室内热水供暖系统的水力计算图文.pptx

1.计算目的：计算目的：为使系统中各管段的水流量符合设计要求为使系统中各管段的水流量符合设计要求,以保以保证流进各散热器的水流量符合需要。证流进各散热器的水流量符合需要。2.计算管段计算管段:管路中水流量和管径都没有改变的一段管子。管路中水流量和管径都没有改变的一段管子。4-1、热水供暖系统管路水力计算的基本原理、热水供暖系统管路水力计算的基本原理 一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式 供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示：Pa l式中式中 计算管段的压力损失，计算管段的压力损失，Pa；l 计算管段的沿程损失，计算管段的沿程损失，Pa；l 计算管段的局部损失，计算管段的局部损失，Pa；l 每米管长的沿程损失，每米管长的沿程损失，Pa/m；l 管段长度，管段长度，m。第四章第四章 室内热水供暖系统的水力计算室内热水供暖系统的水力计算 二、当量局部阻力法和当量长度法二、当量局部阻力法和当量长度法 l在实际工程设计中，为了简化计算，也有采用所谓在实际工程设计中，为了简化计算，也有采用所谓“当当量局部阻力法量局部阻力法”或或“当量长度法当量长度法”进行管路的水力计算。进行管路的水力计算。l当量局部阻力法（动压头法）当量局部阻力法的基本原当量局部阻力法（动压头法）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理是将管段的沿程损失转变为局部损失来计算。第四章第四章 室内热水供暖系统的水力计算室内热水供暖系统的水力计算 沿程损失沿程损失:流体沿管道流过时流体沿管道流过时,由于流体分子间及其与管由于流体分子间及其与管壁间的摩擦壁间的摩擦,就要损失能量。就要损失能量。热水在室内供暖系统管路内的流动状态热水在室内供暖系统管路内的流动状态,几乎都几乎都是处在是处在过渡区过渡区内。内。室外热水网路都采用较高的流速室外热水网路都采用较高的流速,热水的流动热水的流动状态大多处于状态大多处于阻力平方区阻力平方区内。内。局部损失局部损失:流体流过管道的一些附件时流体流过管道的一些附件时,由于流动方向或速由于流动方向或速度的改变度的改变,产生局部漩涡和撞击产生局部漩涡和撞击,要损失能量。要损失能量。三、室内热水供暖系统管路水力计算的主要三、室内热水供暖系统管路水力计算的主要任务和方法任务和方法l室内热水供暖系统管路水力计算的主要任务，通常为：室内热水供暖系统管路水力计算的主要任务，通常为：l1.按已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力（压按已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力（压头），确定各管段的管径；头），确定各管段的管径；l2.按已知系统各管段的流量和各管段的管径，确定系统按已知系统各管段的流量和各管段的管径，确定系统所必需的循环作用压力（压头）；所必需的循环作用压力（压头）；l3.按已知系统各管段的管径和该管段的允许压降，确定按已知系统各管段的管径和该管段的允许压降，确定通过该管段的水流量。通过该管段的水流量。室内热水供暖管路系统是由许多串联或并联管段组成室内热水供暖管路系统是由许多串联或并联管段组成的管路系统的管路系统第四章第四章 室内热水供暖系统的水力计算室内热水供暖系统的水力计算 l进行第一种情况的水力计算时，可以预先求出最不利循进行第一种情况的水力计算时，可以预先求出最不利循环环路或分支环路的平均比摩阻环环路或分支环路的平均比摩阻。