流体输配管网.docx

流体输配管网.docx

《流体输配管网.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流体输配管网.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

流体输配管网

1-3流体输配管网有哪些基本组成部分？

各有什么作用？

答：

流体输配管网的基本组成部分及各自作用如下表所示。

一个具体的流体输配管网不一定要具备表中所有的组成部分。

组成

管道

动力装置

调节装置

末端装置

附属设备

作用

为流体流动提供流动空间

为流体流动提供需要的动力

调节流量，开启/关闭管段内流体的流动

直接使用流体，是流体输配管网内流体介质的服务对象

为管网正常、安全、高效地工作提供服务。

1-4 试比较气相、液相、多相流这三类管网的异同点。

答：

相同点：

各类管网构造上一般都包括管道系统、动力系统、调节装置、末端装置以及保证管网正常工作的其它附属设备。

不同点：

①各类管网的流动介质不同；

②管网具体型式、布置方式等不同；

③各类管网中动力装置、调节装置及末端装置、附属设施等有些不同。

[说明]随着课程的进一步深入，还可以总结其它异同点，如：

相同点：

各类管网中工质的流动都遵循流动能量方程；

各类管网水力计算思路基本相同；

各类管网特性曲线都可以表示成ΔP=SQ2+Pst；

各类管网中流动阻力之和都等于动力之和，等等。

不同点：

不同管网中介质的流速不同；

不同管网中水力计算的具体要求和方法可能不同；

不同管网系统用计算机分析时其基础数据输入不同，等等。

1-5 比较开式管网与闭式管网、枝状管网与环状管网的不同点。

答：

开式管网：

管网内流动的流体介质直接与大气相接触，开式液体管网水泵需要克服高度引起的静水压头，耗能较多。

开式液体管网内因与大气直接接触，氧化腐蚀性比闭式管网严重。

闭式管网：

管网内流动的流体介质不直接与大气相通，闭式液体管网水泵一般不需要考虑高度引起的静水压头，比同规模的开式管网耗能少。

闭式液体管网内因与大气隔离，腐蚀性主要是结垢，氧化腐蚀比开式管网轻微。

枝状管网：

管网内任意管段内流体介质的流向都是唯一确定的；管网结构比较简单，初投资比较节省；但管网某处发生故障而停运检修时，该点以后所有用户都将停运而受影响。

环状管网：

管网某管段内流体介质的流向不确定，可能根据实际工况发生改变；管网结构比较复杂，初投资较节枝状管网大；但当管网某处发生故障停运检修时，该点以后用户可通过另一方向供应流体，因而事故影响范围小，管网可靠性比枝状管网高。

1-6 按以下方面对建筑环境与设备工程领域的流体输配管网进行分类。

对每种类型的管网，给出一个在工程中应用的实例。

（１）管内流动的介质；

（２）动力的性质；

（３）管内流体与管外环境的关系；

（４）管道中流体流动方向的确定性；

（５）上下级管网之间的水力相关性。

2-3如图2-2，图中居室内为什么冬季白天感觉较舒适而夜间感觉不舒适？

图2-2习题2-2示意图

答：

白天太阳辐射使阳台区空气温度上升，致使阳台区空气密度比居室内空气密度小，因此空气从上通风口流入居室内，从下通风口流出居室，形成循环。

提高了居室内温度，床处于回风区附近，风速不明显，感觉舒适；夜晚阳台区温度低于居室内温度，空气流动方向反向，冷空气从下通风口流入，床位于送风区，床上的人有比较明显的吹冷风感，因此感觉不舒适。

2-4如图2-3是某高层建筑卫生间通风示意图。

试分析冬夏季机械动力和热压之间的作用关系。

图2-3习题2-4示意图

答：

冬季室外空气温度低于通风井内空气温度，热压使通风井内空气向上运动，有利于气体的排除，此时热压增加了机械动力的通风能力；夏季室外空气温度比通风竖井内空气温度高，热压使用通风井内空气向下流动，削弱了机械动力的通风能力，不利于卫生间排气。

