多相流管网水力特征与水力计算

第 4章 多 相 流 管 网 水 力 特 征 与水 力 计 算 4.1 液 气 两 相 流 管 网 水 力 特 征 与 水 力 计 算 工 程 背 景 ： 建 筑 排 水 管 网 空 调 凝 结 水 管 网 蒸 汽 供 暖 管 网 4.1.1 液 气 两 相 流 管 网 水 力 特 征 4.1.1.1 建 筑 内 部 排 水 流 动 特 点 及 水 封 （ 1） 流 动 特 点 气 、 液 、 固 均 存 在 ， 固 体 物 较 少 ， 可 视 为 液 气 两 相 流 。水 量 、 气 压 随 时 间 变 化 幅 度 大 。流 速 随 空 间 变 化 剧 烈 。 横 支 管 进 入 立 管 ， 流 速 激 增 ， 水 、气 混 合 ； 立 管 进 入 横 总 管 ， 流 速 急 降 ， 水 、 气 分 离 。 （ 2） 水 封 水 封 水 封 位 置 水 封 高 度 水 封 破 坏 4.1.1.2 横 管 内 水 流 状 态 （ 1） 能 量 gvhgvK e 22 220 （ 2） 状 态图4-1-1 横管内水流状态示意图1-水 膜 状 高 速 水 流 ； 2-气 体V0竖 直 下 落 末 端 水 流 速 度 ；he横 管 断 面 水 深 ；vhe水 深 时 的 水 流 速 度 ；K与 连 接 形 式 有 关 的 能 量 损 失 系 数 ； （ 3） 管 内 压 力 1） 横 支 管 内 压 力 变 化2） 横 干 管 内 压 力 变 化 更 为 剧 烈 。 特 别 注 意对 建 筑 下 部 几 层 横 支管 的 影 响 ， 要 与 横 干管 保 持 一 定 的 垂 直 距离 。 4.1.1.3 立 管 中 水 流 状 态 排 水 立 管 上 接 各 层 排 水 横 支 管 ， 下 接 横 干 管 或 排 出 管 ，立 管 内 水 流 呈 竖 直 下 落 流 动 状 态 ， 水 流 能 量 转 换 和 管 内压 力 变 化 剧 烈 。（ 1） 排 水 立 管 水 流 特 点 1） 断 续 的 非 均 匀 流 2） 水 气 两 相 流 3） 管 内 压 力 变 化 图4-1-3 排水管内压力分布示意图 （ 2） 排 水 立 管 中 水 流 流 动 状 态 1） 附 壁 螺 旋 流 。 排 水 量 较 小 ， 立 管 中 心 气 流 仍 旧 正 常 ， 气 压 较稳 定 。 这 种 状 态 历 时 很 短 。2） 水 膜 流 。 有 一 定 厚 度 的 带 有 横 向 隔 膜 的 附 壁 环 状 流 。 随 水 流下 降 流 速 的 增 加 ， 水 膜 所 受 管 壁 摩 擦 力 增 加 。 当 水 膜 受 向 上 的管 壁 摩 擦 力 与 重 力 达 到 平 衡 时 ， 下 降 速 度 和 厚 度 不 再 发 生 变 化 ，这 时 的 流 速 叫 终 限 流 速 （ vt） 。 从 横 支 管 水 流 入 口 至 终 限 流 速 形成 处 的 高 度 叫 终 限 长 度 （ lt） 。 横 向 隔 膜 不 稳 定 ， 形 成 与 破 坏交 替 进 行 。 在 水 膜 流 阶 段 ， 立 管 内 气 压 有 波 动 ， 但 其 变 化 不 会破 坏 水 封 。 3） 水 塞 流 。 随 排 水 量 继 续 增 加 ， 水 膜 厚 度 不 断 增 加 ， 隔 膜 下 部压 力 不 能 冲 破 水 膜 ， 最 后 形 成 较 稳 定 的 水 塞 。 水 塞 向 下 运 动 ，管 内 气 体 压 力 波 动 剧 烈 ， 水 封 破 坏 ， 整 个 排 水 系 统 不 能 正 常 使用 。 这 3个 阶 段 流 动 状 态 的 形 成 与 管 径 和 排 水 量 有关 。 也 就 是 与 水 流 充 满 立 管 断 面 的 大 小 有 关 。 排 水 立 管 内 的 水 流 状 态 应 为 水 膜 流 。 实 验 表 明 ，在 设 有 专 用 通 气 立 管 的 排 水 系 统 中 ： 水 塞 流 。水 膜 流 ；附 壁 螺 旋 流 ；,31 ,3141,41aaa WWa jt （ 3） 水 膜 流 运 动 的 力 学 分 析 n 水 膜 区 以 水 为 主 的 水 气 两 相 流 ， 忽 略 气 ；n 气 核 区 以 气 为 主 的 气 水 两 相 流 ， 忽 略 水 。