Pa/m l式中式中 最不利循环环路或分支环路的循环作用压力，最不利循环环路或分支环路的循环作用压力，Pa；l 最不利循环环路或分支环路的管路总长度，最不利循环环路或分支环路的管路总长度，m；l 沿程损失约占总压力损失的估计百分数沿程损失约占总压力损失的估计百分数 第四章第四章 室内热水供暖系统的水力计算室内热水供暖系统的水力计算 l根据算出的根据算出的 Rpj 及环路中各管段的流量及环路中各管段的流量,利用利用水力计算图表水力计算图表,可选出最接近的管径可选出最接近的管径,并求出最并求出最不利循环环路或分支环路中各管段的实际压力不利循环环路或分支环路中各管段的实际压力损失和整个环路的总压力损失值。损失和整个环路的总压力损失值。4-2 重力重力(自然自然)循环双管供暖系统管路水循环双管供暖系统管路水力计算方法和例题力计算方法和例题l【例例题题4-1】确确定定重重力力循循环环双双管管热热水水供供暖暖系系统统管管路路的的管管径径（见见图图4-7）。热热媒媒参参数数：供供水水温温度度=95，回回水水温温度度=70。锅锅炉炉中中心心距距底底层层散散热热器器中中心心距距离离为为3m，层层高高为为3m。每每组组散散热热器器的的供供水支管上有一截止阀。水支管上有一截止阀。第四章第四章 室内热水供暖系统的水力计算室内热水供暖系统的水力计算 解：解：图为该系统两个支路中的一个支路。图为该系统两个支路中的一个支路。图上小圆圈内的数字表示管段号。图上小圆圈内的数字表示管段号。圆圈旁的数字：上行表示管段热负荷（圆圈旁的数字：上行表示管段热负荷（w），下），下行表示管段长度（行表示管段长度（m）。）。散热器内的数字表示其热负荷（散热器内的数字表示其热负荷（w）。）。罗马字表示立管编号罗马字表示立管编号。计算步骤：计算步骤：1.选择最不利环路选择最不利环路 通过立管的最底层散热器（通过立管的最底层散热器（1500m）的环路。）的环路。从散热器顺序地经过管段，进入锅炉，再经管从散热器顺序地经过管段，进入锅炉，再经管段进入散热器。段进入散热器。2.计算通过最不利环路散热器的作用压力。计算通过最不利环路散热器的作用压力。立管立管1距锅炉的水平距离在距锅炉的水平距离在3050m范围内，下层散热器中心范围内，下层散热器中心距锅炉中心的垂直高度小于距锅炉中心的垂直高度小于15。因此，查附录，得因此，查附录，得;根据供回水温度，查附录，得根据供回水温度，查附录，得将已知数字代入上式，得：将已知数字代入上式，得：3.确定最不利环路各管段的管径确定最不利环路各管段的管径(1)求单位长度平均比摩阻：求单位长度平均比摩阻：将各数字代入上式，得将各数字代入上式，得(2)根据各管段的热负荷，求出各管段的流量，计算根据各管段的热负荷，求出各管段的流量，计算公式如下：公式如下：(3)根据根据G,Rpj查附表，选择最接近查附表，选择最接近Rpj的管径。的管径。将查出的将查出的d,R,v,G值列入表中。值列入表中。4.确定长度压力损失确定长度压力损失 将每一管段将每一管段R与与l相乘，列入水力计算表中相乘，列入水力计算表中5.确定局部阻力损失确定局部阻力损失Z根据系统图中管路的实际情况，列出各管段根据系统图中管路的实际情况，列出各管段局部阻力管件名称。利用附录表，将其阻力局部阻力管件名称。利用附录表，将其阻力系数系数 记于表中，最后将各管段总局部阻记于表中，最后将各管段总局部阻力系数力系数 列入表中。列入表中。在统计局部阻力时，对于三通和四通管件的在统计局部阻力时，对于三通和四通管件的局局部阻力系数，应列在流量较小的管段部阻力系数，应列在流量较小的管段上。上。利用附录表，根据管段流速利用附录表，根据管段流速v，可查出动压头，可查出动压头值值 ，列入表第，列入表第10栏中。