2-5简述实现均匀送风的条件。

怎样实现这些条件？

从该表达式可以看出，要实现均匀送风，可以有以下多种方式：

2-7水力计算过程中，为什么要对并联管路进行阻力平衡？

怎样进行？

“所有管网的并联管路阻力都应相等”这种说法对吗？

答：

流体输配管网对所输送的流体在数量上要满足一定的流量分配要求。

管网中并联管段在资用动力相等时，流动阻力也必然相等。

为了保证各管段达到设计预期要求的流量，水力计算中应使并联管段的计算阻力尽量相等，不能超过一定的偏差范围。

如果并联管段计算阻力相差太大，管网实际运行时并联管段会自动平衡阻力，此时并联管段的实际流量偏离设计流量也很大，管网达不到设计要求。

因此，要对并联管路进行阻力平衡。

对并联管路进行阻力平衡，当采用假定流速法进行水力计算时，在完成最不利环路的水力计算后，再对各并联支路进行水力计算，其计算阻力和最不利环路上的资用压力进行比较。

当计算阻力差超过要求值时，通常采用调整并联支路管径或在并联支路上增设调节阀的办法调整支路阻力，很少采用调整主干路（最不利环路）阻力的方法，因为主干路影响管段比支路要多。

并联管路的阻力平衡也可以采用压损平均法进行：

根据最不利环路上的资用压力，确定各并联支路的比摩阻，再根据该比摩阻和要求的流量，确定各并联支路的管段尺寸，这样计算出的各并联支路的阻力和各自的资用压力基本相等，达到并联管路的阻力平衡要求。

“所有管网的并联管路阻力都应相等”这种说法不对。

在考虑重力作用和机械动力同时作用的管网中，两并联管路的流动资用压力可能由于重力重用而不等，而并联管段各自流动阻力等于其资用压力，这种情况下并联管路阻力不相等，其差值为重力作用在该并联管路上的作用差。

2-9比较假定流速法、压损平均法和静压复得法的特点和适用情况。

答：

假定流速法的特点是先按照合理的技术经济要求，预先假定适当的管内流速；在结合各管段输送的流量，确定管段尺寸规格；通常将所选的管段尺寸按照管道统一规格选用后，再结合流量反算管段内实际流速；根据实际流速（或流量）和管段尺寸，可以计算各管段实际流动阻力，进而可确定管网特性曲线，选定与管网相匹配的动力设备。

假定流速法适用于管网的设计计算，通常已知管网流量分配而管网尺寸和动力设备未知的情况。

压损平均法的特点是根据管网（管段）已知的作用压力（资用压力），按所计算的管段长度，将该资用压力平均分配到计算管段上，得到单位管长的压力损失（平均比摩阻）；再根据各管段的流量和平均比摩阻确定各管段的管道尺寸。

压损平均法可用于并联支路的阻力平衡计算，容易使并联管路满足阻力平衡要求。

也可以用于校核计算，当管,道系统的动力设备型号和管段尺寸已经确定，根据平均比摩阻和管段尺寸校核管段是否满足流量要求。

压损平均法在环状管网水力计算中也常常应用。

静压复得法的特点是通过改变管段断面规格，通常是降低管内流速，使管内流动动压减少而静压维持不变，动压的减少用于克服流动的阻力。

静压复得法通常用于均匀送风系统的设计计算中。

2-11如图2-4所示管网，输送含谷物粉尘的空气，常温下运行，对该管网进行水力计算，获得管网特性曲线方程。

图2-4习题2-11示意图

答：

1.对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。

2.选择最不利环路，本题确定1-3-5——除尘器——6——风机——7为最不利环路。

3.根据表2-3-3输送含有谷物粉尘的空气时，风管内最小风速为垂直风管10m/s，水平风管12m/s，考虑到除尘器及风管漏网，取5%的漏网系数，管段6及7的计算风量：

5500×1.05=/s。

管段1，有水平风管，确定流速12m/s，Q1=1000m3/h（0.28m3/s），选D1=1805775m3/s=1.604m3mm，实际流速V1=11.4m/s，查Rm1=90Pa/m，Pd=ρV2/2=1.2×11.42/2=78.0Pa。

