04第四章 热水供暖系统的水力计算.ppt

第四章 室内热水供暖系统的水力计算,教学目的：掌握水力计算方法教学重点：机械循环热水供暖系统管路的水力计算教学难点：阻力平衡,室内热水供暖系统通过进行水力计算可以确定系统中各管段的管径，使进入各管段的流量和进入散热器的流量符合要求，进而确定各管路系统的阻力损失水力计算应在确定了系统形式、管路布置及散热器选择计算后进行水力计算是供暖系统设计计算的重要组成部分，也是设计中的一个难点4-1 热水供暖系统管路水力 计算的基本原理,热水供暖系统进行管路水力计算的目的，是保证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需要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，后者称为局部损失一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式,ΔP＝ΔPy+ΔPj＝Rl+ΔPj PaΔP—计算管段的压力损失，Pa；ΔPy—计算管段的沿程损失，Pa；ΔPj—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。

基本公式：,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每米管长的沿程损失（比摩阻）R,1、沿程损失的计算,热媒在管道内流动的摩擦阻力系数λ值取决于管内热媒的流动状态和管壁的粗糙程度雷诺数,,层流,紊流,（Re<2320）,（Re>2320）,,水力光滑区,过渡区,阻力平方区,层流（Re<2320）,在热水供暖系统中很少遇到层流状态，仅在自然循环热水供暖系统的个别水流量很小、管径很小的管段内，才会遇到层流的流动状态紊流（Re>2320）,水力光滑区：摩擦阻力系数λ值用布拉修斯公式计算在4000～100000范围内，布拉修斯公式能给出相当准确的数值紊流（Re>2320）,过渡区：流动状态从水力光滑管区过渡到粗糙区（阻力平方区）的一个区域称为过渡区过渡区的摩擦阻力系数λ值，可用洛巴耶夫公式来计算过渡区的范围：11/ε < Re < 445/ε,紊流（Re>2320）,阻力平方区（阻力平方区）：在此区域内，摩擦阻力系数λ值仅取决于管壁的相对粗糙度粗糙管区的摩擦阻力系数λ值，可用尼古拉兹公式计算对于管径大于或等于40mm的管子，用希弗林松推荐的更为简单的计算公式也可以得出很接近的数值：,推荐K值,管壁的当量粗糙度K值与管子的使用状况（流体对管壁的腐蚀和沉积水垢等状况）和管子的使用时间等因素有关。

热水供暖系统中很少遇到层流状态，根据运行实践积累的资料，目前推荐采用下面的数值：对室内热水供暖系统管路，K=0.2mm；对室外热水管路，K=0.5mm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，下表列出水温为60℃、90 ℃时相应K=0.2mm和K=0.5mm条件下的过渡区临界速度v1和v2值过渡区的临界速度,从上表 可见，当K=0.2mm时，过渡区的临界速度为v1=0.026m/s，v2=1.066m/s在设计热水供暖系统时，管段内的流速通常都不会超过v2值，也不大可能低于v1值因此，热水在室内热水供暖系统管路内的流动状态，几乎都是处于过渡区内 室外热水网路（K=0.5mm），设计都采用较高的流速（流速常大于0.5m/s），因此，水在热水网路中的流动状态，大多处于阻力平方区内热媒流速与流量的关系,,,在给定某一水温和流动状态条件下，上式的λ值和ρ值是已知值，管路水力计算基本公式可以表示为R=f(d，G ) 的函数式只要已知R、G、d中的任意两数，就可确定第三个数值附录表4-1给出室内热水供暖系统的管路水力计算表利用水力计算表进行水力计算，可大大减轻计算工作量 根据水力计算表查出的比摩阻R值，再根据管段的长度L，则可求出沿程损失。

2、局部损失的计算,水流过管道的附件（如阀门、弯头、三通等）的局部阻力系数，用实验方法确定，查附录表4-2 附录表4-3给出了热水供暖系统局部阻力系数ξ=1时的局部阻力△P3、压力损失计算,分别求出系统中各管段的沿程损失和局部损失后，两者之和就是该管段的总压力损失二、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，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当量局部阻力法（动压头法）——将管段的沿程损失转变为局部损失来计算当量长度法——将管段的局部损失折合为管段的沿程损失来计算用于有标准连接图式的系统,用于室外热网,1、当量局部阻力法,设管段的沿程损失相当于某一局部损失ΔPj，则：,,当量局部阻力系数,若已知管段的流量为G（kg/h），根据流量与流速的关系式，管段的总压力损失△P为：,,,,管段的折算局部阻力系数,附录表4-4列出了当水的平均温度t=60℃，相应水的密度为ρ=983.248kg/m3时，各种不同管径的A值和λ/d 值附录表4-5给出了按照上式编制的水力计算表供暖系统的不同形式中，摩擦损失与局部损失的比例分配见附录表4-8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示，因此，为了简化立管水力计算，也可以将由许多管段组成的一根立管视为一根管段，根据不同情况，给出整根立管的 值，具体见附录表4-6\4-7。

