流体输配管网总复习.docx

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流体输配管网总复习

流体输配管网总复习

★题目类型

✓¡填空

✓¡选择

✓¡名词解释

✓¡简答

✓¡综合题（计算、画图、分析）

Ch1类型与装置

1.不同类型管网的特点、类型、比较。

管网

功能

类型

装置

气

体

输

配

管

网

通风空调工程

气体输配管网

通风系

统管网

消除室内的余湿余热，控制污染物，保证空气品质，补充室内所需的空气量，同时不污染环境

排风系统，进风系统

风机、风阀、风口、三通弯头、空气处理设备

空调系统管网

与通风相似

一次回风系统、二次回风系统、双风道系统、变风量系统

燃气输配管网

其他气体输配管网

压缩空气，氧气，乙炔，氢气，二氧化碳

液

体

输

配

管

网

采暖空调冷热水管网

从冷热源向换热器、空气处理设备提供冷热水

按循环动力（重力循环和机械环），按路径（同程式和异程式），按流量变化（定流量和变流量），按水泵设置（单式水泵、复式水泵），开式系统和闭式系统

膨胀水箱，排气装置，散热器温控阀，分、集水箱，过滤器、除污器

热水集中供热管网

向建筑物提供热水采暖和生活热水

按管网的布置形状（枝状，环状）

阀门，放气、排水，补偿器

建筑给水管网

生活用

水管网

将给水管网或自备水源管网的水引入室内，送至用水末端装置，满足用水量，水压，水质

直接式，设水泵，设水箱，设水泵和水箱

水表节点，配水用具及用水设备，阀门，增压贮水设备（水泵、气压罐、水池、水箱）

消防给水管网

直接连接，设水泵水箱

消火栓，水泵接合器，消防水池、水箱

相

变

流

或

多

相

流

管

网

蒸汽管网

疏水器，减压阀，二次蒸发箱

凝结水管网

输送凝结水从用热设备回热源

建筑排水管网

将生产、生活使用后的水排到室外

生活排水，工业废水排水，雨水排水

卫生器具，受水器-水封-排水管，通气管-清通设备

2.总结归纳：

✓系统的基本组成-----末端装置、源或汇、管道、（阀门仪表等附件、动力装置）.

