多相流管网水力特征与水力计算

单击此处编辑母版标题样式,*,长沙理工大学能源与动力工程学院,2012,年,11,月,全国勘察设计注册公用设备工程师,(,暖通空调,),专业考试课程,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,4,章 多相流管网水力特征与水力计算,液气,两相流管网水力特征与水力计算,汽液,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,4.1,液气两相流管网水力特征,1,建筑内部排水,流动特点,1.1,流动特点,气、液、固三相,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。,4.1,液气两相流管网水力特征,1.2,水封,水封,存水弯,利用一定高度的静水压力克服管内气压变化，防止管内气体进入室内的措施。,水封位置,卫生器具或集水盘的排水口下，以存水弯实施。,水封高度,50,100mm,H,2,O,不得小于,50mm,。,4.1,液气两相流管网水力特征,水封破坏,水封高减小，不足以克服管内允许压力变化值（,25mmH,2,O,）时，管道内气体进入室内的现象。,一个水封被破坏，整个排水系统的平衡被打破。,水封,损失,自虹吸损失,：瞬间大量排水。,诱导虹吸损失,：某个器具不排水，其余大量排水。,静态损失,：蒸发；毛细作用。,4.1,液气两相流管网水力特征,1.3,横管内水流状态,1,）能量：竖直下落的水动能较大，进入横管后，转化为一定水深、流速的横向流动。,2,）水流状态,h,e,4.1,液气两相流管网水力特征,1,）,横支管内压力变化,B,大量排水,，,AB,和,BC,段气体形成,正压,，,A,和,C,水封上升。,排水后期,，,AB,和,BC,段气体形成,负压,，,A,和,C,水封下降。,由于卫生器具与横支管高差较小，排水造成的,压力波动不大,。,4.1,液气两相流管网水力特征,2,）,横干管内压力变化,同时排水、水量大、高差大、形成水跃高度大，,立管底部与横干管间空气压力骤升,。,为防止存水弯内污水进入卫生器具，,底层横支管,与,立管底部,应,保持一定的,垂直距离,。,4.1,液气两相流管网水力特征,最低横支管与立管连接处至立管管底最小距离：,注：如果立管底部放大,1,级管径，或横干管比与其连接的方管大,1,级管径时，表中间距可缩小一级。,立管连接卫生器具层数,4,5,6,7,12,13,19,20,垂直距离,0.45,0.75,1.20,3.00,6.00,4.1,液气两相流管网水力特征,1.4,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,断续的非均匀流,水气两相流,4.1,液气两相流管网水力特征,立,管内压力变化,：负压、正压形成机理。,水气分离,形成正压。,排水挟气,形成负压。,立管,横支管,横干管,4.1,液气两相流管网水力特征,2,）排水立管中水流流动状态,附壁螺旋流：,沿壁面螺旋流（附壁流），气压稳定。,水膜流,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,时的流速叫,终限流速。,从横支管,水流入口,至,终限流速,形成处的高度叫,终限长度,。,4.1,液气两相流管网水力特征,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。,水封,不被破坏,的控制压力变化是,245Pa,。,4.1,液气两相流管网水力特征,1.5,影响立管内压力波动的因素及防止措施,1,）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：,水舌阻力系数,4.1,液气两相流管网水力特征,2,）稳定立管压力增大通水能力的措施,减小,终限流速,-,管内采取,增阻,措施，减小水流下降速度，减小负压，防止水封破坏，增加水膜厚度，增大通水能力。,减小水舌,阻力系数,K,改变水舌形状或向负压区补充的空气不经过水舌。,设通气管或单路进气阀。,在排水横管与立管连接处的立管内,设置挡板,，避免冲击到立管对面形成水舌。,4.1,液气两相流管网水力特征,2,）稳定立管压力增大通水能力的措施,立管内壁制成螺旋导流突体，沿壁面螺旋流下，,形成畅通的空气柱,，避免形成水舌。,立管轴线与横管轴线,错开半个管径连接,，使水流沿切线流入，在管中心形成空气柱，减小水舌阻力系数。