栏中。根据根据 将求出的将求出的 值列入表第值列入表第11栏中。栏中。6.求各管段的压力损失求各管段的压力损失 将表中第将表中第8栏与第栏与第11栏相加，列入表第栏相加，列入表第12栏中。栏中。7.求环路总压力损失，即求环路总压力损失，即8.计算富裕压力值。计算富裕压力值。考虑由于施工的具体情况，可能增加一些在设计考虑由于施工的具体情况，可能增加一些在设计计算中未计入的压力损失。因此，要求系统应计算中未计入的压力损失。因此，要求系统应有有10%以上的富裕度以上的富裕度。9.确定通过立管确定通过立管1第二层散热器环路中各管段的管径第二层散热器环路中各管段的管径求平均比摩阻求平均比摩阻根据并联环路节点平衡原理（管段根据并联环路节点平衡原理（管段15，16与管段与管段1，14为并联管路），通过第二层管段为并联管路），通过第二层管段15，16的资用的资用压力为压力为管段管段15，16的总长度为的总长度为5，平均比摩阻为，平均比摩阻为根据同样方法，按根据同样方法，按15和和16管段的流量管段的流量G及及Rpj，确，确定管段的定管段的d，将相应的，将相应的R,v值列入表中。值列入表中。求通过底层与第二层并联环路的压降不平衡求通过底层与第二层并联环路的压降不平衡率率 此相对差额在允许此相对差额在允许 范围内。范围内。10.确定通过立管确定通过立管1第三层散热器环路上各管段的第三层散热器环路上各管段的管径管径计算方法与前相同；计算方法与前相同；通过立管通过立管1第三层散热器环路的作用压力：第三层散热器环路的作用压力：管段管段15，17，18与管段与管段13，14，1为并联管路。为并联管路。通过管段通过管段15，17，18的资用压力为：的资用压力为：管段管段15，17，18的实际压力损失为：的实际压力损失为：459+159.1+119.7=738pa不平衡率：不平衡率：因因17,18管段已选用最小管径管段已选用最小管径,剩余压力只能用第三剩余压力只能用第三层散热器支管上的阀门消除层散热器支管上的阀门消除.11.确定通过立管确定通过立管2各层环路各管段的管径各层环路各管段的管径此异程式双管系统的最不利循环环路是通过最远立此异程式双管系统的最不利循环环路是通过最远立管管1底层散热器的环路。底层散热器的环路。对与它并联的其它立管的管径计算，同样应根据节对与它并联的其它立管的管径计算，同样应根据节点压力平衡原理与该环路进行压力平衡计算确定。点压力平衡原理与该环路进行压力平衡计算确定。确定通过立管确定通过立管2底层散热器环路的作用压力底层散热器环路的作用压力确定通过立管确定通过立管2底层散热器环路各管段管径底层散热器环路各管段管径 管段管段1923与管段与管段1，2，12，13，14为并联环路，为并联环路，对立管对立管2与立管与立管1可列出下式，从而求出管段可列出下式，从而求出管段1923的资用压力：的资用压力：管段管段1923的水力计算同前，结果列入表中，其的水力计算同前，结果列入表中，其总阻力损失总阻力损失与立管与立管1并联环路相比的不平衡率刚好为零。并联环路相比的不平衡率刚好为零。通过立管通过立管2的第二，三层各环路的管径确定方法与的第二，三层各环路的管径确定方法与立管立管1中的第二，三层环路计算相同，不再叙述。中的第二，三层环路计算相同，不再叙述。其计算结果列入表中。其它立管的水力计算方法其计算结果列入表中。其它立管的水力计算方法和步骤完全相同。和步骤完全相同。12.通过该双管系统水力计算结果，可以看出，第三通过该双管系统水力计算结果，可以看出，第三层的管段虽然取用了最小管径（层的管段虽然取用了最小管径（DN15)，但它的，但它的不平衡率大于不平衡率大于15%。这说明对于高于三层以上的。