流体输配管网课后答案第三版.pdf

第 1 章 流体输配管网的类型与装置 1-1 认真观察 13个不同类型的流体输配管网，绘制出管网系统轴测图。结合第一章学习的知识，回答以 下问题： （ 1）该管网的作用是什么？ （ 2）该管网中流动的流体是液体还是气体？还是水蒸气？是单一的一种流体还是两种流体共同流动？或者 是在某些地方是单一流体，而其他地方有两种流体共同流动的情况？如果有两种流体，请说明管网不同位 置的流体种类、哪种流体是主要的。 （ 3）该管网中工作的流体是在管网中周而复始地循环工作，还是从某个（某些）地方进入该管网，又从其 他地方流出管网？ （ 4）该管网中的流体与大气相通吗？在什么位置相通？ （ 5）该管网中的哪些位置设有阀门？它们各起什么作用？ （ 6）该管网中设有风机（或水泵）吗？有几台？它们的作用是什么？如果有多台，请分析它们之间是一种 什么样的工作关系（并联还是串联）？为什么要 让 它们 按照这 种关系共同工作？ （ 7）该管网与 你所了解 的其他管网（或其他同 学绘制 的管网）之间有哪些共同 点 ？哪些不同 点 ？ 答：选取教材 中 3个系 统图 分析如 下表： 图号 图 1-1-2 图 1-2-14（ a） 图 1-3-14(b) 问 （ 1） 输配空 气 输配生活给 水 生活污 水、 废 水 排放 问 （ 2） 气体 液体 液体、气体多相流，液 体为主 问 （ 3） 从一个地方流入管 网，其他地方流出管 网 从一个地方流入管网，其 他地方流出管网 从一个地方流入管网， 其他地方流出管网 问 （ 4） 入 口 1及 出 口 5与大 气相通 末端 水 龙头 与大气相通 顶端 通气 帽 与大气相 通 问 （ 5） 通 常 在风机进出 口 附近及 各 送 风 口处 设置阀门，用 于调节 总送 风 量及 各 送 风 口 风 量 各 立 管 底部 、水泵进出 口 及整 个管网 最低处 设有阀 门， 便于调节 各管 段 流 量 和检修时 关 断 或 排 出管网 内存 水 无 阀门 问 （ 6） 1台风机，为 输送空 气 提供 动 力 1台水泵，为管网 内生活给 水 提供 动 力 无 风机、 无 水泵 问 （ 7） 与 燃 气管网相 比 ，流 体 介质均 为气体， 但 管网中设 施 不同。 与 消防给 水管网相 比 ，流 体 介质均 为液体， 但生活 给 水管网中 末端 为水 龙 头 ， 消防给 水管网 末端 为 消火栓 。 与气 力输送 系 统 相 比 ， 都 是多相流管网， 但 流 体 介质 的种类 及性质 不同。 说明 ：本题仅供参考 ，同 学可根据实际观察 的管网进 行阐述 。 1-2 绘制自己居住建筑的给排水管网系统图。 答：参考给 水 排 水系 统图 如 下： 1-3 流体输配管网有哪些基本组成部分？各有什么作用？ 答： 流体 输配 管网的 基 本 组成 部 分 及 各 自 作用如 下表： 组成 管 道 动 力 装 置 调节 装 置 末端 装 置 附 属 设 备 作用 为流体流动 提供 流 动 空 间 为流体流动 提供 需 要的动 力 调节 流 量 ， 开启 /关 闭 管 段内 流体的流 动 直接使 用流体，是流 体 输配 管网 内 流体 介 质 的 服务对象 为管网 正 常 、 安全 、 高效 地工作 提供 服 务 。 1-4 试比较气相、液相、多相流这三类管网的异同点。 答： 相同 点： 各类管网 构造上 一 般 都 包括 管 道 系 统 、动 力 系 统 、 调节 装 置、 末端 装 置 以 及 保证 管网 正 常 工 作的其它 附 属 设 备 。 不同 点： 各类管网的流动 介质 不同 ； 管网 具 体 型式 、 布 置方 式等 不同 ； 各类管网中动 力 装 置、 调节 装 置 及末端 装 置、 附 属 设 施 等 有些不同。 说明 随着课程 的进一 步深 入，还 可 以 总 结 其它 异 同 点 ，如 ： 相同 点： 各类管网中工 质 的流动 都 遵 循流动 能 量 方 程； 各类管网水 力 计算思路基 本 相同 ； 各类管网 特 性 曲线 都可 以 表 示成 P=SQ 2 +Pst； 各类管网中流动 阻 力 之 和都 等 于 动 力 之 和 ， 等等 。 不同 点： 不同管网中 介质 的流 速 不同 ； 不同管网中水 力 计算 的 具 体要 求 和 方 法 可 能 不同 ； 不同管网系 统 用 计算 机分析 时 其 基础数 据输 入不同， 等等 。 1-5 比较开式管网与闭式管网、枝状管网与环状管网的不同点。 答： 开式 管网 ： 管网 内 流动的流体 介质 直接 与大气相 接触 ， 开式 液体管网水泵 需 要 克服高度引 起的 静 水 压 头 ， 耗能较 多。 开式 液体管网 内 因 与大气 直接接触 ， 氧化腐蚀 性比 闭式 管网 严重 。 闭式 管网 ： 管网 内 流动的流体 介质 不 直接 与大气相通， 闭式 液体管网水泵一 般 不 需 要 考 虑高度引 起的 静 水 压 头 ， 比 同 规模 的 开式 管网 耗能少 。 闭式 液体管网 内 因 与大气 隔离 ， 腐蚀 性 主要是 结垢 ， 氧化腐蚀 比 开式 管网 轻微 。 枝状 管网 ： 管网 内 任意 管 段内 流体 介质 的流 向 都 是 唯 一 确定 的 ； 管网 结构 比 较 简 单， 初投资 比 较 节 省 ； 但 管网某 处 发 生 故障 而 停运 检修时 ，该 点 以 后 所 有用 户 都 将停运 而 受影响 。 环 状 管网 ： 管网某管 段内 流体 介质 的流 向 不 确定 ， 可 能 根据实际 工况 发 生 改变 ； 管网 结构 比 较 复 杂 ， 初投 资 较 节 枝状 管网大 ； 但 当 管网某 处 发 生 故障停运 检修时 ，该 点 以 后 用 户 可 通 过令 一方 向 供 应 流体， 因 而 事 故影响范围小 ，管网 可 靠 性比 枝状 管网 高 。 