✓功能-----输送、分配、汇集。

✓动力-----重力、源的压力、机械动力.。

✓阻力-----沿程阻力、局部阻力、不同相态物质的相对运动。

✓类型划分：

单相多相、重力压力、开式闭式、枝状环状、同程异程

▲水力相关----水力相关指上下级管网之间的压力、速度相互影响。

-

▲热力相关----热力相关指不同级管网温度等热力参数相互影响。

注意：

水力无关的管网“热力相关”。

¡课后习题：

3、4、5

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。

 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。

Ch2气体管网水力特征与计算

1.水力计算的基本任务----

①、设计计算阶段

根据流量，确定管径和压力损失

求管网特性曲线，选择动力设备，计算动力消耗

②、校核计算阶段

根据动力设备大小，确定管径

③、运行调节阶段

根据流量和管径，计算压力损失

求管网特性曲线、水压线，调节动力设备或调节装置

2.常用水力计算的方法（基本步骤、特点、适用情况）

①、假定流速法

特点：

按技术经济要求选定管内流速，结合流量，确定管道断面尺寸，计算管道阻力。

适用于：

设计管道动力未知时。

步骤：

（1）绘制管网轴测图，编号，标长度和流量。

（2）合理确定管内流速。

（3）确定最不利环路各管段尺寸。

（4）计算最不利环路阻力。

（5）平衡并联管路。

（6）计算管网的总阻力，求管网特性曲线。

（7）为管网匹配动力设备，确定动力设备所需参数。

②、压损平均法

特点：

已知总作用水头，按管道长度平均分配，确定管段阻力，再根据流量，确定管道尺寸。

适用于：

并联支路压力平衡时或校核计算。

步骤：

（1）绘制管网轴测图，编号，标长度和流量，确定最不利环路。

（2）根据最不利环路的资用动力，计算最不利环路单位管长的压损。

（3）确定最不利环路各段尺寸。

（4）确定各并联支路的资用动力，计算单位管长压力损失。

（5）计算并联支路各段尺寸

③、静压复得法

特点：

利用管道分段改变断面尺寸，降低流速，减小管段阻力，维持管内静压。

适用于：

均匀送风，风管系统需要保证风口风速时设计管道尺寸。

步骤：

（1）确定管道上各孔口的出流速度。

（2）计算各孔口处管内静压和流量。

（3）沿着流向，确定第一个孔口处管内流速，计算此处管道全压和管道尺寸。

（4）计算一二孔口之间阻力。

（5）计算二孔口处动压。

（6）计算二孔口处管内流速，确定此处管道尺寸。

（7）依次类推，计算出最末端孔口处管道尺寸。

3.水力计算的基本原理（质量守恒、能量守恒、串并联管路流动规律）

4.重力流、有压流及两者共同作用下的水力特征

—直管段、U形管、循环管内气流动力大小及方向

—有压流管内动力大小及方向

—两者共同作用下的管路内气流方向及大小

5.通风空调系统设计计算

—方法、水力计算图线的查法

—并联管路阻力平衡计算

6.均匀送风管道设计计算

—基本概念、实现均匀送风的基本条件、计算方法

¡课后习题：

1、2、3、4、5、6、7、8、9

2-1某工程中的空调送风管网，在计算时可否忽略位压的作用？

为什么？

（提示：

估计位压作用的大小，与阻力损失进行比较。

）

答：

民用建筑空调送风系统末端风口的阻力通常为15~25Pa，整个空调送风系统总阻力通常也在100~300Pa之间。

可见送风位压的作用与系统阻力相比是完全可以忽略的。

但是有的空调系统送风集中处理，送风高差不是楼层高度，而是整个建筑高度，此时H可达50米以上。

这种情况送风位压应该考虑。

2-2如图2-1-1是某地下工程中设备的放置情况，热表示设备为发热物体，冷表示设备为常温物体。

为什么热设备的热量和地下室内污浊气体不能较好地散出地下室？

如何改进以利于地下室的散热和污浊气体的消除？

答：

该图可视为一U型管模型。

因为两侧竖井内空气温度都受热源影响，密度差很小，不能很好地依靠位压形成流动，热设备的热量和污浊气体也不易排出地下室。

改进的方法有多种：

（1）将冷、热设备分别放置于两端竖井旁，使竖井内空气形成较明显的密度差；

（2）在原冷物体间再另掘一通风竖井；（3）在不改变原设备位置和另增竖井的前提下，采用机械通风方式，强制竖井内空气流动，带走地下室内余热和污浊气体。

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？

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。

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？

见教材P63。

f0不变时，Pj和μ不变，且α≥60°

（1）各侧孔静压相等。

2）保持各孔流量系数相等。

3）增大出流角。

a

2-6流体输配管网水力计算的目的是什么？

答：

水力计算的目的包括设计和校核两类。

一是根据要求的流量分配，计算确定管网各管段管径（或断面尺寸），确定各管段阻力，求得管网特性曲线，为匹配管网动力设备准备好条件，进而确定动力设备（风机、水泵等）的型号和动力消耗（设计计算）；或者是根据已定的动力设备，确定保证流量分配要求的管网尺寸规格（校核计算）；或者是根据已定的动力情况和已定的管网尺寸，校核各管段流量是否满足需要的流量要求（校核计算）。

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作用而不等，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。