这说明对于高于三层以上的建筑物，如采用上供下回式的双管系统，若无良建筑物，如采用上供下回式的双管系统，若无良好的调节装置（如安装散热器温控阀等），竖向好的调节装置（如安装散热器温控阀等），竖向失调状况难以避免。失调状况难以避免。4-3、机械循环单管热水供暖系统管路的水、机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算方法和例题力计算方法和例题 与重力循环系统相比，机械循环系统的作用半与重力循环系统相比，机械循环系统的作用半径大，传统的室内热水供暖系统的径大，传统的室内热水供暖系统的总压力损失一总压力损失一般约为般约为1020kPa；对于分户采暖等水平式或大型；对于分户采暖等水平式或大型的系统，可达的系统，可达2050kPa。第四章第四章 室内热水供暖系统的水力计算室内热水供暖系统的水力计算 传统的采暖系统进行水力计算时，机械循环室内传统的采暖系统进行水力计算时，机械循环室内热水供暖系统多根据入口处的资用循环压力，热水供暖系统多根据入口处的资用循环压力，按最不利循环环路的平均比摩阻按最不利循环环路的平均比摩阻Rpj来选用该来选用该环路各管段的管径。当入口处资用压力较高时，环路各管段的管径。当入口处资用压力较高时，管道流速和系统实际总压力损失可相应提高。管道流速和系统实际总压力损失可相应提高。但在实际工程设计中，最不利循环环路的各管但在实际工程设计中，最不利循环环路的各管段水流速过高，各并联环路的压力损失难以平段水流速过高，各并联环路的压力损失难以平衡，所以衡，所以常用控制常用控制Rpj值的方法，按值的方法，按Rpj=60120Pa/m选取管径选取管径。剩余的资用循环。剩余的资用循环压力，由入口处的调压装置节流。压力，由入口处的调压装置节流。l确确定定图图4-9机机械械循循环环垂垂直直单单管管顺顺流流异异程程式式热热水水供供暖暖系系统统管管路路的的管管径径。热热媒媒参参数数：供供水水温温度度=95，回回水水温温度度=70。系系统统与与外外网网连连接接。在在引引入入口口处处外外网网的的供供回回水水压压差差为为30kPa。图图4-9表表示示出出系系统统两两个个支支路路中中的的一一个个支支路路。散散热热器器内内的的数数字字表表示示散热器的热负荷。楼层高为散热器的热负荷。楼层高为3m。【例题例题4-2】第四章第四章 室内热水供暖系统的水力计算室内热水供暖系统的水力计算 步骤见书 中详解第四章第四章 室内热水供暖系统的水力计算室内热水供暖系统的水力计算 解：解：1.在轴侧图上进行管段编号，立管编号并注明各在轴侧图上进行管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和管长。管段的热负荷和管长。2.确定最不利环路确定最不利环路本系统为异程式单管系统，取最远立管的环路作本系统为异程式单管系统，取最远立管的环路作为最不利环路，即从入口到立管为最不利环路，即从入口到立管5。这个环路。这个环路包括管段包括管段1到管段到管段12。3.计算最不利环路各管段的管径。计算最不利环路各管段的管径。引入口处外网的供回水压差较大，但系统中各引入口处外网的供回水压差较大，但系统中各环路的压力损失易于平衡。采用推荐的平均环路的压力损失易于平衡。采用推荐的平均比摩阻比摩阻 Rpj大致为大致为60120pa/m来确定最不利来确定最不利环路各管段的管径。环路各管段的管径。根据下式确定各管段的流量根据下式确定各管段的流量:根据根据G和选用的和选用的Rpj值查附表，将查出的各值查附表，将查出的各管段管段d,R,v值列入水力计算表中。值列入水力计算表中。算出最不利环路的总压力损失算出最不利环路的总压力损失 入口处的剩余循环压力用调节阀节流消耗入口处的剩余循环压力用调节阀节流消耗掉掉。