冷热水管道的压力损失.docx

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冷热水管道的压力损失

冷热水管道的压力损失

冷热水管道系统的压力损失

意大利卡莱菲公司北京办事处舒雪松

无论在供暖、制冷或生活冷热水系统，管道是传送流量和热量必不可少的部分。

计算管道系统的压力损失有助于：

（1）设选择正确的管径。

（2）设选择相应的循环泵和末端设备。

也就是让系统水循环起来并且达到热能传送目的的设备。

如果不进行准确的管道选型，会导致系统出现噪音、腐蚀（比如管道阀门口径偏小）、严重的能耗及设备的浪费（比如管道阀门水泵等偏大）等。

管道系统的水在流动时遇到阻力而造成其压力下降，通常将之简称为压降或压损。

压力损失分为延程压力损失和局部压力损失：

—延程压力损失指在管道中连续的、一致的压力损失。

—局部压力损失指管道系统内特殊的部件，由于其改变了水流的方向，或者使局部水流通道变窄（比如缩径、三通、接头、阀门、过滤器等）所造成的非连续性的压力损失。

延程压力损失

局部压力损失

以下我们将探讨如何计算这两种压力损失值。

在本章节内我们只讨论流动介质为水的管道系统。

一、延程压力损失的计算方式

对于每一米管道，其水流的压力损失可按以下公式计算

公式

（1）

其中：

r=延程压力损失Pa/m

Fa=摩擦阻力系数

ρ=水的密度kg/m3

v=水平均流速m/s

—过渡式，指介于分层式和湍流式之间的流动方式。

流动方式通过雷诺数（ReynoldsNumber）予以确定：

公式2

其中：

Re=雷诺数

v=流速m/s

D=管道内径m。

ט=水温及水流动力粘度，m2/s

表2：

水温及相关水流动力粘度

水温

m2/s

cSt

°E

10°C

1.30×10-6

1.30

1.022

20°C

1.02×10-6

1.02

1.000

30°C

0.80×10-6

0.80

0.985

40°C

0.65×10-6

0.65

0.974

50°C

0.54×10-6

0.54

0.966

60°C

0.47×10-6

0.47

0.961

70°C

0.43×10-6

0.43

0.958

80°C

0.39×10-6

0.39

0.956

90°C

0.35×10-6

0.35

0.953

通过公式2计算出雷诺数就可判断水流方式：

Re<2,000：

分层式流动

Re：

2,000-2,500：

过渡式流动

Re>2,500：

湍流式流动

由于过渡式流动方式的雷诺数范围较窄，且其流动方式多变，因此大多将大于2,000的归为湍流式流动。

将雷诺数2,000带入以下公式计算出的流速就是分层式流动和湍流式流动的界线

公式3

公式（3）

由公式（3）可以看出，管径与流速是成反比的，也就是说，管径越小，其流速也更高。

表1简单地示范了几个口径在Re=2,000时的流速。

表3界定水流方式的速度

温度

粘度

m2/s

1/2″

16.4mm

1″

27.4mm

2″

53.2mm

10°C

1.30×10-6

0.16

0.09

0.05

50°C

0.54×10-6

0.07

0.04

0.02

80°C

0.39×10-6

0.05

0.03

0.01

1．1管道内壁粗糙程度

管道内壁的粗糙程度分为：

（1）低粗糙程度：

多指铜管、不锈钢管和塑料管道。

（2）中粗糙程度：

多指黑钢管、镀锌钢管

1.3摩擦阻力系数Fa的计算方式

在分层式流动方式下，Fa的计算公式为

公式4

公式（4）

对于湍流式流动方式，以前常使用Colebrook公式。

然而，这个公式计算较为复杂。

现在则普遍使用Blasius公式：

针对低粗糙程度管道，公式为

公式5

针对中粗糙程度管道，公式为

公式6

1．2湍流式流动延程压力损失的计算方法

将以上计算出的Fa值（公式4）代入公式

（1）中，则可以根据其它已知的数据计算出延程阻力。

在实际计算时，往往更多地将流速转换为流量，因此公式也相应地改变为以下公式：