1-6 按以下方面对建筑环境与设备工程领域的流体输配管网 进行 分类。对 每种 类型的管网，给出一个 在 工程 中应 用的 实例 。 （ ）管 内 流动的 介质 ； （ ）动 力 的 性质 ； （ ）管 内 流体与管 外 环 境 的关系 ； （ ）管 道 中流体流动方 向 的 确定 性 ； （ ） 上 下 级 管网之间的水 力 相关 性 。 答： 流体 输配 管网分类如 下表： 问题 编 号 类 型 及 工 程 应 用 例子 （ 1） 按 流体 介质 气体 输配 管网 ： 如 燃 气 输配 管网 液体 输配 管网 ： 如 空调 冷热 水 输配 管网 汽 -液两相流管网 ： 如蒸 汽采暖 管网 液 -气两相流管网 ： 如 建筑 排 水管网 气 -固 两相流管网 ： 如气 力输送 管网 （ 2） 按 动 力性质 重 力 循环管网 ： 自 然 通风系 统 机 械 循环管网 ： 机 械 通风系 统 （ 3） 按 管 内 流体与管 外 环 境 的 关系 开式 管网 ： 建筑 排 水管网 闭式 管网 ： 热 水 采暖 管网 （ 4） 按 管 内 流体流 向 的 确定 性 枝状 管网 ：空调送 风管网 环 状 管网 ： 城市 中 压 燃 气环 状 管网 （ 5） 按 上 下 级 管网的水 力 相关 性 直接 连 接 管网 ： 直接 采 用 城市区域锅炉房 的 热 水 采暖 管网，如 图 1-3-4， a,b,d,e,f 间 接 连 接 管网 ： 采 用 换热器加热热 水的 采暖 管网，如 图 1-3-4， c,g,h. 第 2 章 气体管流水力特征与水力计算 2-1 某 工程 中 的 空调送风 管网， 在计算时可否忽略位压 的作用？ 为 什么？ （提 示 ： 估计位压 作用的 大小 ，与 阻力损失进行 比较。 ） 答： 民 用 建筑 空调送 风 温 度 可取 在 1535 （ 夏季 冬季 ）之间， 室 内 温 度 可取 在 2520 （ 夏季 冬季 ）之间。 取 20 空 气 密 度 为 1.204kg/m 3 ,可 求 得 各 温 度 下 空 气的 密 度 分 别 为 ： 15 ： = =1.225 kg/m 3 35 ： = =1.145 kg/m 3 25 ： = =1.184 kg/m 3 因 此 ： 夏季 空调送 风与 室 内空 气的 密 度 差 为 1.225-1.184=0.041kg/m 3 冬季 空调送 风与 室 内空 气的 密 度 差 为 1.204-1.145=0.059kg/m 3 空调送 风管网 送 风 高 差 通 常 为 楼层层 高 ， 可取 H=3m， g=9.807 N/m.s 2 ,则 夏季 空调送 风位 压 =9.807 0.041 3=1.2 Pa 冬季 空调送 风位 压 =9.807 0.059 3=1.7 Pa 空调送 风系 统末端 风 口 的 阻 力 通 常 为 1525Pa， 整 个 空调送 风系 统总 阻 力 通 常 也 在 100300 Pa之间。 可 见 送 风位 压 的作用与系 统 阻 力 相 比 是 完 全 可 以 忽略 的。 但 是有的 空调 系 统送 风 集 中 处 理 ， 送 风 高 差 不是 楼层 高度 ，而是 整 个 建筑 高度 ， 此 时 H可 达 50米 以上 。 这 种情况 送 风位 压 应 该 考 虑 。 2-2 如 图 2-1-1 是某地 下工程 中 设备的 放置情况 ， 热表示 设备 为发热物 体， 冷 表示 设备 为常温物 体。 为 什么 热 设备的 热量和地 下 室内污浊 气体不 能 较 好地散 出 地 下 室 ？ 如何改进 以 利于地 下 室 的 散热和污浊 气体的 消除 ？ 图 2-1-1 图 2-1-2 图 2-1-3 图 2-1-4 答： 该 图可 视 为一 U 型 管 模型 。 因 为两 侧竖井 内空 气 温 度 都 受热源影响 ， 密 度 差 很 小 ，不 能 很好 地 依 靠 位 压 形 成 流动， 热 设 备 的 热 量和污 浊 气体 也 不 易 排 出地 下 室 。 改 进的方 法 有多种 ： （ 1） 将冷 、 热 设 备 分 别 放 置 于 两 端 竖井 旁 ， 使 竖井 内空 气 形 成较 明 显 的 密 度 差 ，如 图 2-1-2 ； （ 2）在 原 冷 物 体间 再另掘 一通风 竖 井 ，如 图 2-1-3 ； （ 3）在不 改变 原 设 备 位置 和 另增 竖井 的 前 提下 ， 采 用机 械 通 风方 式 ， 强 制 竖井 内空 气流动， 带走 地 下 室 内 余 热 和污 浊 气体，如 图 2-1-4 。 2-3 如 图 2-2 ，图 中 居 室内为 什么 冬季白天感觉 较 舒适而夜间感觉 不 舒适 ？ 图 2-2 答： 白天太阳辐射 使 阳 台 区 空 气 温 度上 升 ， 致 使 阳 台 区 空 气 密 度 比 居 室 内空 气 密 度 小 ， 因 此 空 气从 上 通风 口 流入 居 室 内 ，从 下 通风 口 流出 居 室 ， 形 成 循环。 提 高 了 居 室 内 温 度 ， 床 处于 回 风 区 附近 ，风 速 不明 显 ， 感觉舒适 ； 夜晚阳 台 区温 度 低 于 居 室 内 温 度 ， 空 气流动方 向 反 向 ， 冷 空 气从 下 通风 口 流入， 床 位 于送 风 区 ， 床 上 的 人 有 比 较 明 显 的 吹 冷 风 感 ， 因 此 感觉 不 舒适 。 2-4 如 图 2-3 是某高层 建筑 卫生间通风示意 图。试分 析冬夏季机械动力和热 压之间 的作用 关 系。 图 2-3 答： 冬季室外 空 气 温 度 低于 通风 井 内空 气 温 度 ， 热 压使 通风 井 内空 气 向 上 运 动， 有 利 于 气体的 排 除 ， 此 时 热 压 增 加 了 机 械 动 力 的通风 能 力 ； 夏季室外 空 气 温 度 比 通风 竖井 内空 气 温 度高 ， 热 压使 用通风 井 内空 气 向 下 流动， 削弱 了 机 械 动 力 的通 风 能 力 ，不 利 于 卫 生 间 排 气。 