高等教育热水供热系统的水力工况.pptx

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,#,第十章 热水供热系统的水力工况,序：,1,、,为什么要研究水力工况：,由于各种原因将使热水供热系统中各热用户的实际流量与设计流量会不一致，这就称为热用户的水力失调。,失调的程度可用实际流量与规定流量之,比来衡量。,（,10-1,）,用户水力失调之后不仅会影响到其本身用热，在并联系统中还将影响到其他用户的用热。因此了解和掌握这种失调规律、调整方法，可以为设计中的系统设计需要服务，也可以为运行中的系统管路调节服务。,2,、本章的重点：,掌握热水供热系统水力工况的计算方法,分析热水供热系统水力工况变化规律和对系统水力失调的影响,研究改善水力失调的方法,第一节 热水网路水力工况计算的基本原理,一、,计算的基本依据由来：,室外热水网路的流动状态是处在阻力平方区,阻力平方区的流体的压降与流量之间的关系服从二次幂规律。,即,pa,（,10-2,）,处在阻力平方区的流体流动特点,1,、热水管网一般使用的管径都较大，阻力系数 仅取决于管壁的相对粗糙度。,即,2,、该区域每米管段的流动损失（比摩阻）的达西表达式就为,pa/m,（,9,2,）,3,、在阻力平方区某管段在通过单位流量（重量流量或体积流量）时的流动损失表达式即可表示如下：,首先把公式（,9-2,）和 的关系式代入,式（,10-2,），移项整理后得到：,（,10-3,）,可见，在已知水温参数下，网路中各管段的阻力,系数,S,在阻力平方区里，它只与管段的,d,、,l,和,k,，以及局部阻力当量长度 的大小有关，亦即网路各管的阻力数,S,取决于管段本身几何结构，它不随流量变化。,串联型网路的流动特点,1,、流量（各管段中的）相同：,G,G,1,G,2,G,3,2,、串联管段的总压降为：,阻力平方区或表示成,即可得到串联管路中的总阻力数与各管段阻力 数之间的关系,（,10-4,）,并联型网路的流动特点,1,、流量关系：,G,b,G,1,+G,2,+G,3,（,1,）,如由,“,当量局部阻力法,”,表示,G,和 与,S,之间的关系,（,2,）,可以得到,（,3,）,对一个有 若干根支线并联而组成的网路系统来说，该网路总并联流量 与各并联支管路的流量关系表达式，即等于,它们之间有：（,3,）式代入（,1,）,即,（,4,）,如果假设 为并联管段通导数（相当电导率）,则可有下列关系式,（,5,）,2,、并联管段的压降关系：,也即 （,6,）,由（,3,）、（,4,）、（,5,）、（,6,）关系式可以,得到如下关系：,（,10-7,）,和,（,10-6,）,根据上述这些计算的基本依据，我们就可以按需要而求出网路中串联管段的总阻力数或并联管网的总阻力数。,二、,求解网路水力工况的方法：,图解法,1,、根据 的关系可绘出热水网路的管网水力特性曲线（如第,179,页上的图,10-1,中曲线,1,或,3,）。,2,、根据网路循环水泵的样本给定的性能曲线,“,P,V,（,G,）,”,，在同样坐标系中画出泵性能曲线（如图,10-1,的曲线,2,）。,3,、求出两曲线交点就是热水网对应某个阻力特性（,1,或,3,）时的网路水力工况所处的状态点。（泵的工作点和热源总流量）,计算法：,1,、我们已通过上述分析，得到了热水网路的阻力特性方程,2,、再把水泵性能曲线（扬程,P,流量,V,）表达成函数式（,a,、,b,、,c,、,d,是拟合数据）,3,、循环泵工作在网路中，它们两关系 曲线就可联立求解,所求得的解就是网路在相应方式下的运行水力状态（水力工 况）点各参数。,二、,网路水力流动状态改变时的变工况计算步骤,根据正常水力工况下流量和压降（通常是设计工况），求出热水网路各管段和热用户系统的阻力数。,由公式（,9-13,）（,9-14,）根据供热量 求水流量 ，由公式（,9-19,）求,或由公式（,10-3,）求出各管段的阻力数,S,值,根据热水网路中管段的连接方式，利用串联 管段和并联管段总阻力数计算公式（,10-4,）和公式（,10-5,），逐步地求出正常水力工况改变 后整个系统的总阻力数。