,采用斜三通或异径三通,4.1,液气两相流管网水力特征,4.2,建筑排水管网的水力计算,1,横管的水力计算,设计规定,充满度,规定最大计算充满度，表,4-4-4.,自净流速,规定的最小流速，表,4-1-5.,管道坡度,通用坡度，最小坡度，,4-1-6,8.,4.2,建筑排水管网的水力计算,最小管径,防止堵塞的最小管径。,公共食堂,选用管径比计算管径,大一号,，,支管,不小于,75,mm,干管,不小于,100,mm,；,医院,洗涤盆和污水盆管径不小于,75,mm,；,小便槽,或连接,3,个以上小便器的支管不小于,75,mm,。,大便器,管径不得小于,100mm,。,4.2,建筑排水管网的水力计算,1,横管水力计算方法,对于,横干管,和连接,多个卫生器具,的,横支管,，应,逐段计算,各管段的排水设计秒流量，确定,管径和坡度,。,建筑内部横向管道按明渠均匀流公式计算,。,4.2,建筑排水管网的水力计算,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,无通气管,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。,4.2,建筑排水管网的水力计算,排水立管最大允许排水量,4.2,建筑排水管网的水力计算,工作高度：横支管与立管连接处至排除管中心的距离。,立管管径,不得小于,横支管管径；多层住宅,厨房,排水立管管径,不得小于,75mm,。,4.2,建筑排水管网的水力计算,单立管,排水系统，,通气管,管径可与,污水管,管径,相同,，在室内吊顶或吊顶以下,0.3,米,处将管径,放大一级,。,双立管,排水系统，一般,不宜小于污水管管径的,1/2,最小管径见表,4-1-10,，,管长,大于,50,米,时，,通气管管径,与,排水立管相同,。,三立管,排水系统，,2,根及,2,根以上排水立管与,1,根,通气管,相连时，按,最大一根,排水立管管径查表,4-1-10,且,不小于任何一根排水立管管径,，,结合通气管管径不宜小于通气立管管径,。,4.2,建筑排水管网的水力计算,汇合通气管管径：,作业：自学例,4.1,参考书：,建筑给水排水工程,，,GB50015,2003,最大一根通气管管径。,其余通气管管径。,4.2,建筑排水管网的水力计算,空调凝结水管路系统的设计,经验,：,1Kw,的冷负荷每小时产生,0.4kg,的凝结水，潜热负荷较高时，,1Kw,的冷负荷每小时产生,0.8kg,凝结水。,设计要点：,管材：塑料管或镀锌管（无缝），不宜用焊接钢管；,坡度：,凝水盘泄水,0.01,，,其他水平支干管,0.002,；,无坡敷设流速,0.25m/s,4.2,建筑排水管网的水力计算,设计要点：,水封：高度比凝水盘处负压大,50%,；出口与大气相通,保温：对镀锌管要保温（防结露）,立管顶部通大气,考虑定期冲洗的可能性。,4.2,建筑排水管网的水力计算,表冷器冷凝水盘应设水封：,图中,h,1,20+p/10,，,h,2,60mm,。,4.2,建筑排水管网的水力计算,冷凝水管道设置相关规定：,凝水盘汇水支管沿水流方向坡度不宜小于,0.01,，干管坡度不宜小于,0.005,，不应小于,0.003,。,冷凝水水平干管始端设清扫口。,冷凝水排入污水系统时，应有空气隔断措施，不得与室内雨水系统相连。,4.2,建筑排水管网的水力计算,冷凝水管径选择表,坡度,冷负荷（,kw,）,0.001,7,7.1,17.6,17.7,100,101,176,177,598,599,1055,1056,1512,1513,12462,12462,0.003,17,17,42,43,230,231,400,401,1100,1101,2000,2001,2500,3501,15000,15000,管径,DN20,DN25,DN32,40,DN50,DN80,DN100,DN125,DN140,4.3,汽液,两相流管网水力特征,汽、液两相的相互转变,：,与气液两相流的区别,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（大于,20m/s),与管壁、管件撞击。,尽量使汽、水同向流，逆向流时采用低流速；及时排除凝水。,4.3,汽液,两相流管网水力特征,供汽干管向上拐弯,处，必须设置,疏水装置,。,汽水逆向,流动时，,立管,采用,较低,的,流速,。