2-5 简述实现均匀送风 的 条件 。 怎 样 实现 这些 条件 ？ 答：根据教材 推导 式 （ 2-3-21） 式 中 送 风 口 计算 送 风 量 ， m 3 /h； 送 风 口 流 量 系 数； 送 风 口 孔 口 面积 ， m 2 ； 送 风管 内 静压 ， Pa； 送 风 密 度 ， kg/m 3 。 从该 表 达 式 可 以 看 出，要 实 现 均 匀 送 风， 可 以 有 以 下 多种方 式 ： （ 1） 保 持 送 风管 断 面积 F和 各 送 风 口 面积 不 变 ， 调整 各 送 风 口 流 量 系 数 使 之 适 应 的 变 化 ， 维持 不 变 ； （ 2） 保 持 送 风各 送 风 口 面积 和 各 送 风 口 流 量 系 数 不 变 ， 调整送 风管的 面 积 F， 使 管 内 静压 基 本 不 变 ， 维持 不 变 ； （ 3） 保 持 送 风管的 面积 F和 各 送 风 口 流 量 系 数 不 变 ， 根据 管 内 静压 的 变 化 ， 调整 各 送 风 口 孔 口 面积 ， 维持 不 变 ； （ 4） 增 大 送 风管 面积 F， 使 管 内 静压 增 大，同 时 减 小 送 风 口 孔 口 面积 ， 二 者的 综合 效 果是 维持 不 变 。 实际 应 用中，要 实 现 均 匀 送 风，通 常 采 用 以上 第 （ 2）中种方 式 ， 即 保 持 了 各 送 风 口 的同一 规 格 和 形 式 （有 利 于 美 观和调节 ），又 可 以 节 省 送 风管的 耗 材 。 此 时 实 现 均 匀 送 风的 条件就 是 保证 各 送 风 口 面积 、 送 风 口 流 量 系 数 、 送 风 口处 管 内 静压 均 相 等 。要 实 现 这 些 条件 ， 除 了 满足 采 用同种 规 格 的 送 风 口 以 外 ， 在 送 风管的设 计上 还 需 要 满足 一 定 的 数 量 关系， 即 任意 两 送 风 口 之间动 压 的 减 少 等 于 该两 送 风 口 之间的流动 阻 力 ， 此 时 两 送 风 口 出管 内 静压 相 等 。 2-6 流体输配管网水 力计算 的 目 的 是 什么？ 答： 水 力 计算 的 目 的 包括 设 计 和 校核 两类。一是 根据 要 求 的流 量 分 配 ， 计算 确定 管网各管 段 管 径 （或 断 面尺寸 ）， 确定 各管 段 阻 力 ， 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 号和 动 力消 耗 （设 计计算 ） ； 或者是 根据 已 定 的动 力 设 备 ， 确定 保证 流 量 分 配 要 求 的管网 尺 寸 规 格 （ 校核 计算 ） ； 或者是 根据 已 定 的动 力 情况 和 已 定 的管网 尺寸 ， 校核 各管 段 流 量 是 否满足 需 要的流 量 要 求 （ 校核 计算 ）。 2-7 水 力计算 过 程 中 ， 为 什么 要 对 并联 管 路 进行阻力 平衡 ？ 怎 样 进行 ？ “所 有 管网的 并联 管 路 阻力 都 应 相 等” 这 种 说法 对 吗 ？ 答： 流体 输配 管网 对 所输送 的流体在 数 量 上 要 满足 一 定 的流 量 分 配 要 求 。管网中 并联管 段 在 资 用动 力 相 等 时 ，流动 阻 力 也 必 然 相 等 。为 了 保证 各管 段 达 到 设 计 预 期 要 求 的流 量 ，水 力 计算 中 应 使 并联管 段 的 计算阻 力 尽 量 相 等 ，不 能 超 过 一 定 的 偏 差范围 。如果并联管 段 计算阻 力 相 差 太 大，管网 实际 运 行 时 并联管 段 会 自 动 平 衡 阻 力 ， 此 时 并联管 段 的 实际 流 量 偏 离 设 计 流 量 也 很 大，管网 达 不 到 设 计 要 求 。 因 此 ，要 对 并联管 路 进 行阻 力 平衡 。 对 并联管 路 进 行阻 力 平衡 ， 当采 用 假 定 流 速法 进 行 水 力 计算 时 ，在 完 成 最 不 利 环 路 的水 力 计算 后 ， 再 对 各并联 支 路 进 行 水 力 计算 ，其 计算阻 力和最 不 利 环 路上 的 资 用 压 力 进 行 比 较 。 当 计算阻 力 差 超 过 要 求 值 时 ，通 常 采 用 调整 并联 支 路 管 径 或 在并联 支 路上 增 设 调节 阀的 办 法 调整 支 路阻 力 ， 很 少 采 用 调整 主 干 路 （ 最 不 利 环 路 ） 阻 力 的方 法 ， 因 为主 干 路 影响 管 段比 支 路 要多。并联管 路 的 阻 力 平衡 也 可 以 采 用 压 损平 均 法 进 行 ：根据最 不 利 环 路上 的 资 用 压 力 ， 确定 各并联 支 路 的 比 摩 阻 ， 再 根据 该 比 摩 阻 和 要 求 的流 量 ， 确定 各并联 支 路 的管 段 尺寸 ， 这 样 计算 出的各并 联 支 路 的 阻 力和 各 自 的 资 用 压 力 基 本 相 等 ， 达 到 并联管 路 的 阻 力 平衡 要 求 。 “ 所 有管网的并联管 路阻 力都 应 相 等 ” 这 种说 法 不 对 。在 考 虑重 力 作用 和 机 械 动 力 同 时 作用的管网中，两并联管 路 的流动 资 用 压 力可 能 由 于 重 力 重 用而不 等 ，而 并联管 段 各 自 流动 阻 力 等 于 其 资 用 压 力 ， 这 种情况 下 并联管 路阻 力 不相 等 ，其 差 值 为 重 力 作用在该并联管 路上 的作用 差 。 2-8 水 力计算 的基本 原理 是 什么？流体输配管网水 力计算大 都 利 用各 种 图 表进 行 ，这些图 表为 什么不统一？ 