r=1,153,983xטxρxG/D4公式7

其中：

r=延程阻力：

mm/m

ט=动力粘度：

m2/s

ρ=水密度：

kg/m3

G=流量：

l/h

D=管内径：

mm

分层流动方式的流速较低，往往只存在于以下两种情况：

1，没有循环泵的自然循环系统，因为没有强制循环所以流速较低；

2，输送燃油的管道，由于其粘度较高因此流速较低。

1.4分层式流动延程压力损失的计算方法

将以上计算出的Fa值（公式5,6）代入公式

（1）中，则可以根据其它已知的数据计算出延程阻力。

在实际计算时，往往更多地将流速转换为流量，因此公式也相应地改变为以下公式：

r=14.68×ν0.25×ρ×G1.75/D4.75公式8

r=3.3×ν0.13×ρ×G1.87/D5.01公式9

其中：

r=延程阻力：

mm/m

ט=动力粘度：

m2/s

ρ=水密度：

kg/m3

G=流量：

l/h

D=管内径：

mm

公式8针对低粗糙度管道，公式9针对中粗糙度管道。

湍流式流动方式的低粗糙度管道主要指铜管和各类塑料管；而中粗糙度管道则指各类钢管。

1．5管道延程压力损失的图表图示

以上所讲到的计算管道阻力的公式在实际运用时往往不是很方便。

因此我们提供了各种管道不同管径的压力图表和曲线图，以便能迅速、直观地得到数据。

延程压力损失（r）表

这种表根据管道管径和流量提供相应的压力损失（r）值。

同时，在流量值下也注明了流速，以便能了解此流速是否过高而会带来噪音和管道腐蚀。

同时，表格还根据10°C，50°C，80°C这三个不同水温制定，因为在不同水温下的压力损失也不一样。

比如说，内径20mm的PEX管，在10°C时，其延程压力损失为r=39.4mm/m,而在80°C时，其压力损失为28.3mm/m.

由于篇幅关系，我们在这儿只提供了一个水温在80°C时钢管的延程压力损失表仅供参考。

更为详细的表格可向我公司技术部咨询。

见表4

延程压力损失（r）曲线图

同样的压力损失、流量、管径、流速的数据也可以用曲线图示的方法表达。

见图1

二、局部压力损失计算方法

局部压力损失指管道系统内一些元件，如阀门、弯头、三通、缩径、接头、过滤器等，它们造成水流方向或流通面积改变，因此在其元件内部所产生的压力损失。

计算局部压力损失分为以下3种方法：

2．1直接计算法

根据局部元件的形状，大小而确定阻力系数，然后再使用相关的公式：

公式10

Z=局部压力损失Pa

ξ=局部阻力系数

ρ=水密度kg/m3

v=水流速m/s

公式11

如果Z用mm表示，则转换公式为：

其中，局部阻力系数ξ可根据相关资料查阅（可参考CALEFFI技术手册1）

2．2额定流量计算法

这种方法通常运用于阀门的阻力计算。

它根据制造厂家在实验室得出的,并由第三方检测机构认证的,在水流通过阀门时，阀前与阀后压力差1bar或0.01bar时的流量值为额定流量进行计算。

KV：

阀前后压差为1bar的额定流量计算公式：

ΔP=（G/KV）²公式12

ΔP=局部压力损失bar

G=流量：

m3/h

KV=额定流量（压差=1bar）m3/h

KV值的计算方法一般运用于口径和流量较大的阀门。

KV0.01:

阀前后压差为0.01bar的额定流量计算公式:

ΔP=102x（G/KV0.01）²公式13

ΔP=局部压力损失mm

G=流量l/h

KV0.01=额定流量（压差=0.01bar）l/h

KV0.01值的计算方法一般运用于口径及流量相对较小的阀门.

范例:

计算一个口径为1/2”的手动温控阀在流量600l/h时的压力损失值,KV0.01值:

399l/h:

计算:

ΔP=102x（G/KV0.01）²=102x（600/399）²=271mm

2．3对应管径计算法

这种方法是：

将每个部件局部的压力损失转换为相对应的一段管道作为计算，即一段管道的压力损失等于这一部分的压力损失。

这种方法较为简便，但是它不能准确地反应压力损失，只能根据近似值估计。

因此并未广泛地得到使用。

在下一期的章节里,我们将更为详细地讨论管道系统内流量与压力损失的变化关系,及其平衡方式.。