同理可查管段3、5、6、7的管径及比摩阻，并计算动压及摩擦阻力，结果见水力计算表。

4．确定管断2、4的管径及单位长度摩擦力，结果见水力计算表。

水力计算表

管段编号

流量

m3/h

（m3/s）

长度

l（m）

管径

D

（mm）

流速

V

（m/s）

动压Pd

（Pa）

局部阻力系数ξ

局部阻力P1（Pa）

单位长度摩擦阻力Rm

（Pa/m）

摩擦

阻力Rm（Pa）

管段阻力Rml+P1（Pa）

备注

1

1000

（0.28）

15

180

11.4

78.0

1.37

106.86

9.0

135

241.9

3

3500

（0.972）

6

320

12.32

91.1

-0.05

-4.86

5.5

33

28.4

5

5500

（1.53）

5

400

12.36

91.7

0.6

55.02

4.2

21

76.0

6

5775

（1.604）

8

450

10.22

62.7

0.47

29.47

2.0

16

45.5

7

5775

（1.604）

10

450

10.22

62.7

0.6

37.62

2.0

20

57.6

2

2500

（0.694）

10

300

10.0

60.0

0.58

34.8

3.8

38

72.8

阻力不平衡

4

2000

（0.556）

8

260

10.7

68.7

1.41

96.87

4.8

38.4

135.3

阻力不平衡

除尘器

1000

2

240

21.3

272.2

196.3

4

220

14.6

128.4

222.5

5．从阻力平衡，暖通设计手册等资料查名管段的局部阻力系数（《简明通风设计手册》）。

（1）管段1

设备密闭罩ξ=1.0，90º弯头（R/D=1.5）一个，ξ=0.17，直流三通，根据F1+F2=F3，α=30º，F2/F3=（300/320）2=0.88，Q2/Q3=2500/3500=0.714，查得ξ1,3=0.20，Σξ1=1.0+0.17+0.20=1.37，P1=ΣξPd=106.86Pa。

（2）管段2

圆形伞形罩，α=60º，ξ13=0.09，90º弯头（R/D=1.5）一个，ξ=0.17，60º弯头（R/D=1.5）1个，ξ=0.14，合流三通ξ2,3=0.18，Σξ2=0.09+0.17+0.14+0.18=0.58。

（3）管段3

直流三通F3+F4≈F5，2=30º，F4/F5=（260/400）2=0.423，Q4/Q5=2000/5500=0.36，ξ35=-0.05，Σξ=-0.05。