答： 水 力 计算 的 基 本 原 理 是流体一 元 流动 连 续 性 方 程 和 能 量 方 程 ， 以 及 管 段 串联、 并联的流动 规 律 。流动动 力 等 于 管网 总 阻 力 （ 沿 程阻 力 +局 部 阻 力 ）、 若 干 管 段 串联 和 的 总 阻 力 等 于 各串联管 段 阻 力 之 和 ，并联管 段 阻 力 相 等 。用 公 式 表 示 即 ： 串联管 段： G1=G2= =Gi 并联管 段： G1+G2+ +Gi = G 流动 能 量 方 程 ： （ Pq1 Pq2） +g( a )(H2 H1)= P1-2 流动动 力 等 于 管网 总 阻 力 管网 总 阻 力 等 于 沿 程阻 力 +局 部 阻 力 流体 输配 管网水 力 计算 大 都 利 用各种 图表 进 行 ， 这 些 图表 为什么不 统 一的 原 因 是 各类流体 输配 管网 内 流动 介质 不同、管网 采 用的 材 料 不同、管网 运 行 是 介质 的流 态 也 不同。而流动 阻 力 （ 尤 其是 沿 程阻 力 ） 根据 流 态 不同 可 能 采 用不同的 计算 公 式 。 这 就 造成 了 水 力 计算 时 不 能 采 用 统 一的 计算 公 式 。各种水 力 计算 的 图表 是为 了 方 便 计算 ， 减 少 烦琐 、 重 复的 计算 工作， 将 各水 力 计算 公 式 图表 化 ， 便于 查 取 数 据 ， 由 于 各类流体 输配 管网水 力 计算 公 式 的不 统 一， 当然 各水 力 计算 图表 也 不 能 统 一。 2-9 比较 假定 流 速法 、 压损 平 均 法 和 静 压 复得法 的 特 点 和适 用 情况 。 答： 假 定 流 速法 的 特 点 是 先 按照 合 理 的 技术经济 要 求 ， 预 先 假 定 适 当 的管 内 流 速； 在 结 合 各管 段输送 的流 量 ， 确定 管 段 尺寸 规 格 ； 通 常 将 所选 的管 段 尺寸 按照 管 道 统 一 规 格 选 用 后 ， 再 结 合 流 量 反 算 管 段内实际 流 速； 根据实际 流 速 （或流 量 ） 和 管 段 尺寸 ， 可 以计算 各管 段实际 流动 阻 力 ，进而 可 确定 管网 特 性 曲线 ， 选 定 与管 网相 匹 配 的动 力 设 备 。 假 定 流 速法 适 用 于 管网的设 计计算 ，通 常 已 知 管网流 量 分 配 而管网 尺寸 和 动 力 设 备 未知 的情况。 压 损平 均 法 的 特 点 是 根据 管网（管 段 ） 已 知 的作用 压 力 （ 资 用 压 力 ）， 按所 计算 的管 段 长 度 ， 将 该 资 用 压 力 平 均 分 配 到 计算 管 段 上 ， 得 到 单位管 长 的 压 力 损 失 （ 平 均比 摩 阻 ） ； 再 根据 各管 段 的流 量和 平 均比 摩 阻 确定 各管 段 的管 道 尺寸 。 压 损平 均 法 可 用 于 并联 支 路 的 阻 力 平衡 计算 ， 容 易 使 并联管 路 满足 阻 力 平衡 要 求 。 也 可 以 用 于 校核 计算 ， 当 管 道 系 统 的动 力 设 备型 号和 管 段 尺寸已 经 确定 ， 根据 平 均比 摩 阻 和 管 段 尺寸校核 管 段 是 否满足 流 量 要 求 。 压 损平 均 法 在环 状 管网水 力 计算 中 也 常常 应 用。 静压 复 得 法 的 特 点 是通 过改变 管 段断 面 规 格 ，通 常 是 降 低 管 内 流 速 ， 使 管 内 流动 动 压 减 少 而 静压 维持 不 变 ，动 压 的 减 少 用 于 克服 流动的 阻 力 。 静压 复 得 法 通 常 用 于均 匀 送 风系 统 的设 计计算 中。 2-10为何天 然 气管网水 力计算 不 强 调 并联支路 阻力 平衡 ？ 答： 天 然 气管网水 力 计算 不 强 调 并联 支 路阻 力 平衡 ， 可 以 从 以 下 方 面 加 以 说明 ： （ 1） 天 然 气 末端 用气设 备 如 燃 气 灶 、 热 水 器 等阻 力 较 大，而 燃 气 输配 管 道阻 力 相 对较 小 ， 因 此 各并联 支 路阻 力 相 差 不大， 平衡 性 较 好 ； （ 2） 天 然 气管网一 般 采 用 下供 式 ， 最 不 利 环 路 是 经 过 最底 层 的环 路 。 由 于附 加 压 头 的 存 在， 只 要 保证 最 不 利 环 路 的 供 气， 则 上 层 并联 支 路 也 一 定 有气 ； （ 3）各并联 支 路 在 燃 气的 使 用 时 间 上 并 非 同 时 使 用，并 且 使 用 时 也 并 非 都 在 额 定 流 量 工况 下 使 用，其流 量可 以 通 过 用 户 末端 的 旋塞 ，阀门 等 调节 装 置 根据 需 要 调节 。 签 于 以上 原 因 ， 天 然 气管网 无 需 强 调 并联 支 路 的 阻 力 平衡 。 2-11 如 图 2-4 所 示 管网，输 送 含谷 物 粉尘 的 空 气， 常温 下 运 行 ，对 该 管网 进 行 水 力计算 ， 获得 管网 特性曲线 方程。 图 2-4 答： 1.对 各管 段 进 行 编 号 ， 标 出管 段 长 度 和 各 排 风 点 的 排 风 量 。 2.选 择 最 不 利 环 路 ， 本题 确定 1-3-5 除 尘 器 6 风机 7 为 最 不 利 环 路 。 3.根据表 2-3-3 输送 含 有 谷 物 粉尘 的 空 气 时 ，风管 内最 小 风 速 为 垂 直 风管 10m/s ，水 平 风管 12m/s ， 考 虑 到除 尘 器 及 风管 漏 网， 取 5% 的 漏 网系 数 ，管 段 6 及 7 的 计算 风 量： 5500 1.05=5775m3/s=1.604m3/s 。