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│ │
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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
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表７·３─２
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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
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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
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┃ │ │ 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─8）
λｌ1/2
（∑ξ＋───＋1）
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