4.确定立管确定立管4的管径的管径立管立管4与最末端供回水干管和立管与最末端供回水干管和立管5，即管段，即管段6，7为并联环路。根据并联环路节点压力平衡为并联环路。根据并联环路节点压力平衡原理，立管原理，立管4的资用压力可由下式确定：的资用压力可由下式确定：两根立管各层热负荷的分配比例大致相等，两根立管各层热负荷的分配比例大致相等，因而，因而 。立管立管4的平均比摩阻为：的平均比摩阻为：根据根据Rpj和和G值，选立管值，选立管4的立，支管的管径，的立，支管的管径，取取DN15*15。计算出立管计算出立管4的总压力损失为的总压力损失为2941pa。与立管与立管5的并联环路相比，其不平衡率：的并联环路相比，其不平衡率：在允许值在允许值 范围之内范围之内。5.确定立管确定立管3的管径的管径立管立管3与管段与管段58并联。同理，资用压力并联。同理，资用压力立管管径选用立管管径选用DN15*15。计算结果，立管。计算结果，立管3总总压力损失为压力损失为2941pa。不平衡率不平衡率16.5%，稍超过允许值。，稍超过允许值。6.确定立管确定立管2的管径的管径立管立管2与管段与管段49并联。同理，资用压力并联。同理，资用压力立管选用最小管径立管选用最小管径DN15*15。计算结果，立管计算结果，立管2总压力损失为总压力损失为2941pa。不平衡率不平衡率25.3%，超过允许值。，超过允许值。7.确定立管确定立管1的管径的管径立管立管1与管段与管段310并联。同理，资用压力并联。同理，资用压力立管选用最小管径立管选用最小管径DN15*15。计算结果，立管计算结果，立管1总压力损失为总压力损失为3517pa。不平衡率不平衡率24.3%，超过允许值，剩余压头用立管阀，超过允许值，剩余压头用立管阀门消除。门消除。通过上述计算可以看出通过上述计算可以看出：1.例题例题1与例题与例题2的系统热负荷，立管数，热媒参的系统热负荷，立管数，热媒参数和供热半径都相同，机械循环系统的作用压数和供热半径都相同，机械循环系统的作用压力比重力循环系统大地多，系统的管径就细很力比重力循环系统大地多，系统的管径就细很多。多。2.由于机械循环系统供回水干管的由于机械循环系统供回水干管的R值选用较大，值选用较大，系统中各立管之间的并联环路压力平衡较难。系统中各立管之间的并联环路压力平衡较难。例题例题2中，立管中，立管1，2，3的不平衡率都超过的不平衡率都超过 15%的允许值。在系统初调节和运行时，只的允许值。在系统初调节和运行时，只能靠立管上的阀门进行调节，否则例题能靠立管上的阀门进行调节，否则例题2的异的异程式系统必然回出现近热远冷的水平失调。如程式系统必然回出现近热远冷的水平失调。如系统的作用半径较大，同时又采用异程式布置系统的作用半径较大，同时又采用异程式布置管道，则水平失调现象更难以避免。管道，则水平失调现象更难以避免。3.为避免采用例题为避免采用例题2的水力计算方法而出现立管的水力计算方法而出现立管之间环路压力不易平衡的问题，在工程设计中，之间环路压力不易平衡的问题，在工程设计中，可采用下面的一些设计方法，来防止或减轻系可采用下面的一些设计方法，来防止或减轻系统的水平失调现象。统的水平失调现象。供，回水干管采用同程式布置；供，回水干管采用同程式布置；仍采用异程式系统，但采用仍采用异程式系统，但采用“不等温降不等温降”方法方法进行水力计算；进行水力计算；仍采用异程式系统，采用首先计算最近立管环仍采用异程式系统，采用首先计算最近立管环路的方法。路的方法。二、散热器的进流系数二、散热器的进流系数 在在单单管管热热水水供供暖暖系系统统中中，立立管管的的水水流流量量全全部部或或部部分分地地流流进进散散热热器器。