2-8水力计算的基本原理是什么？

流体输配管网水力计算大都利用各种图表进行，这些图表为什么不统一？

答：

水力计算的基本原理是流体一元流动连续性方程和能量方程，以及管段串联、并联的流动规律。

流动动力等于管网总阻力（沿程阻力+局部阻力）、若干管段串联和的总阻力等于各串联管段阻力之和，并联管段阻力相等。

流体输配管网水力计算大都利用各种图表进行，这些图表为什么不统一的原因是各类流体输配管网内流动介质不同、管网采用的材料不同、管网运行是介质的流态也不同。

而流动阻力（尤其是沿程阻力）根据流态不同可能采用不同的计算公式。

这就造成了水力计算时不能采用统一的计算公式。

各种水力计算的图表是为了方便计算，减少烦琐、重复的计算工作，将各水力计算公式图表化，便于查取数据，由于各类流体输配管网水力计算公式的不统一，当然各水力计算图表也不能统一。

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。

Ch3液体管网水力特征与计算

¡闭式管网

—水力特征

¡重力流：

双管系统、单管系统循环作用动力的大小与方向，双管系统、单管串联系统垂直水力失调

¡有压流：

作用动力大小及方向

—水力计算

¡4种计算类型与方法，推荐流速及比摩阻范围

¡压损平衡计算、压损不平衡率

¡重力循环双管系统

—作用动力、方法

¡机械循环单管同程、异程系统

—等温降计算假设：

压损平均法

—不等温降计算假设：

假定流速或比摩阻法

¡空调冷冻水系统

—假定流速或比摩阻

—开式管网

¡水力特征：

作用动力的大小、方向

¡给水管网水力计算：

—设计计算任务

—设计秒流量、当量值

—流速推荐范围

—阻力损失计算

—系统所需压力

—给水方案选择

¡课后习题：

1、3、4、5、6

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？

答：

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。

3-6分析管内流速取值对管网设计的影响。

答：

管内流速取值对管网运行的经济性和可靠性都有很重要的影响。

管内流速取值大，则平均比摩阻较大，管径可减小，可适当降低管网系统初投资，减少管网安装所占空间；但同时管道内的流速较大，系统的压力损失增加，水泵的动力消耗增加，运行费增加。

并且也可能带来运行噪声和调节困难等问题。

反之，选用较小的比摩阻值，则管径增大，管网系统初投资较大；但同时管道内的流速较小，系统的压力损失减小，水泵的动力消耗小，运行费低，相应运行噪声和调节问题也容易得到解决。

Ch4多相流管网水力特征与计算

1.液气两相流

✓排水系统水力特征----①水量、气压随时间变化幅度大；②流速随空间变化剧烈。

●水封----▲水封：

一般在存水弯内保持一定高度的水柱，抵抗排水管内气压变化，防止管内气体进入室内。

水封位置：

卫生器具、空调集水盘出水口处。

水封高度：

一般50~100mm。

水封强度：

抵抗系统内压力变化的能力。

水封破坏：

水封高度减小，不能抵抗管道内允许的压力变化时，管内气体进入室内。

原因：

自虹吸损失、诱导虹吸损失、静态损失。

▲水舌----水舌是水流都在冲激流态下，由横支管进入立管下落，在横支管与立管连接部短时间内形成的水力学现象。

各段流态概念

●压力波动因素及防止措施

因素：

①确保立管内通水能力和防止水封破坏是建筑内部排水系统中两个最重要的问题，这两个问题都与立管内压力有关。

②最大负压与立管内粗糙度和管径成反比，与排水量、终限流速和空气总阻力系数成正比。

③空气总阻力系数中水舌阻力系数最大，与排水量、横支管与立管的连接方式有关。

防止措施：

①减小终限流速；②减小水舌阻力系数。

—水力计算

¡排水设计秒流量、横管、立管管径确定

¡冷凝水管路管径确定

2.汽液两相流

—水力特征

¡蒸汽、凝结水管路系统

—水力计算

室内低压蒸汽采暖：

压损平均、平均比摩阻确定

●室内高压蒸汽采暖：

三种方法---①压损平均法②假定流速法③限制平均比摩阻法

¡室外蒸汽管网

¡枝状管网水力特征与计算总结

共用管路---在多个环路中共存的管路。

独用管路---只出现在一个环路中的管路。

—动力源

—需用压力与资用动力

压损平衡与阻力平衡

①独用管路的压损平衡---独用管路的阻力损失与其资用动力相等。

设计时，调整管径，使其阻力损失与资用动力相等。

普遍适用。

②并联管路阻力平衡当并联管路资用动力相等时，它们的阻力损失也相等。

有条件适用。

¡课后习题：

1\2\3\4\6\10\18\19\20\21

Ch5泵与风机的理论基础

¡基本结构与组成、功能

离心式风机:

叶轮（前盘、后盘（中盘）、叶片、轴盘）、机壳（蜗壳--收集气体，引导到出口，将部分动压转化成静压；进风口--使气体充满叶轮进口，减小入口流动损失；风舌）、进气箱--使轴承能装于风机机壳外面，进口有弯管的风机能够减小气流入口流动损失。

用于大型或双吸式离心风机；前导器--能够扩大风机性能、使用范围，提高经济性；扩压器--降低出口流速，将动压转变为静压。

工作原理---过程:

流体受到离心力的作用—经叶片被甩出叶轮—挤入机（泵）壳—流体压强（静压）增高—排出—叶轮中心形成真空—外界的流体吸入叶轮。

实质：

能量的传递和转化

机械能—动能和势能。

伴随着诸多能量损失。

性能参数---①流量:

单位时间内输送流体的量。

体积流量、质量流量。

②▲扬程：

单位重量液体从泵中获得的总能量（速度水头+静水头+位置水头），mH2O。

②▲全压：

单位体积气体从风机中获得的总能量（全压，即静压+动压），Pa，kgf/m²，mmH2O。

¡速度三角形

¡欧拉方程

—假设、表达式、修正形式、常用形式、物理意义

—轴向涡流、环流系数

¡损失与效率

—流动、泄漏、轮阻、机械损失及效率

—有效功率、内功率、轴功率、电机功率

—内效率、机械效率、全压效率、静压效率

¡不同叶型对性能的影响比较

—扬程、功率、效率、叶轮尺寸

¡实际性能曲线

¡相似律与比转数

—相似条件

—相似工况与流量系数、压力系数、功率系数、效率

—全压公式、流量公式、功率公式

—比转数、单位、作用

¡课后习题：

1、2、3、5、6、7、9、11、22

Ch6泵、风机与管网的匹配

¡管网特性曲线、影响因素

¡泵或风机的入口效应、出口效应

¡工作点的确定、稳定工作点、喘振

¡泵或风机联合运行

—联合运行性能曲线绘制、性能特征结论

¡工况调节

—调节管网特性曲线：

水泵出口、风机入口

—调节泵或风机性能曲线：

变速、导流器、切削

¡变速调节

—变速后性能曲线的绘制

—相似工况曲线、相似工况关系

—常见问题：

求转速、求流量

—变速方法、调节特点

¡导流器调节

—特点

¡切削调节

—切削定律、切削曲线

—常见问题：

切削后性能曲线绘制、求切削后直径

—切削调节特点

¡泵或风机安装位置

—气穴、汽蚀

—吸升式水泵安装高度确定、允许吸上真空高度

—灌注式水泵安装高度确定、临界气蚀余量

¡泵或风机的选用方法

¡课后习题：

2、5、6、7、8、9、10、12、14、15、18、19、21

Ch7枝状管网水力工况分析与调节

¡水压图相关概念

¡水压图绘制

—单栋建筑内水压图

—区域管网水压图

¡系统定压方式

—高位水箱、补水泵、气压罐定压的特点、方法

¡水力工况分析

—水力失调、失调度、失调类型

—水力稳定性、稳定度

—水力失调规律

—提高水力稳定性的方法

¡水力平衡调节

—比例调节法、补偿调节法

—自力调节法、变速调节法

¡课后习题：

2、3、9、10、13

Ch8环状管网水力计算与工况分析

¡基本概念

—沿线流量、转输流量、节点流量、平差计算、节点平衡方程组、回路压力平衡方程组

¡水力计算基本方法

¡调节要点

¡习题：

1、2、8