,得出整个系统的总阻力系数后，可以利用上述的图解法，画出网路的图形曲线与循环水泵特性曲线交点，求出新的工作点。或利用计算法求解新的工作点参数和的值。,顺次按各并联管段流量分配的计算方法,（见公式,10-7,）分配流量，求出网路各管段及各用户在正常工况改变后的流量。,第二节 热水网路水力工况的分析和计算,一、,对于整个网路系统来说，各热用户的水力失调状况是下面几种形式,1,、一致性失调：当网路中各热用户的水力失调度都大于,1,（或都小于,1,）,一致性失调,2,、不一致性失调：当网路中各热用户水力失调度 有的大于,1,，有的小于,1,时,二、根据上述水力工况计算的基本原理，就可分析和计算热水网络的流量分配，研究它的水力失调状态。如,当网路中各管段和各热用户的阻力数已知时，也可以用求出各用户占总流量的比例方法，来分析网路 水力工况变化的规律。,如上图，利用总阻力系数的概念，用户,1,处,（压差或流动阻力）可用下式确定,式中：热用户,1,分支点的网路总阻力数（用户,1,到用户,n,的总阻力数）,由式（,10-10,），可得出用户,1,占总流量的比例，即相对流量比,对用户,2,，同理 可用下式表示,（,10-12,）,式中 热用户分支点的网路总阻力数（用户,2,到用户,n,的总阻力数）,从另一分析来看，用户,1,分支点处的 也可写成,或,（,10-13,）,式中 热用户,1,之后的网路总阻力数（注意，不包括用户,1,和分式线）,将（,10-12,）与式（,10-13,）两式相除，可得,则,（,10-14,）,根据上述推算，可以得出第,m,个用户的相对流量比,为,（,10-15,）,由（,10-15,）可以得出如下结论：各用户的相,对流量比仅取决于网路各管段和用户的阻力数，而,与网路流量无关。第,d,个用户与第,m,个用户,（,md,）之间的流量比，仅取决于用户,d,和用户,d,之后（按水流方向）各管段和用户的阻力数。而与用户,d,以前各管段和用户的阻力数无关。,假如要比较,d,4,，,m,7,，而（,md,）两支路的流量关系,（,10-16,）,三、,下面以几种常见的水力工况变化情况为例，根据上述基本原理，并利用水压图定性地分析水力失调的规律性,。,当节流阀门,A,（关小）时的水力工况：,当,A,门关小时，网路的总阻力数增加（,A,门在供水干管上），在假定循环水泵的扬程不变时（简化分析方便），由 式可知总流量,V,将减少。,由于热用户,1,至,5,的网路干管和用户分支管的阻力数没改变，因而，根据式（,10-16,）的推论可以肯定，各热用户的流量分配比例也不变，即都按同一比例减少，网路产生一致性的等比失调。各热用户的作用压差也是按相同的比例减少。,当节流供水干管处在各用户中间的阀门,B,时 的水力工况：,当节流门,B,时，网路的总阻力数增加，总流量,V,将减少。供水管和回水管的水压线均将变得平缓一些，并且在门,B,点出现一个急剧下降。此时，对应节流,门后的用户相对于本身压阻不变，而总作用压力却,减少了，它们的流量将按相同的比例减小。它们的,作用压力也按同样比例减少，将出现一致的等比失,调。,对应节流门,B,前的用户，各用户将按不同的比例增加流量，它们的作用压力也都有增加，但比例不同，这些用户将出现不等比的一致性失调。,当节流用户,3,的支路上阀门,C,时的水力工况 网路的总阻力数将增加，总流量,V,将减少,从热源到用户,3,之间的用户，水压线变平缓一些，但流量还是增加的。用户,3,之后的作用压差增加（因假设热水网扬程不变），流量也将增加。,由图（,10-3,）的,“,d,”,水压图可以看出，在整个网路中，除用户,3,以外的所有热用户的作用压差和流量都会增加，出现一致失调。对用户,3,后的用户将是等比的一致失调，对于用户,3,前面的热用户,1,和,2,将是不等比的 一致失调。,在热水网络运行时，有些热用户的作用压头会出现低于设计值，须增设加压泵。如图,10,4,所示在用户,3,支路上增装加压泵时的水力工况：,在用户支路,3,上安装加压泵相当于在该支线上增加了一个负的阻力。