管道流量设计计算.docx
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管道流量设计计算.docx
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管道流量设计计算
给排水计算
给水设计流量
1 住宅,公寓,集体宿舍,旅馆,医院,疗养院,休养所,诊疗所,幼儿园,托儿所,办公楼教学楼等建筑的生活给水管道设计秒流量,按下式计算:
qg=0·2a√Ng +KNg (2·4─1)
式中:
qg─计算管段的设计秒流量 (L/s)
Ng─计算管段的卫生器具给水当量总数,按表2·4─1确定;
a,K─根据建筑物用途而定的系数,按表2·4─2采用。
1)按上式计算结果,如计算值小于该管段上一个卫生器具给水额定流量时,应采用一个最大的卫生器具给水额定流量作为设计秒流量。
这种情况主要发生在支管计算时 ,卫生器具的支管一般不需计算,可按表中所给支管管径选用。
2)如计算值大于该管段上卫生器具给水额定流量的累加值时,应按卫生器具给水额定流量累加值采用。
2 公共浴室,洗衣房,公共食堂,实验室,影剧院,游泳场,体育场(馆)
等建筑物的生活给水管道设计秒流量,应按下式计算:
qg=∑q0n0b (2·4─2)
式中 qg─计算管段的给水设计秒流量 (L/s);
q0─同类型的卫生器具给水额定流量 (L/s);
n0─同类型的卫生器具数;
b ─卫生器具的同时给水百分数,见表2·4─3。
短管计算
当管道的供水压力已经确定时,如清水池的进水管,溢流管,上区水箱向下区减压供水的供水专用管等的管径和供水流量计算,建议按短管出流方式计算。
计算公式如下:
πD2 ───
Q=μ───√2gH (2·4─11)
4
式中 Q─ 管段的通过流量 (m3/s);
μ─ 管段的流量系数;
D─ 管道直径 (m);
g─ 重力加速度为9·81(m/s2);
π─ 常数为3·14;
H─ 管段两端的水头差 (m)。
当管段末端为自由出流时
1
μ=────────── (2·4─12)
─────────
√1+∑ζ+λL/D
当管道末端为淹没出流且自由表面相对D很大时
1
μ=──────── (2·4─13)
───────
√∑ζ+λL/D
式中 ξ─管道局部阻力系数,详见水力计算手册;
λ─管道摩擦阻力系数,见表2·4─8;
L─管道长度 (m)。
表2·4─8
━━━━━┯━━━━━┯━━━━━┯━━━━━┯━━━━━┯━━━━━
D(mm)│ λ │D(mm)│ λ │D(mm)│ λ
─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────
50 │0·051│ 150 │0·037│ 400 │0·028
80 │0·044│ 200 │0·034│ 500 │0·026
100 │0·042│ 300 │0·030│ │
━━━━━┷━━━━━┷━━━━━┷━━━━━┷━━━━━┷━━━━━
水池调节容积计算
V1=(Qb-Qg)Tb (2·5─2)
式中 Qb─水泵的出水量 (m3/h)
Qg─水源的供水能力 (m3/h)
Tb─水泵的运行时间 (h)
β
V0=───V (2·6─4)
1-a
式中 P0─罐内初次充水前的绝对压力
P1─设计最小压力,即满足给水系统最不利点供水压力所需的罐内最低
绝对压力
P2─设计最大压力,即停泵时罐内绝对压力
V0─气压罐的总容积
V─气压罐的调节(水)容积
V=V1-V2
V1─P1时罐内气体容积
V2─P2时罐内气体容积
a=P1/P2 β=P1/P0
热媒消耗量计算
1直接加热时的蒸汽消耗量按下式计算:
W
Gm=(1·1~1·2)───── (3.4─2)
im-ir
或
W
Gm=(1·1~1·2)───── (3.4─3)
im-C·tr
式中 Gm─蒸汽耗量 (Kg/h);
W─设计小时耗热量(KJ/h)按公式(3.3─3),(3.3─4)
计算;
im─蒸汽的热焓(KJ/Kg)见表3.4─3;
ir─混合后热水的热焓(KJ/Kg);