管 段 1，有水 平 风管， 确定 流 速 12m/s， Q1=1000m 3 /h(0.28m 3 /s)， 选 D1=180mm， 实际 流 速 V1=11.4m/s， 查 Rm1=90Pa/m， Pd= V 2 /2=1.2 11.4 2 /2=78.0Pa。同 理 可 查 管 段 3、 5、 6、 7的管 径 及比 摩 阻 ，并 计算 动 压 及 摩 擦 阻 力 ， 结 果 见 水 力 计算 表 。 4 确定 管 断 2、 4的管 径 及 单位 长 度 摩 擦 力 ， 结 果 见 水 力 计算 表 。 水 力 计算 表 管 段 编 号 流 量 m 3 /h (m 3 /s) 长 度 l(m) 管 径 D (mm) 流 速 V (m/s) 动 压 Pd (Pa) 局 部 阻 力 系 数 局 部 阻 力 P1(Pa) 单位 长 度 摩 擦 阻 力 Rm (Pa/m) 摩 擦 阻 力 Rm(Pa) 管 段 阻 力 Rml+P1(Pa) 备 注 1 1000 (0.28) 15 180 11.4 78.0 1.37 106.86 9.0 135 241.9 3 3500 (0.972) 6 320 12.32 91.1 -0.05 -4.86 5.5 33 28.4 5 5500 (1.53) 5 400 12.36 91.7 0.6 55.02 4.2 21 76.0 6 5775 (1.604) 8 450 10.22 62.7 0.47 29.47 2.0 16 45.5 7 5775 (1.604) 10 450 10.22 62.7 0.6 37.62 2.0 20 57.6 2 2500 (0.694) 10 300 10.0 60.0 0.58 34.8 3.8 38 72.8 阻 力 不 平 衡 4 2000 (0.556) 8 260 10.7 68.7 1.41 96.87 4.8 38.4 135.3 阻 力 不 平 衡 除 尘 器 1000 2 240 21.3 272.2 196.3 4 220 14.6 128.4 222.5 5 从 阻 力 平衡 ， 暖 通设 计 手册 等 资 料查名 管 段 的 局 部 阻 力 系 数 （ 简 明通风设 计 手册 ）。 （ 1）管 段 1 设 备 密 闭 罩 =1.0， 90弯 头 (R/D=1.5)一个， =0.17， 直 流 三 通， 根据 F1+F2=F3， =30 ， F2/F3=（ 300/320） 2 =0.88， Q2/Q3=2500/3500=0.714， 查 得 1,3=0.20， 1=1.0+0.17+0.20=1.37， P1= Pd=106.86Pa。 （ 2）管 段 2 圆 形 伞 形 罩 ， =60 ， 13=0.09， 90弯 头 （ R/D=1.5）一个， =0.17， 60弯 头 （ R/D=1.5） 1个， =0.14， 合 流 三 通 2,3=0.18， 2=0.09+0.17+0.14+0.18=0.58。 （ 3）管 段 3 直 流 三 通 F3+F4 F5， 2=30， F4/F5=（ 260/400） 2 =0.423， Q4/Q5=2000/5500=0.36， 35=-0.05， =-0.05。 （ 4）管 段 4 设 备 密 闭 罩 =1.0， 90弯 头 （ R/D=1.5） 1个， =0.17， 合 流 三 通 45=0.24， =1.0+0.17+0.24=14.1。 (5)管 段 5 除 尘 器 进 口 变 径 管 (断 扩 管 )， 除 尘 器 进 口 尺寸 300 800mm， 变 径 管 长 度 L=500mm， ， =21.8 ， =0.60， =0.60。 说明 除 尘 器 出入 口及 风机出入 口 尺寸 为 参考 尺寸 ， 根据所选 设 备具 体 尺寸 定 。 （ 6）管 段 6 除 尘 器 出 口 变 径 管（ 断 缩 管）， 除 尘 器 出 口 尺寸 300mm 80mm，变 径 管 长 度 l=400m， ， =23.6 ， =0.1， 90弯 头 （ R/D=1.5） 2个， =2 0.17=0.34。 风机进 口 渐扩 管， 按 要 求 的 总 风 量和 估 计 的管网 总 阻 力 先 近 似 选 出一台风机，风 机进 口 直 径 D1=500mm， 变 径 管 长 度 L=300mm。 F5/F6=（ 500/450） 2 =1.23， ， =4.8 ， =0.03， =0.1+0.34+0.03=0.47。 （ 7）管 段 7 风机出 口 渐扩 管，风机出 口 尺寸 410 315mm， D7=420mm， F7/F出 = D 2 /（ 410 315 4） =1.07， =0。 带 扩散 管的 平形 风 帽 （ h/D0=0.5）， =0.60， =0.60。 6 计算 各管 段 的 沿 程 摩 擦 阻 力和 局 部 阻 力 ， 结 果如水 力 计算 表 。 7 对 并联管 路 进 行阻 力 平衡 。 (1)汇 合 点 A， P1=241.9Pa， P2=72.8Pa， 为 使 管 段 1.2达 到 阻 力 平衡 ， 改变 管 段 2的管 径 ， 增 大其 阻 力 。 根据 通风管 道 流 规 格 取 D2 =240mm，其 对 应 压 力 ， 仍 不 平衡 ， 若 取 管 径 D2 =220mm， 对 立 阻 力 为 288.9Pa更 不 平衡 。 因 此 决 定 取 D2=240mm，在 运 行对 再 辅 以 阀门 调节 ， 削除 不 平衡 。 (2)汇 合 点 B， P1+ P3=241.9+28.4=270.3Pa， P4=135.3Pa， 为 使 管 段 1.2达 到 阻 力 平衡 ， 改变 管 段 4的管 径 变 成 ， 取 D4 =220mm， ，与 1,3管 段 平衡 。 8 计算 系 统 的 总 阻 力 ， 获 得 管网 扬 程曲线 。 