第四章热水采暖系统的水力计算1课件.ppt

1、LOGOGONG RE GONG CHENGu知识目标：知识目标：u1、熟悉水力计算的基本原理、熟悉水力计算的基本原理；u2、掌握采暖系统水力计算的任务和方法掌握采暖系统水力计算的任务和方法；u3、掌握机械循环热水采暖系统的水力计算的方法、掌握机械循环热水采暖系统的水力计算的方法和步骤。和步骤。u能力目标：能力目标：u1、能进行一般室内采暖工程的施工图设计计算；、能进行一般室内采暖工程的施工图设计计算；u2、能熟练使用常用的水力计算图表；、能熟练使用常用的水力计算图表；u3、能运用水力计算的基本原理分析解决工程实际、能运用水力计算的基本原理分析解决工程实际中存在的问题。中存在的问题。123 在

2、管路的水力计算中，通常把管路中水流量和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。的计算管段组成的。当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与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的一些附件(如阀门、弯头、三通、散热器等如阀门、弯头、三通、散热器等)时，时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，由于流动

3、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，后者称为局部也要损失能量。前者称为沿程损失，后者称为局部损失。损失。PPy+PiRl+Pi P计算管段的压力损失，Pa；Py计算管段的沿程损失，Pa；Pi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。u（1）沿程压力损失）沿程压力损失u 根据达西公式，沿程压力损失可用下式计算根据达西公式，沿程压力损失可用下式计算22dlP y Pa (4-1)单位长度的沿程压力损失，也就是单位长度的沿程压力损失，也就是比摩阻比摩阻R R的计算公式为的计算公式为22dlPRy Pa/m (4-2)u 式中式中 沿程

4、压力损失，沿程压力损失，Pa u 管段的摩擦阻力系数；管段的摩擦阻力系数；u d管子的内径，管子的内径，m；u 流体的密度，流体的密度，kg/m3；u 管中流体的速度，管中流体的速度，ms；u 管段的长度，管段的长度，m。u实际工程计算中，往往已知流量，则公式实际工程计算中，往往已知流量，则公式(5-2)中的流速中的流速v可以用质量流量可以用质量流量G表示表示yPl2290043600dGdG式中式中 G为管段中水的质量流量，为管段中水的质量流量，kgh。5281025.6dGR附录附录D-1就是按上式编制的热水采暖系统管道水力计算表。就是按上式编制的热水采暖系统管道水力计算表。R=f(d、G

5、)kdf,式中式中 管段的局部阻力系数之和管段的局部阻力系数之和（2）局部压力损失）局部压力损失22jp（3）总损失）总损失)2()(2RlPPPjy(1)已知各管段的流量和循环作用压力，确定各管段管径。已知各管段的流量和循环作用压力，确定各管段管径。(2)已知各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用压已知各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用压力。力。(3)已知各管段管径和该管段的允许压降，确定该管段的流已知各管段管径和该管段的允许压降，确定该管段的流量。量。2.2.1 最不利环路计算最不利环路计算(1)最不利环路的选择确定最不利环路的选择确定 采暖系统是由各循环环路所组成的，所谓最不

6、利环路，采暖系统是由各循环环路所组成的，所谓最不利环路，就是允许平均比摩阻最小的一个环路。可通过分析比较确就是允许平均比摩阻最小的一个环路。可通过分析比较确定，对于机械循环异程式系统，最不利环路一般就是环路定，对于机械循环异程式系统，最不利环路一般就是环路总长度最长的一个环路。总长度最长的一个环路。(2)根据已知温降，计算各管段流量根据已知温降，计算各管段流量hghgttQttQG86.0)(10187.436003（4-16）式中式中 Q各计算管段的热负荷，各计算管段的热负荷，W；系统的设计供水温度，系统的设计供水温度，gt系统的设计回水温度，系统的设计回水温度，。ht(3)根据系统的循环作

7、用压力，确定最不利环路的平均比摩根据系统的循环作用压力，确定最不利环路的平均比摩阻阻pjRlPRpj(4-17)式中式中 最不利环路的平均比摩阻，最不利环路的平均比摩阻，Pa/m；p最不利环路的循环作用压力，最不利环路的循环作用压力，Pa；沿程压力损失占总压力损失的估计百分数，查附录沿程压力损失占总压力损失的估计百分数，查附录D-6确定确定值；值；环路的总长度，环路的总长度，m m。pjRla,b,b,选择适当的比摩阻选择适当的比摩阻Rpj 选择适当的比摩阻选择适当的比摩阻R Rpjpj值是一个技术经济问题。值是一个技术经济问题。如果选用较大的如果选用较大的R Rpjpj值，则管径可减小值，则