ir=C·tr
tr─热水温度(℃)。
2 间接加热时的蒸汽耗量
W
Gm=(1·1~1·2)───── (3.4─4)
im-in
或
W
Gm=(1·1~1·2)── (3.4─5)
γ
式中 in─蒸汽冷凝水的热焓(KJ/Kg);
γ─水蒸汽的汽化热(KJ/Kg)。
3 间接加热时热媒热水的耗量
W
Qm=(1.1~1.2)─────────×10-3(3.4─6)
C(tmc-tmz)
式中 Qm─用热水作热媒时的耗量
tmc─热媒供水水温(℃),tmc≥tr+10℃;
tmz─热媒回水水温(℃)。
4 燃煤,燃油,煤气和电力直接加热时的耗量
W
Gm=─── (3.4─7)
H·E
式中 W─设计小时耗热量(KJ/h);
Gm─燃料耗量(Kg/h);
H─燃料发热量,见表3.4─4;
E─加热器效率。
容积式加热器
1 加热面积计算
W
F=(1·1~1·2)────── (3·5─1)
ε·K·△t
式中 F─表面式水加热器的加热面积(m2);
W─制备热水所需的热量(KJ/h);
K─传热系数(KJ/h·cm2·℃),见表3·5─1;
ε─K值的附加系数,一般采用0·8~0·6;
△t─热媒与被加热水的计算温度差(℃),按下式计算。
tmc+tmz tc+tz
△t=───────-───── (3·5─2)
2 2
式中 tmc,tmz ─热媒的初温和终温(℃),
当热媒为蒸汽时,按饱和蒸汽温度计算;按蒸汽压力低于70KPa时,按100℃计算。
当热媒为高温水时,按供、回水的最低温度计算,但热媒的初温与被加热水的温度差不得小于10℃。
tc,tz─被加热水的初温和终温(℃)。
2 贮水容积
容积式加热器的进水(冷水)一般从下部进入,在容器的底部可能产生滞流,在全部容积内产生分层现象。
因此,在计算容积时应附加20~25%。
在前面计算贮热容积时已经知道民用建筑物的贮热(水)容积V为0·75Qh, 考虑附加容积后则为 V=(1·2~1·25)Qh,在不需要精确计算时取 V≈Qh。
3 水头损失
在容积式水加热器的壳程中,水的流程很短,流速很低,水头损失很小,一般为0·005~0·02米水柱,常常忽略不计。
快速加热器
1 加热面积
快速加热器盘管的加热面积按公式(3·5─1)计算,式中的K值按表3·5─2选用,热媒和被加热水的温度差按公式(3·5─3)计算。
△tmax-△tmin
△t=───────────── (3·5─3)
△tmax
ln───────
△tmin
式中 △t─热媒与被加热水的计算温度差(℃);
△tmax─热媒与被加热水在一端的最大温度差(℃);
△tmin─热媒与被加热水在一端的最小温度差(℃)
2 热媒与被加热水的计算温差
水─水快速加热器,有水─水顺流交换和水─水逆流交换。
其△tmax和△tmin如图3·5─1,图3·5─2。
对于汽─水快速加热器,只按利用汽化热考虑,热媒温度不变。
3 水头损失计算
快速加热器的管程水流阻力为沿程阻力和局部阻力之和,按下式计算:
λ·L γv2
h=(───+∑ξ)── (3·5─4)
d 2g
式中 h─快速加热器管程水头损失(mm水柱);
λ─沿程阻力系数,
钢管:
0·03
铜管:
0·02
L─被加热水流程总长度(m);
d─传热管计算管径(m);
ξ─局部阻力系数,可近似取∑ξ=(n-1)×1·5+1
n─加热器行程数;
γ─被加热水在平均温度时的容重(Kg/m3);
v─被加热水在管内的流速(m/s)一般采用1~3;
g─重力加速度常数。
膨胀管
当水加热器的冷水由高位水箱供给时,可采用膨胀管来解决热水的膨胀问题。
膨胀管高出冷水箱最高水面的高度,可按下式计算。
γ1
h=1·2H(──-1) (3·7─1)
γ2
式中 h─膨胀管高出冷水箱最高水面的高度(m);
H─水加热器底部至冷水箱最高水面的垂直高度差(m);
γ1─冷水的密度(Kg/m3);
γ2─热水的密度(Kg/m3)。
膨胀管的管径可按表3·7─2确定。
膨胀管上不得安装阀门,如有冰冻的可能时,应采取保温防冻措施。
管道热伸长量计算
金属管道的热伸长量按下式计算。