P= （ Rml+Pl） =241.9+28.4+76.0+45.5+57.6+1000=1449.4Pa S= P/Q2=1450/1.604 2 =5633.6kg/m 7 管网 特 性 曲线 为 P=563.6Q 2 Pa 2-12 试作 如 图 所 示室内天 然 气管 道 水 力计算 ， 每 户额定 用气 量 1.0Nm 3 /h，用 气设备 为 双眼燃 气 灶 。 解： 1） 确定 计算 流 量 画 出管 道 系 统图 ，在系 统图 上对计算 管 段 进 行 编 号 ， 凡 管 径 变 化 或流 量 变 化 均 编 号 。 第 j管 道计算 流 量 用 下 式计算 。 式 中 Lj j管 道计算 流 量 ， Nm 3 /h； k 燃 具 的同 时 工作系 数 ， 可 从 燃 气工 程 设 计 手册查 取 ； Lj第 i种 燃 具 的 额 定 流 量 ， Nm 3 /h； Ni 管 道 负担 的 i种 燃 具数 目 。 图 2-5 计算结 果 列 于下表 。 流量计算表 管 段号 12 23 34 45 56 67 109 98 86 1110 1211 燃 具数 N 1 1 1 2 3 6 1 2 3 1 1 额 定 流 量 LiNi(Nm 3 /h) 1 1 1 2 3 6 1 2 3 1 1 同 时 工作系 数 k 1 1 1 1.0 0.85 0.64 1 1.0 0.85 1 1 计算 流 量 Lj(Nm 3 /h) 1 1 1 2 2.55 3.84 1 2 2.55 1 1 2） 确定 各管 段 的 长 度 Lj， 标 在 图 上 。 3） 根据 计算 流 量 ， 初 步 确定 管 径 ，并 标 于 系 统图 上 。 4） 算 出各管 段 的 局 部 阻 力 系 数 ， 求 出其 当 量 长 度 ， 即 可 得 管 段 的 计算 长 度 。 管 段 12 直 角弯 头 3个 =2.2 旋塞 1个 =4 =2.2 3+4 1=10.6 计算 雷诺 数 Re 计算 摩 擦 阻 力 系 数 当 量 长 度 l2 管 段 计算 长 度 l12=2.6+4.2=6.8m 5） 计算 单位管 长 摩 擦 阻 力 6）管 段 阻 力 P 7）管 段 位 压 ， 即 附 加 压 头按 （ 2-1-1） 式 8）管 段实际 压 力 损 失 其它管 段 计算 方 法 同， 结 果 列 于燃 气管 道 水 力 计算 表 。 2-13 如 图 2-7所 示 建筑， 每层 都需供 应 燃 气。试分 析 燃 气管 道 的 最 不 利 环 路 及 水 力计算 的 关 键 问题。 图 2-7 答：最 不 利 环 路 是从 小区 燃 气 干 管 引 入 至 最底 层 （ -54.000m）用 户 的 向 下 环 路 。 水 力 计算 关 键 要 保证 最 不 利 环 路 的 供 气 能 力和 上 部 楼层 的用气 安全 ， 确 保 燃 气有 充 分的 压 力 克服 最 不 利 环 路 的 阻 力和燃 气用 具 出 口 压 力 需 要，同 时 保证 最 上 层 环 路 由 于 对 加 压 头 积 累 ， 燃 气 压 力 不 超 过 设 备 承 压以 致 泄漏 ， 由 于 楼层 较 多， 附 加 压 头 作用明 显 ，为 保证高 峰负荷 时 各 层 的用气，水 力 计算 应 适 当 考 虑 环 路 的 阻 力 平衡 问题 。 2-14 某大 型 电站 地 下 主厂房 发 电 机层（如 图 ） 需 在 拱顶 内 设 置 两根 相同的 矩 形 送风 管 进行均匀送风 ， 送风温 度 20 。试设 计 这 两根 风 管。设 计条件 ： 总 送 风量 60 10 4 m 3 /h， 每 根 风 管 风 口 15个， 风 口 风 速 8m/s， 风 口 间 距 16.5m。 图 2-8 解： 1. 总 风 量 为 ： 60 10 4 m 3 /h 则 每 个风 口 风 量 m 3 /h 侧 孔面积 m 2 侧 孔 静压 流 速 （流 量 系 数 取 0.6） 侧 孔 处 静压 Pa 2 按 的 原 则 ， 求 出 第 一 侧 孔前 管 道 断 面积 与 假 定 断 面 1处 管 内空 气流 速 7m/s 则 arctg1.9=62 出流 角 =62 （ 断 面 1处 动 压 Pa） 断 面 1处 全压 Pa 断 面 1处断 面积 m 2 设 计 矩 形 风管 成 5000 2400的 规 格 ， 实际 F1=12m 2 ， 实际 V1=6.9m/s， Pd1=28.6Pa， Pq1=106.1+28.6=134.7， m。 3 计算 侧 孔 1-2阻 力 ， 确定 2-3管 道规 格 ，风 量 28 10 3 m 3 /h， 近 似 取 Dv1=3240mm 作为 1-2的 平 均 流 速 当 量 直 径 。 查 表 Rm=0.12Pa/m， Py=0.12 22.5=2.7Pa， 局 部 阻 力 （ 忽略变 径 管 阻 力 ）， 侧 孔 出流 =0.083，（ ， 1 2， 。 断 面 2处 全压 Pq2=134.7-5.1=129.6Pa 断 面 2处 动 压 Pd2=129.6-106.1=23.5Pa 实际 m/s， m 2 与 F1=11.9m 2 相 差 不大， 可近 似 取 F2与 F1相同管 道规 格 ， 即 2-3仍 取 5000 2400mm。 4 计算 2-3阻 力 ，确定 3-4规 格 ，风 量 26 10 4 m 3 /h， Dv=3240mm， m/s， 查 表 Rm=0.05Pa/m， Py=16.5 0.05=0.83Pa。 局 部 阻 力： 侧 孔 出流 ， =0.08， 考 虑 管 道 变 径 =0.1。 Pa Pa Pa m/s m 2 与 F1相 差 不大， 证 明 F3处 不用 变 径 Pa Pa Pa V3 =6.01m/s m 2 仍 取 管 段 3-4规 格 为 5000 2400mm。 