（4）管段4

设备密闭罩ξ=1.0，90º弯头（R/D=1.5）1个，ξ=0.17，合流三通ξ45=0.24，

Σξ=1.0+0.17+0.24=14.1。

（5）管段5

除尘器进口变径管（断扩管），除尘器进口尺寸300×800mm，变径管长度L=500mm，

[说明]除尘器出入口及风机出入口尺寸为参考尺寸，根据所选设备具体尺寸定。

（6）管段6

除尘器出口变径管（断缩管），除尘器出口尺寸300mm×80mm，变径管长度l=400m，

，α=23.6º，ξ=0.1，90º弯头（R/D=1.5）2个，ξ=2×0.17=0.34。

风机进口渐扩管，按要求的总风量和估计的管网总阻力先近似选出一台风机，风机进口直径D1=500mm，变径管长度L=300mm。

F5/F6=（500/450）2=1.23

（7）管段7

风机出口渐扩管，风机出口尺寸410×315mm，D7=420mm，F7/F出=πD2/（410×315×4）=1.07，ξ=0。

带扩散管的平形风帽（h/D0=0.5），ξ=0.60，Σξ=0.60。

6．计算各管段的沿程摩擦阻力和局部阻力，结果如水力计算表。

7．对并联管路进行阻力平衡。

立阻力为288.9Pa更不平衡。

因此决定取D2=240mm，在运行对再辅以阀门调节，削除不平衡。

（2）汇合点B，ΔP1+ΔP3==241.9+28.4=270.3Pa，ΔP4=135.3Pa，

8．计算系统的总阻力，获得管网扬程曲线。

ΣP=Σ（Rml+Pl）=241.9+28.4+76.0+45.5+57.6+1000=1449.4Pa

S=ΣP/Q2=1450/1.6042=5633.6kg/m7

管网特性曲线为ΔP=563.6Q2Pa

3-1计算例题3-1中各散热器所在环路的作用压力tg=95℃，tg1=85℃，tg2=80℃，tn=70℃。

题3-1

解：

双管制：

第一层：

ΔP1=gh1（ρh-ρg）=9.8×3×（977.81-961.92）=467.2Pa

 第二层：

ΔP2=gh2（ρh-ρg）=9.8×6×（977.81-961.92）=934.3Pa

第三层：

ΔP3=gh3（ρh-ρg）=9.8×8.5×（977.81-961.92）=1323.6Pa

单管制：

ΔPh=gh3（tg1-tg）+gh2（tg2-tg1）+gh1（ρh-ρg2）=9.8×8.5×（968.65-961.92）+9.8×6×（971.83-968.65）+9.8×3×（977.81-971.83）=923.4Pa

3-3机械循环室内采暖系统的水力特征和水力计算方法与重力循环系统有哪些一致的地方和哪些不同之处？

①作用压力不同：

重力循环系统的作用压力：

双管系统ΔP=gH（ρH-ρg），单管系统：

但在局部并联管路中进行阻力手段时需考虑重力作用。

②计算方法基本相同：

首先确定最不利环路，确定管径，然后根据阻力平衡，确定并联支路的管径，最后作阻力平衡校核。

3-4室外热水供热管的水力计算与室内相比有哪些相同之处和不同之处？

答：

相同之处：

（1）计算的主要任务相同：

按已知的热煤流量，确定管道的直径，计算压力损失；按已知热媒流量和管道直径，计算管道的压力损失；按已知管道直径和允许压力损失，计算或校核管道中流量。

（2）计算方法和原理相同：

室内热水管网水力计算的基本原理，对室外热水管网是完全适用的。

在水力计算程序上，确定最不利环路，计算最不利环路的压力损失，对并联支路进行阻力平行。

不同之处：

（1）最不利环路平均比摩阻范围不同，室内Rpj=60~120Pa/m，室外Rpj=40-80Pa/m。

（2）水力计算图表不同，因为室内管网流动大多于紊流过渡区，而室外管网流动状况大多处于阻力平方区。

（3）在局部阻力的处理上不同，室内管网局部阻力和沿程阻力分开计算，而室外管网将局部阻力折算成沿程阻力的当量长度计算。

（4）沿程阻力在总阻力中所占比例不同，室内可取50%，室外可取60~80%。

3-5开式液体管网水力特征与水力计算与闭式液体管网相比，有哪些相同之处和不同之处？

答：

从水力特征上看，开式液体管网有进出口与大气相通，而闭式液体管网（除膨胀水箱外）与大气隔离。

因此，开式液体管网的动力设备除了克服管网流动阻力外，还要克服进出口高差形成的静水压力。

此外，开式液体管网（如排水管网）中流体可能为多相流，其流态比闭式管网复杂；由于使用时间的不确定性，开式液体管网中流量随时间变化较大，而闭式液体管风中流量一般比较稳定。

在水力计算方法上，开式液体管网的基本原理和方法与闭式管网没有本质区别。

但具体步骤中也有一些差别：

（1）动力设备所需克服的阻力项不完全相同，开式管网需考虑高差；

（2）管网流量计算方法不同，闭式管网同时使用系数一般取1，而开式管网同时使用系数小于1；

（3）水力计算图表不同；

（4）对局部阻力的处理方式不同，闭式管网通过局部的阻力系数和动压求局部损失，而开式管网对局部阻力一般不作详细计算，仅根据管网类型采用经验的估计值，局部损失所占比例也小于闭式管网中局部损失所占比例。

（5）在并联支路阻力平衡处理上，闭式管网强调阻力平衡校核，而开式管网则对此要求不严，这是开、闭式管网具体型式的不同造成的，开式管网对较大的并联支路也应考虑阻力平衡。