水系统管路摩擦损失计算.docx

1、水系统管路摩擦损失计算 管路中之流體流動之摩擦損失一般是以1850年由德國人Julius Weisbach提出之Darcy-Weisbach方程式計算，適用於多種流體，其型式為： (1)其中 hf：為摩擦損失揚程(m) f：為摩擦因子 L：為管長(m) ：為管內徑(m) V：為管內流體之平均流速(m/sec)摩擦因子f可由下面之莫迪圖(Moody chart)查出，其與雷諾數(Red=Vd/)和管壁之相對粗糙度(e/d)有關 例：水溫30(=8.0310-7 m2/s)，長度300 m，管內徑100 mm，管壁相對粗 糙度為0.002之管，試以Darcy-Weisbach公式分別求流量為(1)

2、1 L/min與 (2)0.04 m3/s 時之摩擦損失為多少m? 解：(1)流量Q=1 L/min=0.0000167 m3/s 管內流速 先求Re數 2100為紊流 再由Moody圖查摩擦係數，Re=6.4105，e/d=0.002 查得 f=0.026，最後得摩擦損失 美國、日本與我國在消防水系統設計時所用以計算水流動時之摩擦損失之公式為1905年由Hazen與Williams導出之Hazen-Williams經驗公式，僅能適用於水，其公制之型式如下： (kgf/cm2)/m (2)其中 P：為壓力降(kgf/cm2) L：為管長(m) Q：為流量(L/min) C：為管壁摩擦係數(無因

3、次，管壁越細緻此值越大) ：為管內徑(mm) 例：水溫30(=8.0310-7 m2/s)，長度300 m，管內徑100 mm，相對粗 糙度為0.002之管，流量0.04 m3/s，試分別以Hazen-Williams公式(C=120) 與Darcy-Weisbach公式求其摩擦損失為多少m? 解：(1) Hazen-Williams公式(取C=120) 流量Q=0.04 m3/s1000 L/m360 s/min=2400 L/min 摩擦損失 (2)Darcy-Weisbach公式 由前例得 假設選擇C=120，管內徑d改用cm為單位，流量Q仍用L/min為單位，管長度取100 m，則每百

4、公尺標稱管徑尺寸為dK，流量為QK之配管摩擦損失可表成 (m/100m) (3)一般消防配管常採用CNS 6445 SGP碳鋼管，前式之值可由下表或下圖查得：表一配管用碳鋼管(CNS6445 SGP)每100 m之磨擦損失揚程(m)流量(L/min)40A(41.6 mm)50A(52.9 mm)65A(67.9 mm)80A(80.7 mm)100A(105.3 mm)125A(130.8 mm)602.260.700.210.090.020.011309.442.930.870.370.100.0426034.0410.563.131.350.370.1335058.9918.35.432

5、.340.640.2270019.568.442.310.8080025.0510.802.961.03160090.2938.9310.663.71主要損失(Major loss) 管路中直管部份之摩擦損失稱之。次要損失(Minor loss) 管路中因管路截面積改變或流動方向改變，如彎管、肘管(elbows)、閥(valves)或其他管路配件所引起的損失稱之。若直管長度為lK ，閥件彎管等配件之等價管長為lK”，則配管摩擦損失為 (m) (4)配管摩擦總損失為 (m) (5)消防配管用CNS 6445 SGP碳鋼管之閥件彎管等配件之等價管長如下表：表二配管用碳鋼管(CNS6445 SGP)

6、之管接頭與閥類之換算等價管長若配管中有用到流水檢知裝置，則配管摩擦總損失為 (m) (6)橡皮消防水帶每100 m之摩擦損失揚程由下表可查得表三橡皮消防水帶每100 m之磨擦損失揚程(m)流量(L/min)40 mm50 mm65 mm1301233504例：下圖為第一種室內消防栓設備設置圖，採用CNS6445 SGP管，管徑及 流量如表所示，採用長度15m、內徑50 mm之橡皮水帶兩條，試求其 泵浦之容量?管段公稱尺寸(實際內徑)流量(L/min)AB100A(105.3 mm)260BC80A(80.7 mm)130CD50A(52.9 mm)130解：總揚程H=h1+h2+h3+17(1

7、) 水帶摩擦損失h1水帶長度15 m2 = 30 m(2) 配管及管配件摩擦損失h2AB段底閥117.6 m90度彎頭13.2 m逆止閥18.7 m閘閥10.7 m十字接頭(分流) 16.3 m直管6.0 m合計42.5 m BC段閘閥10.5 m90度彎頭24.8 mT接頭(直流) 10 m直管26.0 m合計31.3 m CD段角閥19.0 m90度彎頭11.6 m直管2.0 m合計12.6 m h2=hAB+hBC+hCD=0.16+0.12+0.37=0.65 m(3) 落差h3h3=2+5+1+3+1=12 mH=h1+h2+h3+17=0.9+0.65+12+17=30.55 m取

