供热工程-第四章-室内热水供暖系统的水力计算课件.ppt
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- 供热 工程 第四 室内 热水 供暖 系统 水力 计算 课件
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1、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 本章教学目的:掌握水力计算方法本章教学目的:掌握水力计算方法本章教学重点:机械循环热水供暖系统本章教学重点:机械循环热水供暖系统 管路的水力计算管路的水力计算本章教学难点:阻力平衡本章教学难点: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以确定系统中各管段的管径,是进入各管段是进入各管段的流量和进入散热器的流量符合要求的流量和进入散热器的流量符合要求,进而进而确定各管路系统的阻力损失。水力计算应在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
2、计确定了系统形式、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。重要组成部分,也是设计中的一个难点。第一节第一节 热水供暖系统管路热水供暖系统管路 水力水力 计算的基本原理计算的基本原理 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 当流体沿管道流动时,由于流体分子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;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而当流体流过管道的一些附件(如阀门、弯如阀门、弯头、三通、散热器等头、三通、散热器等
3、)时,由于流动方向或时,由于流动方向或速度的改变,产生局部旋涡和撞击,也要速度的改变,产生局部旋涡和撞击,也要损失能量。前者称为沿程损失,后者称为损失能量。前者称为沿程损失,后者称为局部损失。局部损失。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 P PPPy y+P+Pi iRl+PPi i Pa 式中式中 PP计算管段的压力损失,计算管段的压力损失,Pa;PPy y计算管段的沿程损失,计算管段的沿程损失,Pa;Pj计算管段的局部损失,计算管段的局部损失,Pa;R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。在管路的水力计算中,通
4、常把管路中水流量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和管径都没有改变的一段管子称为一个计一个计算管段算管段。任何一个热水供暖系统的管路都。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。是由许多串联或并联的计算管段组成的。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 在实际工程设计中,为了简化计算,也在实际工程设计中,为了简化计算,也有采用所谓有采用所谓“当量局部阻力法当量局部阻力法”或或“当量长当量长度法度法”进行管路的水力计算。进行管路的水力计算。当量局部阻力法当量局部阻力法(动压头法动压头法)当量局部阻当量局部阻力法的基本原
5、理是将管段的沿程损失转变为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。局部损失来计算。当量长度法当量长度法 当量长度法的基本原理是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将管段的局部损失折合为管段的沿程损失来计算。计算。三、室内热水供暖系统管路水力计算三、室内热水供暖系统管路水力计算的主要任务和方法的主要任务和方法1、室内热水供暖系统水力计算的主要任务、室内热水供暖系统水力计算的主要任务1)、已知各管道的流量和系统的循环作用压力,)、已知各管道的流量和系统的循环作用压力,确定各管段管径。这是实际工程设计的主要确定各管段管径。这是实际工程设计的主要内容内容。2)、已
6、知各管道流量和管径,确定系统所需的)、已知各管道流量和管径,确定系统所需的循环作用压力。常用于校核计算,校核水泵循环作用压力。常用于校核计算,校核水泵扬程是否满足要求。扬程是否满足要求。3)、已知各管道管径和该管段的允许压降,确)、已知各管道管径和该管段的允许压降,确定该管段的流量。常用于校核已有的热水供定该管段的流量。常用于校核已有的热水供暖系统各管段的流量是否满足需要。暖系统各管段的流量是否满足需要。2、室内热水供暖系统水力计算的方、室内热水供暖系统水力计算的方法法 等温降法和不等温降法等温降法和不等温降法 等温降法就是采用相同的设计温降进行等温降法就是采用相同的设计温降进行水力计算的一种
7、方法。该方法认为双管系统水力计算的一种方法。该方法认为双管系统每组散热器的水温降相同,如低温双管热水每组散热器的水温降相同,如低温双管热水供暖系统,每组散热器的水温降都为供暖系统,每组散热器的水温降都为25度;度;单管系统每根立管的供回水温降相同,如低单管系统每根立管的供回水温降相同,如低温单管热水供暖系统,每根立管的水温降都温单管热水供暖系统,每根立管的水温降都为为25度。在这个前提下计算各管段流量,进度。在这个前提下计算各管段流量,进而确定各管段管径。此法简便、易于计算,而确定各管段管径。此法简便、易于计算,但不易使各并联环路阻力达到平衡,运行时但不易使各并联环路阻力达到平衡,运行时易出现
8、近热远冷的水平失调问题。易出现近热远冷的水平失调问题。不等温降法在计算垂直单管系统时,不等温降法在计算垂直单管系统时,将各立管温降采用不同的数值。它是在将各立管温降采用不同的数值。它是在选定管径后,根据压力损失平衡的要求,选定管径后,根据压力损失平衡的要求,计算各立管流量,再根据流量计算立管计算各立管流量,再根据流量计算立管的实际温降,最后确定散热器的面积。的实际温降,最后确定散热器的面积。不等温降法有可能在设计上解决系统的不等温降法有可能在设计上解决系统的水平失调问题,但设计过程比较复杂。水平失调问题,但设计过程比较复杂。第二节第二节 重力循环双管系统管路重力循环双管系统管路 水力计算方法和