n 经 分 析 推 导 ， 得 出 ： 52101175.1 jpt dQKv mmK dQKl p jpt 管 壁 的 当 量 粗 糙 高 度 ，: )()1(44.0 52101 4.1.1.4 排 水 管 在 水 膜 流 时 的 通 水 能 力 4 101101 2jj tjttdW vWvWQ 38356110365.0 jp dKQ 工 作 高 度 ： 横 支 管 与 立 管 连 接 处 至 排 除 管 中 心 的 距 离 。 4.1.1.5 影 响 立 管 内 压 力 波 动 的 因 素 及 防 止 措 施 (1) 影 响 排 水 立 管 内 部 压 力 的 因 素 确 保 立 管 内 通 水 能 力 和 防 止 水 封 破 坏 是 建 筑 内 部 排 水 系统 中 两 个 最 重 要 的 问 题 ， 这 两 个 问 题 都 与 立 管 内 压 力 有关 。 最 大 负 压 ： 2)1( 2 1 tj vKdlP （ 2） 稳 定 立 管 压 力 增 大 通 水 能 力 的 措 施 n 减 小 终 限 流 速n 减 小 水 舌 阻 力 系 数 K 4.1.2 建 筑 排 水 管 网 的 水 力 计 算 4.1.2.1 横 管 的 水 力 计 算 1. 设 计 规 定 （ 1） 充 满 度 规 定 最 大 计 算 充 满 度（ 2） 自 净 流 速 规 定 的 最 小 流 速（ 3） 管 道 坡 度 通 用 坡 度 ， 最 小 坡 度（ 4） 最 小 管 径 防 止 堵 塞 的 最 小 管 径 2. 横 管 水 力 计 算 方 法 对 于 横 干 管 和 连 接 多 个 卫 生 用 水 器 具 的横 支 管 ， 应 逐 段 计 算 各 管 段 的 排 水 设 计秒 流 量 ， 通 过 水 力 计 算 来 确 定 各 管 段 的管 径 和 坡 度 。 建 筑 内 部 横 向 管 道 按 明 渠均 匀 流 公 式 计 算 。 s/m 1 s/m 2132 3IRnv vWqu 水 力 计 算 表 见 建 筑 给 水 排 水 工 程 （ 第 四 版 ） 附 录 6-1和 6-2L/s 12.0 maxqNq Pu 4.1.2.2 立 管 水 力 计 算 排 水 立 管 按 通 气 方 式 分 为 普 通 伸 顶 通 气 、专 用 通 气 立 管 通 气 、 特 制 配 件 伸 顶 通 气和 无 通 气 四 种 情 况 。 四 种 情 况 的 排 水 立 管 最 大 允 许 通 水 能 力见 表 4-1-9， 设 计 时 先 计 算 立 管 的 设 计 秒流 量 ， 然 后 查 表 4-1-9确 定 管 径 。 4.1.2.3 通 气 管 道 计 算 按 工 程 实 际 情 况 ， 查 取 有 关 手 册 、 参 考资 料 确 定 。 自 学 【 例 4-1】 参 考 书 ： 建 筑 给 水 排 水 工 程 （ 第 四 版 ） 4.1.3 空 调 凝 结 水 管 路 系 统 的 设 计 各 种 空 调 设 备 （ 例 如 风 机 盘 管 机 组 ， 柜 式空 调 机 ， 新 风 机 组 ， 组 合 式 空 调 箱 等 ） 在运 行 过 程 中 产 生 凝 结 水 。 较 之 建 筑 排 水 管 网 ， 凝 结 水 管 网 内 的 流 动稳 定 性 要 好 得 多 ， 气 压 波 动 小 。 设 计 要 点 ： 管 材 ； 坡 度 ； 水 封 ； 通 气 ； 保温 ； 冲 洗 的 可 能 性 。 通 常 ， 可 以 根 据 机 组 的 冷 负 荷 Q（ kW） 按 下列 数 据 近 似 选 定 冷 凝 水 管 的 公 称 直 径 ：Q7kW时 ， DN=20mmQ=7.1 17.6kW时 ， DN=25mmQ=17.7 100kW时 ， DN=32mmQ=101 176kW时 ， DN=40mmQ=177 598kW时 ， DN=50mmQ=599 1055kW时 ， DN=80mmQ=1056 1512kW时 ， DN100mmQ=1513 12462kW时 ， DN=125mQ 12462kW时 ， DN=150mm 4.2 汽 液 两 相 流 管 网 水 力 特 征 与 水 力 计 算 4.2.1 汽 液 两 相 流 管 网 水 力 特 征 与 保 障 正 常 流 动 的 技 术 措 施汽 、 液 相 的 相 互 转 变 ： 蒸 汽 凝 水 ； 凝 结 水 二 次 汽 化 。 