哈工大-供热工程-第4章热水供暖系统水力计算.ppt

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第四章室内热水供暖系统水力计算,目的选择合适的管径d，通过阻力计算，使进入各立管、散热器的水流量符合设计要求4-1热水供暖系统管道水力计算基本原理一、水力计算基本公式流体流动阻力△P=△PY+△PJ=RL+ZPa(4-1)式中△PY–计算管段的沿程阻力损失，Pa△PJ、Z–计算管段的局部损失，PaR–每米管长的沿程损失，Pa／mL–管段长度，m。,（一）沿程阻力损失,比摩阻RPa/m(4-2)式中d–管子内径m；υ–热媒在管道内的流速，m／s；ρ–热媒的密度，kg／m3；λ–管段的摩擦阻力系数。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，其表达式为：λ=ƒ(Re,ε)Re=υd/γε=K/d式中Re–雷诺数(Re2320，流动为紊流)γ–热媒的运动粘滞系数m2/s；K–管壁的当量绝对粗糙度，m；ε–管壁的相对粗糙度。,１.层流区（Re<2320）,λ＝６４／Re２.紊流区（Re<2320）（１）紊流光滑区（布拉修斯公式）（２）紊流过度区（洛巴耶夫公式）（３）紊流粗糙区（阻力平方区）尼古拉兹公式当管径d≥40mm时，采用希弗林松推荐的公式λ=0.11(K/d)0.25,（４）流态判别,临界流速m/s临界雷诺数(5)紊流区统一公式柯列勃洛克公式阿里特舒里公式,,３.实用计算公式,把代入公式（４－２），得出Pa/m（４－３）公式（４－３）反映了比摩阻Ｒ、管径d、流量Ｇ三者之间的关系。只要已知其中的两个，便可求出第三个参数。利用公式（４－３）制成的热水管道水力计算表详见附表４－１,局部阻力损失公式：Ｐa（４－４）式中–局部阻力系数之和水流过热水供暖系统管路的附件(如三通、弯头、阀门等)的局部阻力系数值，可查附录4－2。表中所给定的数值，都是用实验方法确定的。附录4－3给出热水供暖系统局部阻力系数=1时的局部损失△P值。,（二）局部阻力损失,二、水力计算方法,１.一般方法△P=△PY+△PJ=RL+Z其中Ｒ值选择计算有如下两种方法：(1)预定压头法最不利环路平均比摩阻ＲＰ计算公式Ｐa（４－５）式中△P－预定的作用压头－沿程阻力占总阻力百分比－最不利环路总长，m(2)推荐流速法推荐常用流速（对应比摩阻值为６０－１２０Ｐa/m）,2.当量阻力法(动压头法),当量局部阻力法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。△P=RL+Z其中的沿程损失RL写成局部阻力损失形式有:RL=，而依据公式（４－２）可以得出Ｌ＝从而有：（４－６）如已知管段的水流量G(kg／h)时，则根据有关公式管段的总压力损失△P可改写为△P＝RL+Z＝（＋）,把代入前式,得出：△P令＝Ａ则有△P＝Ａ式中为折算的局部阻力系数，于是△P＝ＡＧ２令Ｓ＝Ａ，则有△P＝ＳＧ２Ｐa(4-7)式中S-管段的阻力特性数(简称阻力数)λ/d、Ａ值见附录４－４见附录（４－６）（４－７）,3.当量长度法,当量长度法的基本原理是将管段的局部阻力损失折合为管段的沿程损失来计算。△P=RL+Z其中的沿程损失Z写成局部阻力损失形式有:Z=RLd而局部阻力依据公式（4-2）从而可得出Ld，整理后得到局部阻力当量长度Ld：m(4-8)于是△P=RL+RLd=R(L+Ld)=RLZhLzh称为折算长度m。,二、水力计算任务,1．已知系统各管段的流量G和系统的循环作用压力(压头)△P，确定各管段的管径d；2．已知系统各管段的流量G和各管段的管径d，确定系统所必需的循环作用压力(压头)△P;3．按已知系统各管段的管径G和该管段的允许压降△P，确定通过该管段的水流量G。其中任务1、2为设计计算，任务3为校核计算,四、水力计算步骤,首先画出管路系统图，并在图上划分管段（流量和管径都相等的），标注管段号、热负荷Q、流量G和管段长L1.确定最不利环路。指允许比摩阻最小的环路，一般为最远立管环路。2.确定最不利环路作用压力。自然循环系统按有关公式计算得出（式3-3）；机械循环系统一般取10000Pa。3.计算最不利环路平均比摩阻，采用预定压头法（式4-5）或推荐比摩阻60-120Pa/m。