9、例题水力计算方法和例题 重力循环异程式双管系统的最不利循环环路是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,计算应由此通过最远立管底层散热器的循环环路,计算应由此开始。开始。最不利环路是各并联环路中允许平均比摩组最最不利环路是各并联环路中允许平均比摩组最小的一个环路,如图小的一个环路,如图4-1重力循环异程式双管系统,重力循环异程式双管系统,因所有立管上对应各层散热器的中心至锅炉中心的因所有立管上对应各层散热器的中心至锅炉中心的垂直距离都相等,所以最不利环路就是环路总长度垂直距离都相等,所以最不利环路就是环路总长度最长的立管最长的立管I的最底层散热器的最底层散热器
10、I l的环路。的环路。计算步骤:计算步骤:1选择最不利环路选择最不利环路 由图由图41可见,最不利环路是可见,最不利环路是通过立管通过立管I的最底层散热器的最底层散热器I l(1500W)的环路。这的环路。这个环路从散热器个环路从散热器Il顺序地经过管段顺序地经过管段、,进入锅炉,再经管段,进入锅炉,再经管段、11 12 13 14 15 16进入散热器进入散热器1。2计算通过最不利环路散热器计算通过最不利环路散热器Il的作用压力的作用压力PPdd.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d。(1)求单位长度平均比摩阻求单位长度平均比摩阻(2)根据各管段的热负荷,求出各管段的流量
11、根据各管段的热负荷,求出各管段的流量(3)根据根据G、Rpj,查附录表查附录表41,选择最接近,选择最接近Rpj的管径。的管径。选用的选用的Rpj越大,需要的管径越小,会降越大,需要的管径越小,会降低系统的基建投资和热损失,但系统循环水泵的投低系统的基建投资和热损失,但系统循环水泵的投资和运行电耗会随之增加。所以需要确定一个经济资和运行电耗会随之增加。所以需要确定一个经济比摩阻,使得在规定的计算年限内总费用为最小。比摩阻,使得在规定的计算年限内总费用为最小。机械循环热水供暖系统推荐选用的经济平均比摩阻机械循环热水供暖系统推荐选用的经济平均比摩阻一般为一般为6060120Pa/m。4 4确定沿程
12、压力损失确定沿程压力损失 5 5确定局部阻力损失确定局部阻力损失6计算求各管段总的压力损失计算求各管段总的压力损失 7确定环路总压力损失确定环路总压力损失 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,些在设计计算中未计入的压力损失。因此,要求系统应有要求系统应有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。(1)计算通过立管计算通过立管I第二层散热器环路的作用压力第二层散热器环路的作用压力(2)确定通过立管确定通过立管I第二
13、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。资用压力是系统在该入户处所能提供的循环压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。的调节阀。
14、一般来说,某一管段的沿程阻力和局部阻力之和一般来说,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。资用压力可以利用的压力,都可以叫做资用压力。资用压力可以利用的压力,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。统中流体流动阻力)的压力。(3)求通过底层与第二层并联环路的压降不平衡率。求通过底层与第二层并联环路的压降不平衡率。10确定通过立管确定通过立管I第三层散热器环路上各管段第三层散热器环路上各管段的管径,计算方法与前相同。计算结果如下:的管径,计算方法与前相同。计算结果如下:(1)通过立管)通过立管I第三层散热器环
15、路的作用压力第三层散热器环路的作用压力(2)管段)管段15、17、18与管段与管段13、14、l为并联为并联管路。通过管段管路。通过管段15、17、18的资用压力为的资用压力为(3)管段)管段15、17、18的实际压力损失为的实际压力损失为459+1591十十1197738Pa。(4)不平衡率)不平衡率x13(976738)97624415因因17、18管段已选用最小管径,剩余压力只能管段已选用最小管径,剩余压力只能用第三层散热器支管上的阀门消除。用第三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各层环路各管段的管径。各层环路各管段的管径。作为异程式双管系统的最不利循环环路是通作为异
16、程式双管系统的最不利循环环路是通过最远立管过最远立管I底层散热器的环路。对与它并联的其底层散热器的环路。对与它并联的其它立管的管径计算,同样应根据节点压力平衡原它立管的管径计算,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。理与该环路进行压力平衡计算确定。(1)确定通过立管)确定通过立管底层散热器环路的作用压力底层散热器环路的作用压力 (2)确定通过立管确定通过立管底层散热器环路各管段管径底层散热器环路各管段管径d。通过该双管系统水力计算结果,可以看出,第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三层的管段虽然取用了最小管径(DN15),但它的,但它的不平衡
17、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好的调节装置(如安装散热器温控阀等如安装散热器温控阀等),竖向失调,竖向失调状况难以避免。状况难以避免。第三节第三节 机械循环单管热水供暖系统机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算方法和例题管路的水力计算方法和例题 与重力循环系统相比,机械循环系统的与重力循环系统相比,机械循环系统的作用半径大,其室内热水供暖系统的总压作用半径大,其室内热水供暖系统的总压力损失一般约为力损失一般约为10-20kPa,对水平式或较,对水平式或较大
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