形 成 流 动 阻 碍 。水 击 产 生 及 防 止蒸 汽 管 路 中 的 凝 水 不 能 顺 利 排 走 ， 遇 到 阻 碍 ， 在 高 速 下（ 20m/s)与 管 壁 、 管 件 撞 击 。尽 量 汽 、 水 同 向 流 ， 逆 向 流 时 采 用 低 流 速 ； 及 时 排 除 凝 水 。系 统 中 引 入 和 排 除 空 气停 止 运 行 时 ， 引 入 空 气 以 排 除 凝 水 ； 开 始 运 行 ， 排 除 空 气 。 凝 结 水 回 收 重 力 回 水 余 压 回 水 机 械 回 水二 次 蒸 汽 利 用 4.2.2 室 内 低 压 蒸 汽 供 暖 管 网 水 力 计 算（ 1） 蒸 汽 管 路 资 用 动 力锅 炉 出 口 （ 或 建 筑 物 采 暖 管 网 入 口 ） 蒸 汽 压 力 。 密 度 ： 近 似 为 常 数 。 计 算 方 法压 损 平 均 法 平 均 比 摩 阻 lPPR )( 0gm P0一 般 取 2000Pa； Pg较 大 时 ， Rm可 能 很 大 ， 可 能 导 致 流 速过 大 。 这 时 ， 控 制 比 摩 阻 100Pa/m。 计 算 次 序最 不 利 管 路 其 他 管 路 流 速 限 制汽 水 同 向 ： 30m/s汽 水 逆 向 ： =0.005。 湿 凝 水 管 路按 负 担 的 热 负 荷 查 表 确 定 管 径 。计 算 表 参 考 供 热 工 程 （ 第 三 版 ） 附 录 4.2.3 室 内 高 压 蒸 汽 供 暖 管 网 水 力 计 算（ 1） 蒸 汽 管 道 ： 压 损 平 均 法 ： 最 不 利 管 路 的 总 压 力损 失 不 超 过 起 始 压 力 的 25%。 l PR 25.0m 假 定 流 速 法 汽 、 水 同 向 流 动 时 80m/s汽 、 水 逆 向 流 动 时 0.005， 查 表 选 用管 径 。疏 水 器 以 后 ： 余 压 回 水 ， 在 室 外 凝 水 管 网中 介 绍 。 计 算 公 式 ： 同 室 外 供 热 管 网 。 注 意 ： 密 度 变 化 。 采 用 图 表 计 算 要 注 意 修 正 ： 密 度 修 正 ；粗 糙 度 修 正 。4.2.4 室 外 蒸 汽 管 网 的 水 力 计 算 4.2.5 凝 结 水 管 网 的 水 力 计 算 方 法 管 段 AB散 热 设 备 疏 水 器 。 非 满 管 流 。 前 面 已 在 “ 室内 高 压 蒸 汽 供 暖 管 网 水 力 计 算 ” 中 介 绍 。管 段 BC乳 状 混 合 物 的 两 相 流 。要 计 算 混 合 物 的 密 度 。 按 （ 4-2-13） （ 4-2-14） 。1） 疏 水 器 二 次 蒸 发 箱2） 疏 水 器 凝 结 水 箱 （ 沿 图 中 兰 色 管 道 路 径 ）对 于 1） ， 距 离 较 短 ， 按 余 压 凝 水 管 道 计 算 表 计 算 、 修正 ； 对 于 2） 按 室 外 热 水 管 网 水 力 计 算 表 计 算 、 修 正 。局 部 阻 力 按 百 分 数 估 计 。 管 段 CD 饱 和 凝 水 。 按 资 用 动 力 确 定 平 均 比 摩 阻 ， 利 用室 外 供 热 管 道 计 算 表 确 定 管 径 。 管 段 DE 凝 水 泵 输 送 凝 水 ， 满 管 流 。 按 流 速 12m/s， 用室 外 供 热 管 道 计 算 表 确 定 管 径 并 计 算 阻 力 、 确定 水 泵 所 需 扬 程 。 注 意 修 正 。 4.3 气 固 两 相 流 管 网 水 力 特 征 与 水 力 计 算4.3.1 气 固 两 相 流 水 力 特 征（ 1） 物 料 的 沉 降 速 度 和 悬 浮 速 度 ） （ 1343 )(4 11 Rf C gdv 粉 状 物 料 与 粒 状 物 料 ， 根 据 不 同 的 雷 诺 数 ， 阻 力 系 数 CR有 不 同的 计 算 公 式 。 