2、当量长度法,设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ld米长度的沿程损失，则：,,管段中局部阻力的当量长度，m,水力计算的基本公式可以表示为：,管段的折算长度，m,当量长度法一般多用在室外热力管路的水力计算上三、水力计算的主要任务和方法,已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力，确定各管段的管径这种水力计算，一般用于已知各管段的流量和选定的比摩阻值或流速值计算环路的压力损失Case 1：G、△P d,,设计计算,已知系统各管段的流量和各管段的管径，确定系统的循环作用压力这种水力计算，常用于校核计算，检查循环水泵扬程是否满足要求 已知系统各管段的管径和系统的循环作用压力，确定各管段的流量这种情况的水力计算，就是对已有的热水供暖系统，在管段作用压头已知时，校核各管段通过的水流量Case 3：d 、△P G,,校核管段流量,Case 2：G、d △P,,校核循环水泵扬程,四、水力计算中应注意的几点,热水供暖系统的循环作用压力 系统循环水泵的扬程； 自然循环作用压力包括管道内水冷却产生的自然循环作用压力和散热器中水冷却产生的自然循环作用压力）,系统作用压力应消耗在克服系统管路阻力并留有一定的储备压力。

《民规2012》,热水供暖系统最不利环路与各并联环路（不包括共同段）的计算压力损失的相对差额，不应大于15% 由于管径限制，若不平衡率较大时，自动调节流量来实现阻力平衡，由此产生流量偏大或偏小，从而偏离设计流量而出现水力失调及热力失调热水供暖系统水力计算应从最不利环路开始 最不利环路的确定：热水供暖系统的最不利环路是指比摩阻最小的环路，一般为最远立管环路 最不利环路比摩阻的计算与取值 最不利循环环路每米管长的沿程阻力可由下式计算：,△P—最不利环路或分支环路的循环作用压力，Pa；∑l—最不利环路 或分支环路的管路总长度，m；α—沿程损失占总压力损失的百分数（附录表4-8），一般取50%选择适当的比摩阻Rpj值是一个技术经济问题如果选用较大的Rpj值，则管径可减小 （当流量一定），但系统的压力损失增加，循环水泵的扬程增大，电能消耗增大，但初投资减小如果选用较小的Rpj值，则管径可增大，系统的阻力减小， 运行泵费用减小，但初投资增大所以全面考虑Rpj值的选取具有一定的经济意义和技术意义，为了各循环环路易于平衡，最不利环路的比摩阻Rpj ，一般取60～120Pa/m近立管环路限定流速实际计算时，为了平衡各并联环路压力损失，尽量提高近环路分支管段的R值，流速增大，局部构件产生抽吸作用，或产生旋涡、噪声。

《暖通规范》规定，最大允许的水流速度不应大于下列数值：民用建筑1.5m/s；生产厂房的辅助建筑物2m/s；生产厂房3m/s供暖系统供水干管的末端，回水干管的始端d≥20mm资用压力是系统在该入户处所能提供的循环压力，即供回水管道的压力差，它是由供热部门供热系统循环泵的扬程大小决定的，也就是外网提供的循环压力双管系统如果外网提供的压力大于资用压力，就要设置高阻调节的两通阀，单管系统如果外网提供的压力大于资用压力，就要设置低阻调节的调节阀一般来说，某一管段的沿程阻力和局部阻力之和都可以叫做资用压力资用压力是可以利用的压力，也就是系统所必须提供给用户的克服各种阻力（系统中流体流动阻力）的压力划分管段,给定d1、d2、…,求总损失,,?,结束,,是,否,,,,,根据,,,确定最不利环路,已知各管段的流量和系统的循环作用压力，确定各管段的管径（重力循环系统设计）,,,,余压10%,沿程损失占总损失的估算百分比附录4-8,计算作用压力和Rpj,,,,对于不同的水力计算任务，最不利环路的计算步骤不同划分管段,给定d1、d2、…,,求总损失,,校核入口压力多余压力在入口处克服掉,,根据推荐的比摩阻,,确定最不利环路,已知各管段的流量和系统的循环作用压力，确定各管段的管径（系统由外网集中供热）,,划分管段,给定d1、d2、…,,求总损失,,选择动力设备,,根据推荐的比摩阻,,确定最不利环路,已知各管段的流量，确定各管段的管径和系统的动力设备（机械循环，非集中供热）,,划分管段,计算流速v1、v2….,,求总损失,,校核原泵,,确定最不利环路,,求循环动力,已知各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用压力（校核水泵）,计算各分支管路,计算分支管路的资用压力,,给定分支管路 d ..d,,计算分支管路总损失,,,?,结束,,是,否,,,,,根据,,,在允许不平衡率范围内，一般为±15%,,根据并联管路损失相等,,4-2 重力（自然）循环双管供暖系统管路的水力计算方法和例题,重力循环双管系统通过散热器环路的循环作用压力的计算公式,△P —重力循环系统中，水在散热器内冷却所产生的作用压力，Pa；g —重力加速度，g=9.81m/s2；H —所计算的散热器中心与锅炉中心的高差，m;ρ供、ρ回 —供回水密度，kg/m3;△Pf —水在循环环路中冷却的附加作用压力，Pa。

通过不同立管和楼层的循环环路的作用压力ΔPf 值是不同的，按附录表3-2选定重力循环异程式双管系统的最不利循环环路是通过最远立管底层散热器的循环环路，计算应由此开始例题4-1： 确定重力循环双管热水供暖系统管路的管径热媒参数：供水温度tg=95℃，回水温度th=70℃锅炉中心距底层散热器中心距离为3m，层高为3m每组散热器的供水支管上有一截止阀95℃/70℃；层高3m；锅炉中心距底层散热器中心3m,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,⑧,⑨,,,⑩,,⑾,,⑦,,⑥,,,,,⑤,④,③,②,,①,,⑿,,⒀,,⒁,,最不利环路,,,a,b,Ⅴ,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,,,,计算步骤,1.确定最不利环路在轴侧图上给立管和管段编号，并注明各管段的热负荷和管长,2.计算最不利环路I11）求通过I1的作用压力,2）求平均比摩阻,3）求各管段流量 kg/h,。