5 计算 3-4阻 力 ， 确定 4-5管 道规 格 ，风管 24 10 4 m 3 /h， Dv=3240mm， m/s， 查 表 Rm=0.04Pa/m， Py=0.04 16.5=0.66Pa。 局 部 阻 力： 侧 孔 出流 ， =0.02， 假 定 有 变 径 管 =0.1。 =0.12 Pa Pa Pa m/s m 2 与 F3相 差 不大，不 需 要 变 径 Pa Pa Pa m/s m 2 ， 仍 取 4-5管 道规 格 为 5000 2400mm。 6 计算 4-5阻 力 ， 确定 5-6管 道规 格 ，风 量 22 10 4 m 3 /h， Dv=3240mm m/s， 查 表 Rm=0.02Pa/m， Py=16.5 0.02=0.33Pa 以上述计算 可 以求 出， 由 于送 风管 内 初 始动 压 取 得 较 低 ， 虽 然 阻 力 不大， 但 风管 后 部 动 压 太 低 ， 甚 至 接 近 零 。 造成 风管 内 流 速 过 低 ，风管 断 面 过 大， 浪费 材 料 和 安装 空 间。为 此 提 高 初 始动 压 ，为 保证 送 风出流 闸 要 求 ， 可 以 在 送 风 口处 安装 导 流 叶片 ，用 以 调整送 风气流方 向 ， 取 V0=15m/s。 重 新 计算 D 管 段 0-1 风 量 L30 10 4 m 3 /h ， Vd=15m/s， F=5.556m 2 ，设 成正 方 形 管， 边 长 a=2357mm， 取 2350mm， Pd=136.6Pa。 1 管 段 1-2 风 量 L=28 10 4 m 3 /h， Vd取 15m/s， F=5.185m 2 ， a=2277mm，取 a=2270mm， V实 =15.09m/s， 查 得 Rm=0.7Pa/m， =0.083， Py=22.5 0.7=15.75Pa， Pj=11.34Pa， Pd,2=136.6-15.75-11.34=109.5Pa 2 管 段 2-3 L=26 10 4 m 3 /h， Vd=13.51m/s， F=5.517m 2 ， a=2349mm， 取 a=2270(与 前 程 不 变 径 )， V实 =14.02m/s， 查 Rm=0.6Pa/m， =0.079， Py=16.5 0.6=9.9Pa， Pj=9.32Pa， Pd3=117.9-9.9-9.3=98.7Pa 3 管 道 3-4 L=24 10 4 Vd=12.3m/s F=5.43m 2 a=2331mm 取 a=2270(与 2-3段 同 ) V实 =12.94m/s Rm=0.5Pa/m =0.073 Pd,4=98.7-0.5 16.5-0.073 0.6 12.94 2 =83.1Pa 4 管 段 4-5 L=22 10 4 Vd=11.16m/s F=5.477m 2 a=2340mm 取 a=2270(与 3-4段 同 ) V实 =11.86m/s Pd4 =84.4Pa Rm=0.5 =0.067 Pd5=83.1-0.5 16.5-0.067 0.6 11.86 2 =69.2Pa 5 管 段 5-6 L=20 10 4 Vd=10.76m/s F=5.17m 2 a=2274mm 取 a=2270(与 4-5段 同 ) V实 =10.78 Pd5 =69.7Pa Rm=0.38Pa/m =0.059 Pd6=69.7-0.38 16.5-0.059 0.6 10.78 2 =59.3Pa 6 管 段 6-7 L=18 10 4 Vd=9.94m/s F=5.03m 2 a=2243mm 取 a=2240 V实 =9.96m/s Pd6 =59.6Pa Rm=0.32Pa/m =0.05 Pd7=59.3-16.5 0.32-0.05 0.6 9.96 2 =51.0Pa 7 7-8管 段 L=16 10 4 Vd=9.2m/s F=4.82m 2 a=2196mm 取 a=2200 V实 =9.18m/s Pd7 =50.6Pa Rm=0.29Pa/m =0.047 P=16.5 0.29+0.047 0.6 9.18 2 =7.14 Pd8=50.6-7.14=43.5Pa 8 8-9管 段 L=14 10 4 Vd=8.51m/s F=4.57m 2 a=2138mm 取 a=2140 V实 =8.49m/s Pd8 =43.3Pa Rm=0.2Pa/m =0.043 Pd9=43.5-0.2 16.5-0.043 0.6 8.49 2 =38.4Pa 9 9-10管 段 L=12 10 4 Vd=8.00m/s F=4.169m 2 a=2042mm 取 a=2040 V实 =8.01m/s Pd9 =38.5Pa Rm=0.25Pa/m =0.037 Pd10=38.5-0.25 16.5-0.037 0.6 8.01 2 =32.9Pa 10 10-11管 段 L=10 10 4 m 3 /h Vd=7.41m/s F=3.749m 2 a=1936mm 取 a=1940mm V实 =7.38m/s Pd10 =32.7Pa Rm=0.21Pa/m =0.03 Pd11=32.7-16.5 0.21-0.03 0.6 7.38 2 =28.3Pa 11 11-12管 段 L=8 10 4 Vd=6.86m/s F=3.238m 2 a=1799.5mm 取 a=1800mm Pd11 =28.3Pa Rm=0.2Pa/m =0.02 Pd12=28.3-16.5 0.2-0.02 0.6 6.86 2 =24.4Pa 12 12-13管 段 L=6 10 4 Vd=6.38m/s F=2.618m 2 a=1616mm 取 a=1600mm V实 =6.51m/s Pd12 =25.4Pa Rm=0.22Pa/m =0.015 Pd13=25.4-16.5 0.22-0.015 