若 气 体 处 于 静 止 状 态 ， 则 vf是 颗 粒 的 沉 降 速 度 ； 若 颗粒 处 于 悬 浮 状 态 ， 则 vf是 使 颗 粒 处 于 悬 浮 状 态 的 竖 直向 上 的 气 流 速 度 ， 称 为 颗 粒 的 悬 浮 速 度 。 （ 2） 气 固 两 相 流 中 物 料 的 运 动 状 态 实 际 的 竖 直 管 道 中 ， 要 使 物 料 悬 浮 ， 所 需速 度 比 理 论 悬 浮 速 度 大 得 多 ； 水 平 管 中 ， 气 流 速 度 不 是 使 物 料 悬 浮 的 直接 动 力 ， 所 需 速 度 更 大 。 输 料 管 内 气 固 两 相 流 的 运 动 状 态 ， 随 气 流速 度 和 料 气 比 的 不 同 而 改 变 ： 分 别 呈 悬 浮流 、 底 密 流 、 疏 密 流 、 停 滞 流 、 部 分流 、 柱 塞 流 状 态 。 （ 3） 气 固 两 相 流 的 阻 力 特 征 c点 是 临 界 状 态点 ， 此 时 颗 粒 群刚 处 于 完 全 悬 浮状 态 ， 阻 力 最 小 。临 界 状 态 的 流 速称 为 临 界 流 速 。 图4-3-3 两相流阻力与流速的关系 （ 4） 气 固 两 相 流 管 网 的 主 要 参 数 1） 料 气 比 ： 单 位 时 间 内 通 过 管 道 的 物 料 量 与 空 气量 的 比 值 。 根 据 经 验 ， 一 般 低 压 吸 送 式 系 统 1=1 4， 低 压 压 送 式 系 统 1=1 10， 循 环 式系 统 1=1左 右 ， 高 真 空 吸 送 式 系 统 1=20 70。 LGGG 11 12） 输 送 风 速 ： 可 以 按 悬 浮 速 度 的 某 一 倍 数 来 定 ，一 般 取 2.4 4.0倍 ， 对 大 密 度 粘 结 性 物 料 取 5 10倍 。 输 送 风 速 也 可 按 临 界 风 速 来 定 ， 例 如 砂 子 等 粒状 物 料 ， 其 输 送 风 速 为 临 界 风 速 的 1.2 2.0倍 。 通常 参 考 经 验 数 据 ， 见 表 4-3-1。 3） 物 料 速 度 和 速 比 ： 物 料 速 度 指 管 道 中 颗 粒 群 的最 大 速 度 。 气 流 必 须 用 一 部 分 能 量 使 物 料 颗 粒 悬浮 ， 然 后 再 推 动 颗 粒 运 动 ， 因 此 ， 物 料 速 度 v1小于 输 送 风 速 v。 物 料 速 度 与 输 送 风 速 之 比 称 为 速 比 。 vvv 5.79.0 1 4.3.2 气 固 两 相 流 管 网 水 力 计 算 两 相 流 的 阻 力 看 作 是 单 相 气 流 的 阻 力 与 物 料 颗粒 引 起 的 附 加 阻 力 之 和 。 分 别 计 算 ：1） 喉 管 或 吸 嘴 的 阻 力 2） 物 料 的 加 速 阻 力 3） 物 料 的 悬 浮 阻 力 4） 物 料 的 提 升 阻 力 5） 管 道 的 摩 擦 阻 力 6） 弯 管 阻 力 7） 分 离 器 阻 力 8） 其 他 部 件 的 阻 力 讨 论 ：1） 水 力 计 算 在 流 体 输 配 管 网 设 计及 运 行 管 理 中 的 作 用 。2） 各 种 类 型 工 程 管 网 水 力 计 算 的共 同 点 与 不 同 之 处 。3） 各 种 水 力 计 算 方 法 的 共 同 点 与不 同 之 处 。 肚 松 衯 宸 /ERP鏂 噡 1/2001骞 寸15鏈 ?-灏 忕 櫧 榧 犲 拰ERP.files/cio.gif 冩 ?=/ERP鏂噡 1/2001骞 寸15鏈 ?-灏 忕 櫧榧 犲 拰 ERP.files/email.gif冩 ?A/ERP鏂 噡 1/2001骞 寸15鏈 ?-灏 忕 櫧 榧 犲 拰 ERP.files/imgr_logo.gif 冭 聖 杁/ERP鏂 噡 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