,由于用户,3,上的阻力数减小，在所有其他管段和热用户未采用调节措施，阻力数不变的情况下，整个网路的总阻力数,S,值必然相应减少，在假设循环水泵扬程不变时，热力网总流量必然增加。,热用户,3,之前的干线,AB,和,EF,流量增大，动水压曲线变陡，用户,1,和,2,的资用压头减少，呈非等比失调。,热用户,3,之后的用户,4,、,5,的作用压头减少，呈等比失调,热用户,3,本身因回水加压泵的作用，流量增加，支路压力损失增大,由此可见，在用户处加装加压泵，能够起到增,加该用户流量的作用，但同时会加大热网总循环水,量和前端干线的压力损失，而且其他热用户的资用,压头和循环水量将相应减少，甚至使原来流量符合,要求的用户反而流量不足，因此须统筹考虑。,【,例题,10-1】,网路在正常工况时的水压图和各热用户的流量如图,10-5,所示。如关闭热用户,3,，试求其它各用户的流量及其水力失调程度。,【,解,】1.,根据正常工况下的流量和压降，求网路干管（包括供、回水管）和各用户的阻力数,s,。,(1),求热用户,3,之后的网路总阻力数,S,5,3010,4,/200,2,=7.5,（,2,）求用户,2,之后网路总阻力系数（用户,3,关闭，下同）,S,5,S,5,+S,7.5+1.11,8.61,（,3,）求热用户,2,分支点的网路总阻力数,S,2,5,。热用户,2,与热用户,2,之后的网路并联，故总阻力数,S,2,5,可由式（,10-6,）求得：,（,2,）求热用户,2,的流量,可计算出各热用户的作用压差，其结果列于表,10-2.,图,10-5,中虚线表示水力工况变化后的各用户的作用压差变化图。,解题步骤：,1,、根据正常工况下的流量和压降，求网路干管（包括供回水）和各热用户的阻力数,已知条件是：各管段的流量和压力降数值,2,、计算水力工况改变后网路的总阻力数,S,首先从改变工况的节点处之后的网路开始计算（如从本题用户,3,之后），逐步向前推。,一般先计算供水干管的阻力数，采用干管流量和对应的压力降数值计算。,再计算这部分支点（分流支点）上的热用户在 内的某分支点的网路总阻力数。,如此逐个支线、干线地（按网路中的分流支,点）从发生调节作用的分流支点开始向热源方向逐个推进计算，直至把整个网路的总阻力数计算 出来为止。,3,、,计算网路在工况变动后的总流量,V,（是假定在网路循环水泵的扬程不变时）,须已知网路总作用压差 和总阻力数,S,4,、根据各并联管段流量分配比例的计算公式，求各热用户在工况改变后流量,运用上面已求出的各管段和网路的阻力数。,5,、确定工况变动后各用户的作用压差,各用户的作用压差在工况改变之后应等于热源出口的总作用压差减去该用户之前的供水干管作用压差，剩余下的就是作用在该用户上的压差。可按此道理逐一计算。,由上述例题分析可知，只要热网各管段及各热用户的阻力数为已知值，则可以通过计算方法来确定网路的水力工况。,网路的水力工况就是指各管段和各热用户的流量以及相应的作用压头状况。,第三节 热水网路的水力稳定性,所谓水力稳定性就是指网路中各个热用户在其它热用户流量改变时保持本身流量不变的能力。,通常用热用户的规定流量 和工况变动后可能达到的最大流量 的比值,y,来衡量网路的水力稳定性：即,式中 水力最大失调度。,其中：,热用户的规定流量：（,10-18,）,式中,是热用户在正常工况下的作用压差,是热用户及用户支管的总阻力数,而热用户可能出现的最大流量 是在其他热用户全停止运行时，即热源出口所有压差作用在该用户一家支路上，网路干管的流阻接近零时,（,10-19,）,是热源出口的作用压差,可以近似地认为等于网路正常工况下的网路干管的压力损失 和这个用户在正常工况下的压力损失 之和 即,因此这个用户可能的最大流量计算式可以,改写为,（,10-20,）,于是该用户的水力稳定性可用下式表示,（,10-21,）,实际热水网系统中,y,在,0,1,之间变化，因此当水力工况发生变化时，任何热用户流量改变，它的一部分流量将转移到其他热用户中去，而其余部分则体现在网路总的流量较变化前流量的差值变化上。,提高热水网路水力稳定性的方法是减小网路干管的压降，或相对地增大用户系统压降。,