8、管径可减小 (当流量一定当流量一定)，但系，但系统的压力损失增加统的压力损失增加,循环水泵的扬程增大，电能消耗增大循环水泵的扬程增大，电能消耗增大,但初但初投资减小。投资减小。如果选用较小的如果选用较小的R Rpjpj值，则管径可增大，系统的阻力减小值，则管径可增大，系统的阻力减小,运行泵费用减小运行泵费用减小,但初投资增大。但初投资增大。所以全面考虑所以全面考虑R Rpjpj值的选取具有一定的经济意义和技术意义，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为了各循环环路易于平衡，最不利环路的比摩阻R Rpjpj，一般取，一般取6060120Pa/m120P

9、a/m。(4)根据根据Rpj和各管段流量，选出最接近的管径，确定该管和各管段流量，选出最接近的管径，确定该管径下管段的实际比摩阻径下管段的实际比摩阻R和实际流速和实际流速。(5)确定各管段的压力损失，进而确定系统总的压力损失。确定各管段的压力损失，进而确定系统总的压力损失。2.2.2 其它环路计算其它环路计算 其它环路的计算是在最不利环路计算的基础上进行的。其它环路的计算是在最不利环路计算的基础上进行的。应遵循并联环路压力损失平衡的规律，来进行各环路的计应遵循并联环路压力损失平衡的规律，来进行各环路的计算。算。4.3 4.3 机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算机械循环单管热水供暖系统管路的

10、水力计算(1)与重力循环系统相比，机械循环系统的作用半径大，其室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力损失一般约为内热水供暖系统的总压力损失一般约为10-20kPa，对水，对水平式或较大型的系统，可达平式或较大型的系统，可达2050kPa。(2)(2)在机械循环系统中，循环压力主要是由水泵提供，同时也在机械循环系统中，循环压力主要是由水泵提供，同时也存在着重力循环作用压力。存在着重力循环作用压力。管道内水冷却产生的重力循环作用压力，占机械循环管道内水冷却产生的重力循环作用压力，占机械循环总循环压力的比例很小，可忽略不计。总循环压力的比例很小，可忽略不计。对机械

11、循环双管系统，水在各层散热器冷却所形成的对机械循环双管系统，水在各层散热器冷却所形成的重力循环作用压力不相等，在进行各立管散热器并联环路重力循环作用压力不相等，在进行各立管散热器并联环路的水力计算时，应计算在内，不可忽略。的水力计算时，应计算在内，不可忽略。机械循环系统特点机械循环系统特点 对机械循环单管系统，如建筑物各部分层数相同时，对机械循环单管系统，如建筑物各部分层数相同时，每根立管所产生的重力循环作用压力近似相等，可忽略不每根立管所产生的重力循环作用压力近似相等，可忽略不计；计；如建筑物各部分层数不同时，高度和各层热负荷分如建筑物各部分层数不同时，高度和各层热负荷分配比不同的立管之间所

12、产小的重力循环作用压力不相等，配比不同的立管之间所产小的重力循环作用压力不相等，在计算各立管之间并联环路的压降不平衡率时，应将其重在计算各立管之间并联环路的压降不平衡率时，应将其重力循环作用压力的差额计算在内。力循环作用压力的差额计算在内。(3)整个热水供暖系统总的计算压力损失，宜增加整个热水供暖系统总的计算压力损失，宜增加10的的附加值，以此确定系统必须的循环作用压力。附加值，以此确定系统必须的循环作用压力。4)4)在实际计算时，为了平衡各并联环路的压力损失，往往在实际计算时，为了平衡各并联环路的压力损失，往往需要提高近循环环路分支管段的比摩阻和流速，但流速过需要提高近循环环路分支管段的比摩

13、阻和流速，但流速过大，会产生噪声。大，会产生噪声。暖通规范暖通规范规定，最大允许的水流速规定，最大允许的水流速度不应大于下列数值：度不应大于下列数值：民用建筑：民用建筑：1.2m/s1.2m/s；生产厂房的辅助建筑物：生产厂房的辅助建筑物：2m/s2m/s；生产厂房：生产厂房：3m/s3m/s。1.1.计算最不利环路计算最不利环路lpRpj2.2.计算各管段的流量计算各管段的流量 hghg3ttQ0.86tt104.187Q3600G计算步骤计算步骤或选择一经济比摩阻或选择一经济比摩阻3.3.根据根据R Rpjpj 值和已知的各管段设计流量，得到在设计流量下值和已知的各管段设计流量，得到在设计