4.利用附表4-1，已知G、RP查表选择合适的管径d，并得出相应d条件下的比摩阻R、流速u5.根据管道布置，利用附表4-2查出管径d对应下的局部阻力损失系数。,,6.根据上述数据和有关公式计算管段的阻力损失沿程损失RL、局部损失Z，总损失RL+Z7.计算最不利环路各管段总阻力损失∑（RL+Z）8.按照并联环路阻力损失相等的原则计算分支环路各管段。各并联环路(不包括共同管段)阻力不平衡率为15%。各支路在平衡计算时，应注意管内流速的限制：民用建筑1.2m/s;生产厂房辅助建筑2m/s;生产厂房3m/s。,4-2机械循环热水供暖系统水力计算例题,【例题4—2】确定图4—2机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路的管径。热媒参数：供、回水温度为95℃/70℃。系统与外网连接。在引入口处外网的供回水压差为30kPa。图4—2表示出系统两个支路中的一个支路。散热器内的数表示散热器的热负荷。解:(1)确定最不利环路为最远立管Ⅴ环路，包括管段①-⑫。(2)确定最不利环路比摩阻，由于入口作用压力过大（30000Pa）因此不采用预定压头法，而采用推荐的平均比摩阻60-120Pa/m。（3）确定最不利环路管径各管段流量G=0.86Q/（tg-th）,依据各管段流量G、比摩阻RP查附表4-1，详细的计算结果见水力计算表主干线总阻力损失为8638Pa。,,,,,,（4）计算分支环路的管径▣Ⅳ立管管段⑬⑭，资用压力为∑（RL+Z）6-7=1312+1408=2720平均比摩阻查附表4-1选取管径15-15，总阻力损失2941。不平衡率为：（2720-2941）/2720=-8.2%。在允许的15%之内。▣计算Ⅲ立管管段⑮⑯，其与管段⑤-⑧并联。资用压力为:∑（RL+Z）5-8=2720+2403=3526。选择管径15-15，总阻力损失2941。不平衡率为（3526-2941）/3526=16.5%≻15%。用阀门节流。▣计算Ⅱ立管管段⑰⑱，其与管段④-⑨并联。资用压力为:∑（RL+Z）5-8=3526+2207=3941。选择管径15-15，总阻力损失2940。不平衡率为（3940-2941）/3940=25.3%≻15%。用阀门节流。,,▣计算Ⅰ立管管段⑲⑳，其与管段③-⑩并联。资用压力为:∑（RL+Z）5-8=3940+2354=4648。选择管径15-15，总阻力损失3517。不平衡率为（4648-3517）/4648=24.3%≻15%。用阀门节流。,4.3散热器的进流系数,一、定义进入散热器的水流量与连接散热器立管水流量之比称为该散热器的进流系数二、影响因素1.两侧散热器热负荷不相等-出口水温度不相等-重力循环作用压力不相等，从而引起两侧流量不相等。2.两侧管道及附件阻力不相等-在相同的作用压力下，由于阻力不相等，其流量分配必然不相等。对于机械循环热水供暖系统，其作用压力远大于自然循环系统的作用压力，因此由两侧热负荷不相等造成的重力循环作用压力不相等的因素可以忽略。因此，可以认为：影响散热器进流系数的主要因素就是连接散热器的管道及其附件的阻力大小。,三、进流系数公式,由并联环路节点压力平衡有△P1=△P2即（R1L1+Z1）=（R2L2+Z2）整理后R1（L1+Ld1）=R2（L2+Ld2）当两侧管径相等、流动状态相同时，d1=d2;λ1=λ2。此时比摩阻R与流量G的平方成正比，上式可改写为：开方后：令：进流系数则（4-9）当≺1.4时，近似认为进流系数=0.5,,,,,,,,,,4.4同程式热水供暖系统管路水力计算例题,【例题4-3】将例题4—2的异程式系统改为同程式系统。已知条件与例题4-2相同。管路系统图见下图,,,解：水力计算步骤1.计算最远立管Ⅴ，管段1-9；2.计算最近立管Ⅰ，管段10-14（公用管段1、2、8、9不算）；3.立管Ⅴ、Ⅰ间不平衡率要在5%之内。4.绘制压力平衡图，5.依据压力平衡图计算其余立管，不平衡率小于15%。具体的计算方法同前，计算结果：立管Ⅴ环路总阻力10023Pa立管Ⅰ管段10-14与管段3-7并联，其资用压力等于管段3-7的阻力损失为3934Pa。管段10-14的平均比摩阻计算该环路总阻力损失3945Pa。不平衡率为（3934-3945）/3934=-0.3%。符合5%的要求。,,,