8、10%設計餘裕H=30.55x(1+10%)=33.6 m 水源容量=130 L/min/支2支20 min=5200 L=5.2 m3 泵浦出水量Q=150 L/min/支2支=300 L/min=0.3 m3/min 口徑100A，=0.6，K=1.1(直結電動機) 電動機功率 L 例：右圖為第一種室內消防栓系統，已知QAB=260 L/min， QBC=130 L/min，QCD=130L/min，管徑如圖所示，使用CNS6445 SGP配管，管採螺紋式接頭，長15 m 口徑40 mm橡皮水帶兩條，試求: (1)所需之水源容量(m3) 130 L/min 2 20 min 5200 L

9、5.2 m3 (2)水帶摩擦損失h1(m) (12 m/100 m) (15 2) m 3.6 m (3)配管摩擦損失h2(m) 流量(L/min)公稱管徑直管彎頭閥件單件等價管長(m)數量等價管長(m)總等價管長(m)100m摩擦損失揚程(m/100m)摩擦損失揚程(m)AB段260 65A直管10.0110.031.33.150.986底閥11.3111.3逆止閥5.615.6止水閥(閘閥)0.410.490度彎頭2.024.0BC段13065 A直管27.0127.037.60.870.327止水閥(閘閥)0.410.490度彎頭2.012.0T分流4.128.2CD段13040 A直管

10、2.012.010.69.441.00止水閥(閘閥)0.310.390度彎頭1.311.3消防栓(角閥)7.017.0h2 = 0.986+0.327+1.0 2.313 (m) (4)全揚程H(m) =水帶摩擦損失(h1)+配管摩擦損失(h2)+落差(h3)+ 17 (計算餘裕10%) H (3.6+2.313+25+17) (1+10%) 52.7 m (5)電動機出力L(kW) (已知泵浦效率p=0.55, K=1.1, Q=0.3 m3/min) (6)若瞄子口徑為13 mm，實測放水壓力為3 kgf/cm2，試求實際放水量(L/min)? 例：右圖為室外消防栓系統，已知QAB= 65

11、AQBC =700 L/min，QCD=QDE=350 L/min，管徑如圖所示，使用CNS6445 SGP配管，管採螺紋式接頭，長20 m 口徑65 mm橡皮水帶兩條，試求: (1)所需之水源容量(m3) 350 L/min 2 30 min 21000 L 21 m3 (2)水帶摩擦損失h1(m) (4 m/100 m) (20 2) m 1.6 m (3)配管摩擦損失h2(m) 流量(L/min)公稱管徑直管彎頭閥件單件等價管長(m)數量等價管長(m)總等價管長(m)100m摩擦損失揚程(m/100m)摩擦損失揚程(m)AB段700125 A直管10.0110.055.30.80.44底

12、閥21.9121.9逆止閥10.9110.9止水閥(閘閥)0.810.890度彎頭3.9311.7BC段700100 A直管1001100116.62.312.69止水閥(閘閥)0.710.790度彎頭3.239.6T分流6.316.3CD段350100 A直管5015056.30.640.36T分流6.316.3DE段35080 A直管3.013.07.82.340.1890度彎頭2.424.865 A消防栓(角閥)14114145.430.76h2 = 0.44+2.69+0.36+0.18+0.76 4.43 (m) (4)全揚程H(m) =水帶摩擦損失(h1)+配管摩擦損失(h2)+落

13、差(h3)+25 (計算餘裕10%) H (1.6+4.43+4+25) (1+10%) 38.53 m(5)電動機出力L(kW) (已知泵浦效率p=0.65, K=1.1, Q=0.8 m3/min) (6)若瞄子口徑為19 mm，實測放水壓力為4 kgf/cm2，試求實際放水量(L/min)? 例：下圖為一密閉濕式自動撒水設備之昇位圖，撒水頭採正方形配置，間距3 m ，試計算全部撒水頭動作時之消防泵浦容量？ 解：總揚程H= h1 + h2 + 10 m (1) 落差 h1 = 30 m(2) 配管摩擦損失 h2管段流量(L/min)管徑(mm)直管長(m)等效管長(m)揚程損失(m/100

14、m)總損失(m)AB80253028.360.85BC1602530102.233.07CD240323061.811.85DE320403049.971.50EF400401.5075.511.13FG8005031T=3.284.465.24GH1600653090.282.71HK240065402-90度E=42-GV =0.81-CK =5.61-FV =11.3191.15117.94自動警報逆止閥5Q=2400 L/min = 2.4 m3/min合計h2139.3 總揚程H= h1 + h2 + 10 = 30 +139.3 + 10 = 179.3 m 取10%設計餘裕 H=179.3x(1+10%)=197.2 m 泵浦出水量Q=2700 L/min = 2.7 m3/min 泵浦口徑65A，=0.55，K=1.1(直結電動機) 電動機功率 L 交大產業安全與防災碩士在職專班防火防爆特論消防水系統之管路摩擦損失計算王國光 博士中華民國九十三年三月二日