14、流量下各管段的管径各管段的管径d d和实际比摩阻和实际比摩阻R R值。值。4.4.计算各管段的沿程阻力及局部阻力，计算各管段的压力损计算各管段的沿程阻力及局部阻力，计算各管段的压力损失。失。5.5.计算最不利环路的阻力及富裕压头值。根据最不利环路的计算最不利环路的阻力及富裕压头值。根据最不利环路的各管段的阻力，计算出的总阻力各管段的阻力，计算出的总阻力H H。比较系统可利用的作用。比较系统可利用的作用压头，求出富裕压头值。系统的作用压头应留有压头，求出富裕压头值。系统的作用压头应留有10%10%以上的以上的富裕度富裕度.系统作用压头的富裕值，系统作用压头的富裕值，%；P P最不利环路的作用压力

15、，最不利环路的作用压力，PaPa；H H最不利环路的总阻力，最不利环路的总阻力，PaPa。%10%100pHp 如不满足上式，则需要调整环路中某些管段的管径。如不满足上式，则需要调整环路中某些管段的管径。3.3.最末端第二根立管的计算最末端第二根立管的计算 最末端第二根立管的作用压头最末端第二根立管的作用压头P P2 2 为与其并联的最不利环为与其并联的最不利环路的各管段的压力损失总和。路的各管段的压力损失总和。先确定计算立管的平均比摩阻先确定计算立管的平均比摩阻R Rpjpj可用下式计算：可用下式计算：lpRpj25.0R Rpjpj第二根立管的平均比摩阻，第二根立管的平均比摩阻，Pa/mP

16、a/m；P P2 2第二根立管的作用压头，第二根立管的作用压头，PaPa；ll与最不利环路并联的管段的总长度，与最不利环路并联的管段的总长度，m m。根据计算的根据计算的R Rpjpj和已知的各管段设计流量，查水力计算表，和已知的各管段设计流量，查水力计算表，得到在设计流量下各管段的管径和实际比摩阻得到在设计流量下各管段的管径和实际比摩阻R R的值。并计算的值。并计算管段的压力损失管段的压力损失H H2 2。最末端第二根立管的压力损失与其作用压头的不平衡率应最末端第二根立管的压力损失与其作用压头的不平衡率应保持在保持在15%15%之内。其计算公式为：之内。其计算公式为：%15%100222pH

17、p立管间的不平衡百分率，立管间的不平衡百分率，%；P P2 2 最末端第二根立管的作用压头，最末端第二根立管的作用压头，PaPa；H H2 2最末端第二根立管的总压力损失，最末端第二根立管的总压力损失，PaPa。4.4.计算其它立管计算其它立管用同样的方法，由远及近计算其他立管，并使其不平用同样的方法，由远及近计算其他立管，并使其不平衡率应保持在衡率应保持在15%15%之内，必要时通过立管的阀门节流来达之内，必要时通过立管的阀门节流来达到。到。u【例题【例题4-1】确定图确定图4-5机械循环垂直单管顺流式热水采机械循环垂直单管顺流式热水采暖系统管路的管径。热媒参数：供水温度暖系统管路的管径。热

18、媒参数：供水温度 =95 =70。系统与外网连接。在引入口处外网的供回水压。系统与外网连接。在引入口处外网的供回水压差为差为30kPa。图。图4-3表示出系统两个支路中的一支路。散表示出系统两个支路中的一支路。散热器内的数字表示散热器的热负荷。楼层高为热器内的数字表示散热器的热负荷。楼层高为3m。gtht图图4-4例题例题4-1的管路计算图的管路计算图u【例题【例题4-3】确定确定图图4-2机械循环垂直单管顺流同程式机械循环垂直单管顺流同程式热水采暖系统管路的管径。热媒参数：供水温度热水采暖系统管路的管径。热媒参数：供水温度 u =95，=70。系统与外网连接。采用允许流速。系统与外网连接。采

19、用允许流速法计算。散热器内的数字表示散热器的热负荷。法计算。散热器内的数字表示散热器的热负荷。gtht图图4-2 同程式系统管路系统图同程式系统管路系统图图图4-3 同程式系统的管路压力平衡分析图同程式系统的管路压力平衡分析图 u本单元介绍了热水采暖系统水力计算的基本原理本单元介绍了热水采暖系统水力计算的基本原理，采暖系，采暖系统水力计算的任务和方法统水力计算的任务和方法，机械循环热水采暖系统的水力，机械循环热水采暖系统的水力计算。计算。u学生在学习过程中应重点掌握机械循环热水采暖系统水力学生在学习过程中应重点掌握机械循环热水采暖系统水力计算的方法、步骤；资料的收集、参数的选择、常用的水计算的方法、步骤；资料的收集、参数的选择、常用的水力计算图表的运用，可结合供热课程设计进行热水采暖系力计算图表的运用，可结合供热课程设计进行热水采暖系统的水力计算训练，以达到学以致用的目的。统的水力计算训练，以达到学以致用的目的。LOGO