水力计算1基本原理

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,供 热 工 程,第十三讲 水暖系统水力计算原理,本讲主要内容,水力计算基本公式,塑料管材的水力计算,水力计算的任务和方法,1,一、水力计算基本公式,设计热水供暖系统，为了使系统中各管段的水流量符合设计要求，以保证流进各散热器的水流量符合要求，就要进行管路的水力计算。,当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件(如阀门、弯头、三通、散热器等)时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要损失能量。前者称为沿程损失，后者称为局部损失。,2,热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示：,PPy+PiRl+Pi,Pa,式中,P,计算管段的压力损失，Pa；,Py,计算管段的沿程损失，Pa；,Pi,计算管段的局部损失，Pa；,R,每米管长的沿程损失，Pa m；,l,管段长度，m。,3,1、沿程损失,在管路的水力计算中，通常把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。,任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段组成的。,4,每米管长的沿程损失(比摩阻)，可用流体力学的达西维斯巴赫公式进行计算。,5,热媒在管内流动的摩擦阻力系数值取决于管内热媒的流动状态和管壁的粗糙程度，即：,6,摩擦阻力系数值是用实验的方法确定的。,层流流动（,Re,）,当,Re,2320,时，流动为层流状态。,光滑区（,4000,至,100000,）布拉修斯公式,紊流过渡区流动,(Re, ),过渡区的摩擦阻力系数值，可用洛巴耶夫公式来计算，即,7,粗糙管区（阻力平方区）,( ),粗糙管区的摩擦阻力系数值，可用尼古拉兹公式计算,:,对于管径等于或大于40mm的管子，用希弗林松推荐的、更为简单的计算公式也可得出很接近的数值：,8,管壁的,当量绝对粗糙度K,值与管子的使用情况（流体对管壁腐蚀和沉积水垢等状况）和管子的使用时间等因素有关。,对于热水供暖系统，根据运行实践积累的资料，推荐采用下列数值：,对室内热水供暖系统管路 K=0.2mm,对室外热水管网 K=0.5mm,9,根据过渡区范围的判别式和推荐使用的当量绝对粗糙度K值 ,列出下表：,10,室内热水供暖系统的水流量G，通常以kgh表示。热媒流速与流量的关系式为：,将上式代入达西公式可得到更方便的计算公式：,11,在给定某一水温和流动状态下，上式 的和 值是已知值，管路水力计算基本公式可以表示为 的函数式。只要已知R、G、d中任意两数，就可确定第三个数值。,12,一、热水管路的阻抗,阻抗概念：,根据 管段的阻抗s表示当管段通过1kg/h水量（单位流量）时的压力损失值。,许多管段组成的热水管路的阻,抗,，称为热水管路的总阻,抗,S。,室外热水网络或室内热水供暖系统都是由许多串联和并联管段组成的。系统中各管段的压力损失和流量分配，取决于各管段的连接方法及各管段的阻抗S值。,13,1、串联管路的总阻抗,类似串联电压，串联管段的总压降为：,把 带入上式得出：,14,串联管段管路的总阻力数， Pa/（kg/h）,2,上式表明：在串联管路中，管路的总阻抗为各串联管段阻力数之和。,15,2、并联管路的总阻抗,类似并联电压，并联管路的总流量为各并联管段流量之和。,把 带入上式得出：,16,设 a= = ，得出,并联管段的总通导数，（kg/h）/Pa,1/2,由 得,G,1,: G,2,: G,3,=,：,：,17,由上式可见，在并联管路上，各分支管段的流量分配与其通导数成正比。,各支管段的阻力状况（阻抗,s,）不变时，管路的总流量在各分支管段上的流量分配率不变。管路的总流量增加或减小多少倍，并联环路分支管段也相应增加或减少多少倍。,18,2、局部损失,管段的局部损失，可按下式计算：,水流过热水供暖系统管路的附件的局部阻力系数值 ，可查。,，叫动压头。,19,3、总压损失,总损失为各管段沿程损失和局部损失之和，即,20,二、当量局部阻力法和当量长度法,在实际工程设计中，为了简化计算，也有采用所谓“当量局部阻力法”或“当量长度法”进行管路的水力计算。,21,当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程损失转变为局部损失来计算。,设管段的沿程损失相当于某一局部损失 ，则,1、当量局部阻力法,计算管段的总压可写为：,22,若已知管段的水流量G时，该管段的总压力损失可改写为：,按式 编制的水力计算表。,23,在工程设计中，对常用的垂直单管顺流式系统，由于整根立管与干管、支管以及支管与散热器的连接方式，在施工规范中都规定了标准的连接图式；,因此，为了简化立管的水力计算，也可以将由许多管段组成的立管视为一根管段，根据不同情况，给出整根立管的值。,24,2、当量长度法,当量长度法的基本原理是将管段的局部损失折合为管段的沿程损失来计算。,如某一管段的总局部阻力系数为 ，设它的压力损失相当于流经管段l,d,米长度的沿程损失，则,25,水力计算基本公式，可表示为：,式中,l,zh,管段的折算长度，m。,当量长度法一般多用在室外热力网路的水力计算上。,26,三、塑料管材的水力计算,分户计量热水供暖系统常用塑料管材， 值的计算公式是由实验得出的，再求出R值编制成表，计算时可查表。,表中的数值是水温为10时的，当水温升高时，对其要进行修正，可按下式修正：,R=R,O,a,式中 R热媒在计算温度和流量下的比摩阻，Pa/m；,R,O,实验条件下的的数据，Pa/m；,比摩阻的水温修正系数,a,。,地暖系统要注意。,27,辐射供暖系统，由于辐射管比较长，阻力大，水温较低，阻力的水温修正系数不必考虑。,28,1、水力计算的任务：,按已知系统各管段的,流量,和循环作用,压力,，确定各管段的,管径,。常用于工程设计。,按已知系统各管段的,流量和管径,，确定系统所需的循环作用,压力,，常用于校核计算。,按已知系统各管段的,管径,和该管段的允许,压力降,，确定该管段的,水流量,。校核计算，不等温降。,四、水力计算的任务和方法,29,第二种情况的水力计算，常用于校核计算。根据最不利循环环路各管段改变后的流量和已知各管段的管径，利用水力计算图表，确定该循环环路个管段的压力损失以及系统必需的循环作用压力，并检查循环水泵的扬程是否满足要求。,第三种情况下的水力计算，是根据管段的管径,d,和该管段的允许压力降，来确定通过该管段的流量。对已有的热水供暖系统，在管段已知作用压头下，校核各管段通过的水流量的能力，以及热水供暖系统采用的所谓“不等温降”水力计算方法，就是按此方法进行计算的。,30,2、等温降水力计算的方法,平均比摩阻Rpj法,法,推荐的平均比摩阻Rpj法,（60120Pa/m ）,31,实际设计过程中，为了平衡各并联环路的压力损失，往往需要提高循环环路各分支管段的比摩阻和流速，但流速过大会使管道产生噪声，所以规范规定：最大允许的水流流速不应大于下列数值。,民用建筑,1.2m/s 1.5m/s,生产厂房的辅助建筑,2.0m/s,生产厂房,3.0m/s,整个热水供暖系统总的计算压力损失，宜增加,10%,的附加值，以此确定系统必需的循环作用压力。,32,