分配至各组散热。流进散热联在立管上，立管流量经三通分配至各组散热。流进散热器的流量器的流量Gs与立管流量与立管流量 的比值，称为该组散热器的进的比值，称为该组散热器的进流系数流系数，即，即lGlsGG图图4-1 顺流式系统散热器节点顺流式系统散热器节点u在垂直顺流式热水采暖系统中，当散热器单侧连接时，进在垂直顺流式热水采暖系统中，当散热器单侧连接时，进流系数流系数=1.0；当散热器双侧连接时，如果两侧散热器支；当散热器双侧连接时，如果两侧散热器支管管径、长度、局部阻力系数都相等，则进流系数管管径、长度、局部阻力系数都相等，则进流系数=0.5；如果散热器支管管径、长度、局部阻力系数不相等，进流如果散热器支管管径、长度、局部阻力系数不相等，进流系数可查系数可查图图4-2确定。确定。图图4-2 单管顺流式散热器进流系数单管顺流式散热器进流系数u跨越式热水采暖系统中，由于一部分直接经跨越管流入下跨越式热水采暖系统中，由于一部分直接经跨越管流入下层散热器，散热器的进流系数层散热器，散热器的进流系数取决于散热器支管、立管，取决于散热器支管、立管，跨越管管径的组合情况和立管中的流量、流速情况，进流跨越管管径的组合情况和立管中的流量、流速情况，进流系数可查系数可查图图4-3确定。确定。图图4-3 跨越式系统中散热器的进流系数跨越式系统中散热器的进流系数u所谓不等温降的水力计算，就是在单管系统中各立管的温所谓不等温降的水力计算，就是在单管系统中各立管的温降各不相等的前提下进行水力计算。它以并联环路节点压降各不相等的前提下进行水力计算。它以并联环路节点压力平衡的基本原理进行水力计算。这种计算方法对各立管力平衡的基本原理进行水力计算。这种计算方法对各立管间的流量分配，完全遵守并联环路节点压力平衡的水力学间的流量分配，完全遵守并联环路节点压力平衡的水力学规律，能使设计工况与实际工况基本一致。规律，能使设计工况与实际工况基本一致。u进行室内热水采暖系统不等温降的水力计算时，一般从循进行室内热水采暖系统不等温降的水力计算时，一般从循环环路的最远立管开始。环环路的最远立管开始。u（1）首先任意给定最远立管的温降。）首先任意给定最远立管的温降。一般按设计温降增一般按设计温降增加加2-5。由此求出最远立管的计算流量。由此求出最远立管的计算流量Gj。根据该立管。根据该立管的流量，选用的流量，选用R(或或)值，确定最远立管管径和环路末端值，确定最远立管管径和环路末端供、回水干管的管径及相应的压力损失值。供、回水干管的管径及相应的压力损失值。u（2）确定环路最末端的第二根立管的管径。）确定环路最末端的第二根立管的管径。该立管与上该立管与上述计算管段为并联管路。根据已知节点的压力损失述计算管段为并联管路。根据已知节点的压力损失P，选定该立管管径，从而确定通过环路最末端的第二根立管选定该立管管径，从而确定通过环路最末端的第二根立管的计算流量及其计算温度降。的计算流量及其计算温度降。u（3）按照上述方法，由远至近，依次确定出该环路上供、）按照上述方法，由远至近，依次确定出该环路上供、回水干管各管段的管径及其相应附压力损失以及各立管的回水干管各管段的管径及其相应附压力损失以及各立管的管径、计算流量和计算温度降。管径、计算流量和计算温度降。u（4）系统中有多个分支循环环路时，按上述方法计算各）系统中有多个分支循环环路时，按上述方法计算各个分支循环环路。个分支循环环路。计算得出的各循环环路在节点压力平衡计算得出的各循环环路在节点压力平衡状况下的流量总和，一般都不会等于设计要求的总流量，状况下的流量总和，一般都不会等于设计要求的总流量，最后需要根据并联环路流量分配和压降变化的规律，对初最后需要根据并联环路流量分配和压降变化的规律，对初步计算出的各循环环路的流量、温降和压降进行调整。最步计算出的各循环环路的流量、温降和压降进行调整。最后确定各立管散热器所需的面积。后确定各立管散热器所需的面积。u【例题【例题4-1】确定图确定图4-5机械循环垂直单管顺流式热水采机械循环垂直单管顺流式热水采暖系统管路的管径。热媒参数：供水温度暖系统管路的管径。热媒参数：供水温度 =95 =70。系统与外网连接。在引入口处外网的供回水压。系统与外网连接。在引入口处外网的供回水压差为差为30kPa。图。图4-3表示出系统两个支路中的一支路。散表示出系统两个支路中的一支路。散热器内的数字表示散热器的热负荷。楼层高为热器内的数字表示散热器的热负荷。楼层高为3m。gtht图图4-4例题例题4-1的管路计算图的管路计算图u【例题【例题4-3】确定确定图图4-2机械循环垂直单管顺流同程式机械循环垂直单管顺流同程式热水采暖系统管路的管径。热媒参数：供水温度热水采暖系统管路的管径。热媒参数：供水温度 u =95，=70。系统与外网连接。采用允许流速。系统与外网连接。采用允许流速法计算。散热器内的数字表示散热器的热负荷。法计算。散热器内的数字表示散热器的热负荷。gtht图图4-2 同程式系统管路系统图同程式系统管路系统图图图4-3 同程式系统的管路压力平衡分析图同程式系统的管路压力平衡分析图 u本单元介绍了热水采暖系统水力计算的基本原理本单元介绍了热水采暖系统水力计算的基本原理，采暖系，采暖系统水力计算的任务和方法统水力计算的任务和方法，机械循环热水采暖系统的水力，机械循环热水采暖系统的水力计算。计算。u学生在学习过程中应重点掌握机械循环热水采暖系统水力学生在学习过程中应重点掌握机械循环热水采暖系统水力计算的方法、步骤；资料的收集、参数的选择、常用的水计算的方法、步骤；资料的收集、参数的选择、常用的水力计算图表的运用，可结合供热课程设计进行热水采暖系力计算图表的运用，可结合供热课程设计进行热水采暖系统的水力计算训练，以达到学以致用的目的。统的水力计算训练，以达到学以致用的目的。LOGO