△l=a(tm-t1)l (3·7─3)
式中 △l─管道热伸长量(mm);
l─管道长度(m);
tm─计算管段热水平均温度(℃);
t1─安装管道时周围环境的气温,室内取-5℃,室外架设时取冬季室外
计算温度;
a─金属线膨胀系数(mm/m·℃)。
碳钢管道 a=0·012
铜管道 a=0·020
饮用水计算
1 冷饮水量Q
N·q·K
Q=───── (4·5─3)
T
式中 N,q,K,T─同前
2 饮水冷负荷
W1=1·2Q(tc-tz) (4·5─4)
式中 tc─冷水的初温(℃);
tz─冷水的终温(℃)一般为8~12 ℃
3 配水管道冷损失
2(to-tz)πL
W2=∑───────────────(4·5─5)
2 1 d1
────+──lg(──)
a·d1 λd0
式中 a─管道保温层表面散热系数(w/m2.K);
d1─保温层外径(m);
d0─管道外径(m);
to─管道周围的空气温度(℃);
L─管道长度(m);
λ─保温材料的传热系数(w/m·K)。
4 冷水箱的冷损失
(to-tz)M
W3=───────── (4·5─6)
1 X
──+──
a λ
式中 M─冷水箱的外表面积(m2);
X─保温层厚度(m)。
5 制冷量计算
制冷系统的制冷量按下式计算:
W=1·1~1·2(W1+W2+W3) (4·5─7)
其中W1是主要负荷,(W2+W3)所占比例很小,因此可采用简化的计算方法,即将式(4·5─4)中的温度差增加2~4℃作为其他冷损失的补偿。
变化后的公式如(4·5─8)
W=1·2Q(tc-tz+2) (4·5─8)
6 冷水箱计算
冷水箱计算包括容积计算和冷冻盘管换热面积计算。
(1)冷水箱容积一般可按贮存0·5小时的冷饮水量计算。
(2)冷冻盘管换热面积一般不需计算,按制冷系统所需的制冷量选择冷水箱。
当需要复核盘管换热面积时,可按容积式加热器的计算方法计算,其传热系数采用K=500~600(w/m2.K)。
排水流量计算
1 住宅、集体宿舍、旅馆、医院、幼儿园、办公楼和学校等建筑的生活污水设计秒流量按下式计算:
q=0·12a√N + qm (7·3─1)
式中:
q ─计算管段设计秒流量 (L/s)
N ─计算管段的卫生器具排水当量总数
a ─根据建筑物用途而定的系数,可按表7·3─2确定
qm─计算管段上排水量最大的一个卫生器具的排水流量 (L/s)
计算所得的流量值如果大于该管段上卫生器具排水流量的累加值时,应按卫生器具排水流量累加值计算。
表7·3─1
━━┯━━━━━━━━━━━┯━━━━┯━━━━┯━━━━━━━━
序 │ │排水流量│当 量│排 水 管
│卫 生 器 具 名 称│ │ ├────────
号 │ │ L/s│ N │管 径(mm)
━━┿━━━━━━━━━━━┿━━━━┿━━━━┿━━━━━━━━
1 │污水盆 │0·33│1·0 │ 50
2 │单格洗涤盆(池) │0·67│2·0 │ 50
3 │双格洗涤盆(池) │1·00│3·0 │ 50
4 │洗手盆,洗脸盆(无塞)│0·10│0·3 │ 32
│ (有塞)│0·25│0·75│ 32
5 │浴盆 │1·00│3·0 │32~40
6 │淋浴器 │0·15│0·45│ 50
7 │大便器 │ │ │
│ 高水箱 │1·50│4·5 │ 100
│ 低水箱 │2·00│6·0 │ 100
│ 自闭冲洗阀 │1·50│4·5 │ 100
8 │小便器 │ │ │
│ 手动冲洗阀 │0·05│0·15│40~50
│ 自闭冲洗阀 │0·10│0·3 │40~50
│ 自动冲洗水箱 │0·17│0·5 │40~50
9 │小便槽(每米长) │ │ │
│ 手动冲洗阀 │0·05│0·15│ ─
│ 自闭冲洗阀 │0·17│0·5 │ ─
10│化验盆 │0·20│0·6 │40~50
11│净身器 │0·10│0·3 │40~50
12│饮水器 │0·05│0·15│25~50
13│家用洗衣机 │0·50│1·5 │ 50
━━┷━━━━━━━━━━━┷━━━━┷━━━━┷━━━━━━━━━
表7·3─2