流流进进散散热热器器的的水水流流量量与与通通过过该该立立管管水水流流量量的的比比值值，称称作作散散热热器器的的进进流流系系数数，可用下式表示，可用下式表示在在垂垂直直式式顺顺流流热热水水供供暖暖系系统统中中，散散热热器器单单侧侧连连接接时时，=1.0；散散热热器器双双侧侧连连接接，通通常常两两侧侧散散热热器器的的支支管管管管径径及及其其长长度度都都相相等等时时，=0.5。当当两两侧侧散散热热器器的的支支管管管管径径及及其其长长度度不不相相等等时时，两两侧侧的的散散热热器器进进流流系系数数就就不不相相等等了。了。第四章第四章 室内热水供暖系统的水力计算室内热水供暖系统的水力计算 l 同程式系统的特点是通过各个并联环路的总长度都同程式系统的特点是通过各个并联环路的总长度都相等。在供暖半径较大（一般超过相等。在供暖半径较大（一般超过50m以上）的室内以上）的室内热水供暖系统中，同程式系统得到较普遍地应用。现热水供暖系统中，同程式系统得到较普遍地应用。现通过下面例题，阐明同程式系统管路水力计算方法和通过下面例题，阐明同程式系统管路水力计算方法和步骤。步骤。l【例题例题4-3】将例题将例题4-2的异程式系统改为同程式系统。的异程式系统改为同程式系统。已知条件与例题已知条件与例题4-2相同。管路系统图见图相同。管路系统图见图4-12。第四章第四章 室内热水供暖系统的水力计算室内热水供暖系统的水力计算 同程式系统管路系统图 第四章第四章 室内热水供暖系统的水力计算室内热水供暖系统的水力计算 4-4、分户采暖热水供暖系统管路的水力、分户采暖热水供暖系统管路的水力 算原则和方法算原则和方法l一、室内热水供暖系统管路的阻力数一、室内热水供暖系统管路的阻力数 无论是室外热水网路或室内热水供暖系统，热无论是室外热水网路或室内热水供暖系统，热水管路都是由许多串联和并联管段组成的。热水管路都是由许多串联和并联管段组成的。热水管路系统中各管段的压力损失和流量分配，水管路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取决于各管段的连接方法串联或并联连接，串联或并联连接，以及各管段的阻力数以及各管段的阻力数s值。值。第四章第四章 室内热水供暖系统的水力计算室内热水供暖系统的水力计算（一）串联管路（一）串联管路 s=s1+s2+s3l结论：结论：串联管路上，管路总阻力数是各串联串联管路上，管路总阻力数是各串联 管段管路阻力数之和。管段管路阻力数之和。l（二）并联管路二）并联管路 a=a1+a2+a3 a=1/s1 根号根号l结论：结论：并联管路上，各分支管段的流量分并联管路上，各分支管段的流量分 配与其通导数成正比。配与其通导数成正比。l二二.水力计算的数学模型水力计算的数学模型1.基尔霍夫第一定律（电流定律）基尔霍夫第一定律（电流定律）G=G1+G2 流入节点与流出节点流量的代数和为零。流入节点与流出节点流量的代数和为零。2.基尔霍夫压降定律基尔霍夫压降定律 对于供暖系统的任意一个回路，各管段的压对于供暖系统的任意一个回路，各管段的压降代数和为零。即凡是有共同分流点与汇流点降代数和为零。即凡是有共同分流点与汇流点的压降相等。的压降相等。l分户采暖热水供暖系统管路的水力计算原则和分户采暖热水供暖系统管路的水力计算原则和方法方法1.分户采暖系统的户内水平管的平均比摩阻分户采暖系统的户内水平管的平均比摩阻Rpj选取较大，选取较大，Rpj=100120 Pa/m;2.单元立管的平均比摩阻单元立管的平均比摩阻Rpj选取较小，选取较小，Rpj=4060 Pa/m;3.Rpj由使用和运行的技术问题确定参数。由使用和运行的技术问题确定参数。见书见书P115第四章第四章 室内热水供暖系统的水力计算室内热水供暖系统的水力计算