,单管下供下回,系统中，散热器支管与立管,连接点,必须,低于,散热器,出口水平面,，必须设置,自动排气阀,，安装在散热器,1/3,高度,。,汽、水同向,流时，,干管坡度,宜采用,0.003,，不得小于,0.002,，散热器支管,0.01,0.02.,4.3,汽液,两相流管网水力特征,凝结水回收,重力回水,余压回水,机械回水,二次蒸汽利用,将高温凝水引入至,二次蒸发箱,，分离出二次蒸汽，就地利用。,避免汽、水两相流动易产生,水击,，高、低压凝水合流,相互干扰,等问题。,4.3,汽液,两相流管网水力特征,有条件利用二次蒸汽时，闭式满管回水；,低压蒸汽或压力波动大的高压蒸汽系统，一般采用开式自流回水，自流回水有困难时，采用机械回水；,余压回水一般就于作用半径不大，凝结水量不多，用户分散的中小厂区，但应注意水击，避免与压差较大的凝水合流，以免相互干扰。,4.4,低压蒸汽,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,P,0,一般取,2000Pa,；,P,g,较大时，,R,m,可能很大，导致流速过大，控制比摩阻,100Pa/m,。,4.4,低压蒸汽,管网水力计算,计算顺序,最不利管路其他管路,流速限制,汽水同向：,30m/s,汽水逆向：,20m/s,规定最大流速是为了避免水击和噪声，便于排出凝水，实际采用更低流速。,4.4,低压蒸汽,管网水力计算,2,凝水管路,干凝水管路,非满管流,。按负担的热负荷查表确定管径。,前提：保证坡度,大于等于,0.005,。,湿凝水管路：,充满水,按负担的热负荷查表确定管径。,参考书：,实用供热设计算手册,、,供热工程,4.4,低压蒸汽,管网水力计算,最不利环路以外,其它,立管,的,资用压力,等于该,立管,与,供汽干管节点,起到,最远散热器,的管路,总压力损失,。,4.4,低压蒸汽,管网水力计算,蒸汽供暖管网的“,周期性,”和“,自调性,”,原因：,疏水器,的作用,近处散热器流量增大后，疏水器阻汽工作，散热器内蒸汽压力增大，进入散热器蒸汽量减小，疏水器正常排水后，进入散热器的蒸汽量又增多。,热水供暖系统,，若不进行调节，通过散热器的流量比,不会发生变化,。,4.4,低压蒸汽,管网水力计算,高压蒸汽,系统，,疏水器前,的,凝结水管不应向上抬升,；,疏水器后,的凝结水管向上抬升,高度,应经,计算确定,。（不宜大于,5m,）,疏水器,本身,无止回功能,时，应在,疏水器后,的凝结水管上,设止回阀,。,疏水器至回水箱,或二次蒸发箱之间的蒸汽,凝结水管,，应按,汽水乳状体,进行计算。,4.5,高压蒸汽,管网水力计算,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%,。,假定流速法,汽、水同向,流动时,80m/s,汽、水逆向,流动时,60m/s,推荐采用,15,40m/s,（小管径取低值）,4.5,高压蒸汽,管网水力计算,限制干管的总压降,干管的总压降不应超过凝水干管总压降的,1.2,1.5,倍,。一般选用管径较粗，但工作可靠。,保证凝水干管向下坡度,不小于,0.005,。,4.5,高压蒸汽,管网水力计算,计算方法：,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。,4.5,高压蒸汽,管网水力计算,凝结水管网的水力计算,4.5,高压蒸汽,管网水力计算,管段,AB,散热设备,疏水器，非满管流，见“室内高压蒸汽供暖管网水力计算”。,管段,BC,汽液两相流。,按（,4-2-13,）和（,4-2-14,）计算混合物的密度。,4.5,高压蒸汽,管网水力计算,1,）疏水器,二次蒸发箱,2,）疏水器,凝结水箱（沿图中,红色管道,路径）,对于,1,），距离较短，按,余压回水计算表,计算、修正；,对于,2,）按,室外热水管网水力计算表,计算、修正。,局部阻力按总阻力的,20%,估计，按,4-2-15,计算资用压力。,4.5,高压蒸汽,管网水力计算,管段,CD,饱和凝水。按资用动力（,4-2-16,）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。按最大回水量和流速,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（,4-2-17,）。注意修正。,4.5,高压蒸汽,管网水力计算,作业：,自学例题,4.3,，掌握凝水管计算方法。,本章结束，请完成相关作业！,谢谢大家！,