━━━━━━┯━━━━━━━━━━━━━━━┯━━━━━━━━━━━
建 筑 物 │ 集体宿舍、旅馆和其他公共建 │ 住宅、旅馆、医院、疗
名 称 │ 筑物的公共盥洗室和厕所间 │ 养院、休养所的卫生间
──────┼───────────────┼───────────
a 值 │ 1·5 │ 2·0~2·5
━━━━━━┷━━━━━━━━━━━━━━━┷━━━━━━━━━━━
2 工业企业卫生间、公共浴室、洗衣房、公共食堂、实验室等建筑物的生活污水设计秒流量,按下式计算:
q=∑qpnb (7·3─2)
式中:
qp─同类型的一个卫生器具排水流量 (L/s)
n─同类型的卫生器具数;
b─卫生器具的同时排水百分数,按表7.3─3,7.3─4,7.3─5
洗衣工作量计算
m·e
G=─── (13·4─1)
n·T
式中 G─洗衣量 (Kg/h)
m─计算单位数 (人;床;户)
e─污衣量标准 (Kg)见表13·4─1。
n─每日工作班制数。
一般按一班制计算,大型洗衣房可按二班制计算。
T─每班工作小时数。
一般按8小时计算。
孔口和管嘴出流
1各种孔口和管嘴的流量计算公式基本形式相同,只是一些系数因孔口或管嘴形状不同而异,其基本公式如下:
────
q=μω√(2gH)(14.2─9)
ω=πd2/4
式中q─流量(m3/s);
μ─流量系数,见表14.2─5;
ω─管咀或孔口的断面积(m2);
d─管咀或孔口的直径(m);
g─重力加速度常数;
H─管咀或孔口前的水头(m水柱)。
对于圆形孔口或管咀,公式可减化为下式:
──
q=3.477μd2√H(14.2─10)
2水平射流距离(图14.2─3)
──
L=2φ√H+h (14.2─11)
式中h─管咀或孔口的高度(m);
φ─流速系数见表14.3─5。
3倾斜射流距离(图14.2─4)
L
h=────────+Ltgθ(14.2─12)
4φ2Hcosθ
式中θ─管咀或孔口的轴线与水平线夹角(度);
L─倾斜射流的水平距离(m)。
堰流计算
瀑布、水帘或叠水,一般均可按堰流计算。
堰流基本计算公式如下:
──
q=mb√2gH3/2(14.2─13)
=MbH3/2(14.2─14)
式中q─过流量(m3/s);
b─堰口宽度(m);
H─堰前水头(m);
M,m─流量系统,见表14.2─6
堰流系数表14.2─6
┏━━━━━┯━━━━┯━━━━━━━━━━━━━━━━━┯━━━━━━━━┓
┃ │ │ 流 量 系 数 │ ┃
┃名 称 │ φ ├───────┬─────────┤ 注 ┃
┃ │ │ m │ M │ ┃
┣━━━━━┿━━━━┿━━━━━━━┿━━━━━━━━━┿━━━━━━━━┫
┃薄避堰 │0.97│ 0.42 │ 1.86 │ ┃
┠─────┼────┼───────┼─────────┼────────┨
┃宽顶堰 │0.85│ 0.32 │ 1.41 │顶宽c≥2.5H┃
┠─────┼────┼───────┼─────────┼────────┨
┃实用断面堰│ │ 0.36 │ 1.59 │ ┃
┠─────┼────┼───────┼─────────┼────────┨
┃矩形堰 │ │0.4─0.5│1.77─2.21│ ┃
┠─────┼────┼───────┼─────────┼────────┨
┃梯形堰 │ │ 0.42 │ 1.86 │b≥4 H ┃
┗━━━━━┷━━━━┷━━━━━━━┷━━━━━━━━━┷━━━━━━━━┛
喇叭口溢流管计算
可按下式计算:
3/2
Q=5DH(14.4─6)
式中Q─溢流量(m3/s);
D─喇叭口直径(m);
H─喇叭口上淹没深度(m)。
水池泄水管径计算
泄水管管径一般按水池放空时间确定,泄水管应按短管出流计算,计算公式与基本公式相同,但流量系数应采用管系流量系数。
管系的流量系数按下式计算:
──
q=3.477μd√H(14.4─7)
1
μ=──────────(14.4─
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