0.6 6.51 2 =21.4Pa 13 13-14管 段 L=4 10 4 Vd=5.97m/s F=1.861m 2 a=1364mm 取 a=1360mm V实 =6.01m/s Pd13 =21.7Pa Rm=0.23Pa/m =0.017 Pd14=21.7-0.23 16.5-0.017 0.6 6.01 2 =17.5Pa 14 14-15管 段 L=2 10 4 Vd=5.41m/s F=1.027m 2 a=1013mm 取 a=1000mm V实 =5.56m/s Pd14 =18.5Pa Rm=0.28Pa/m =0.07 Pd14=18.5-0.28 16.5-0.07 0.6 5.56 2 =12.6Pa0 第 3章 液体输配管网水力特征与水力计算 3-1 计算例题 3-1中各散热器所在环路的作用压力 tg=95， tg1=85， tg2=80 ， tn=70。 题 3-1 解：双管制：第一层： P1=gh1( h- g)=9.8 3 (977.81-961.92)=467.2Pa 第二层： P2=gh2( h- g)=9.8 6 (977.81-961.92)=934.3Pa 第三层： P3=gh3( h- g)=9.8 8.5 (977.81-961.92)=1323.6Pa 单管制： Ph=gh3(tg1-tg)+gh2(tg2-tg1)+gh1( h- g2)=9.8 8.5 (968.65-961.92) +9.8 6 (971.83-968.65)+9.8 3 (977.81-971.83)=923.4Pa 3-2 通过水力计算确定习题图 3-2所示重力循环热水采暖管网的管径。图中立 管、各散热器的热负荷与立管相同。只算 I、 II立管，其余立管只 讲计算方法，不作具体计算，散热器进出水管管长 1.5m，进出水支管均有截止 阀和乙字弯，没根立管和热源进出口设有闸阀。 图 3-2 解： P 1 =gH( H- g)+ Pf=9.81 (0.5+3)(977.81-961.92)+350=896Pa l 1=8+10+10+10+10+(8.9-0.5)+1.5+1.5+(0.5+3)+10+10+10+10+8+(8.9+3)=122.8 m 水力计算表 管 段 号 Q (w) G (kg/h) L (m) D (mm) v (m/s) R (Pa/m) Py=Rl (Pa) Pd (Pa) Pj (Pa) P (Pa) 局部阻力统 计 1 1800 62 5.8 20 0.05 3.11 18.0 25.0 1.23 30.8 48.8 散热器 1 2.0，截止阀 2 10， 90 弯头 1 1.5，合流三 通 1.5 1 2 5300 182 13.5 32 0.05 1.65 22.3 2.5 1.23 3.1 25.4 闸阀 1 0.5，直流三 通 1 1.0， 90弯头 1 1.0 3 9900 341 10 40 0.07 2.58 25.8 1.0 2.25 2.25 28.1 直流三通 1 1.0 4 14500 499 10 40 0.11 5.21 52.1 1.0 5.98 5.98 58.1 直流三通 1 1.0 5 19100 657 10 50 0.08 2.42 24.2 1.0 3.14 3.14 27.3 直流三通 1 1.0 6 23700 815 9 50 0.11 3.60 28.8 1.5 5.98 9.0 37.8 闸阀 1 0.5， 90弯 头 2 0.5 7 23700 815 19.90 50 0.11 3.60 71.6 2.5 5.98 15.0 86.6 闸阀 1 0.5， 90弯 头 2 0.5， 直流三通 1 1.0 8 19100 657 10 50 0.08 2.42 24.2 1.0 3.14 3.14 27.3 直流三通 1 1.0 9 14500 499 10 40 0.11 5.21 52.1 1.0 5.98 5.98 58.1 直流三通 1 1.0 10 9900 341 10 40 0.07 2.58 25.8 1.0 2.25 2.25 28.1 直流三通 1 1.0 11 5300 182 12.8 32 0.05 1.65 21.1 2.5 1.23 3.1 24.3 闸阀 1 0.5，直流三 通 1 1.0， 90弯 1 1.0 12 3300 114 2.8 25 0.06 2.88 8.1 1.0 1.77 1.8 9.9 直流三通 1 1.0 Pa，系统作用压力富裕率， 满足富 裕压力要求，过剩压力可以通过阀门调节。 立管，第二层 P， 2=9.81 6.3 (977.81-961.92)+350=1332Pa 通过第二层散热器的资用压力： P13， 14 =1332-896+48.8=485Pa， Rpj=0.5 485/5.8=41.8Pa/m 管 段 号 Q (w) G (kg/h) L (m) D (mm) v (m/s) R (Pa/m) Py=Rl (Pa) Pd (Pa) Pj (Pa) P (Pa) 局部阻力统 计 13 1500 52 3 15 0.08 9.92 30 37 3.14 116 146 散热器 1 2， 截止阀 2 16，旁流三通 2 1.5 14 3500 120 2.8 15 0.17 65.93 128.6 1.0 14.22 14.2 143 直流三通 1 1.0 压降不平衡率 因 13、 14管均选用最小管径，剩余压力只能通过第二层散热器支管上的阀门消 除。 立管，第三层 P， 3=9.81 9.1 (977.81-961.92)+350=1768Pa 资用压力： P 15， 16， 14=1768-896+48.8+9.9=931Pa 管 段 号 Q (w) G (kg/h) L (m) D (mm)