流體輸配管網(wǎng)課后作業(yè).doc

第四章4-1 什么是水封？它有什么作用？舉出實際管網(wǎng)中應(yīng)用水封的例子。答：水封是利用一定高度的靜水壓力來抵抗排水管內(nèi)氣壓的變化，防止管內(nèi)氣體進入室內(nèi)的措施。因此水封的作用主要是抑制排水管內(nèi)臭氣竄入室內(nèi)，影響室內(nèi)空氣質(zhì)量。另外，由于水封中靜水高度的水壓能夠抵抗一定的壓力，在低壓蒸汽管網(wǎng)中有時也可以用水封來代替疏水器，限制低壓蒸汽逸出管網(wǎng)，但允許凝結(jié)水從水封處排向凝結(jié)水回收管。實際管網(wǎng)中應(yīng)用水封的例子很多，主要集中建筑排水管網(wǎng)，如：洗練盆、大/小便器等各類衛(wèi)生器具排水接管上安裝的存水彎（水封）。此外，空調(diào)末端設(shè)備（風機盤管、吊頂或組合式空調(diào)器等）凝結(jié)水排水管處于空氣負壓側(cè)時，安裝的存水彎可防止送風吸入排水管網(wǎng)內(nèi)的空氣。4-2 講述建筑排水管網(wǎng)中液氣兩相流的水力特征？答：（1）可簡化為水氣兩相流動，屬非滿管流； （2）系統(tǒng)內(nèi)水流具有斷續(xù)非均勻的特點，水量變化大，排水歷時短，高峰流量時水量可能充滿水管斷面，有的時間管內(nèi)又可能全是空氣，此外流速變化也較劇烈，立管和橫管水流速相差較大。 （3）水流運動時夾帶空氣一起運動，管內(nèi)氣壓波動大； （4）立管和橫支管相互影響，立管內(nèi)水流的運動可能引起橫支管內(nèi)壓力波動，反之亦然； （5）水流流態(tài)與排水量、管徑、管材等因素有關(guān)； （6）通水能力與管徑、過水斷面與管道斷面之比、粗糙度等因素相關(guān)。4-3 提高排水管排水能力的關(guān)鍵在哪里？有哪些技術(shù)措施？答：提高排水管排水能力的關(guān)鍵是分析立管內(nèi)壓力變化規(guī)律，找出影響立管壓力變化的因素。進而想辦法穩(wěn)定管內(nèi)壓力，保證排水暢通。技術(shù)措施可以調(diào)整管徑；在管徑一定時，調(diào)整、改變終限流速和水舌阻力系數(shù)。減小終限流速可以通過（1）增加管內(nèi)壁粗糙度；（2）立管上隔一定距離設(shè)乙字彎；（3）利用橫支管與立管連接的特殊構(gòu)造，發(fā)生濺水現(xiàn)象；（4）由橫支管排出的水流沿切線方向進入立管；（5）對立管內(nèi)壁作特殊處理，增加水與管內(nèi)壁的附著力。減小水舌阻力系數(shù)，可以通過改變水舌形狀，或向負壓區(qū)補充的空氣不經(jīng)水舌兩種途徑，措施（1）設(shè)置專用通氣立管；（2）在橫支管上設(shè)單路進氣閥；（3）在排水橫管與立管連接處的立管內(nèi)設(shè)置擋板；（4）將排水立管內(nèi)壁作成有螺旋線導流突起；（5）排水立管軸線與橫支管軸線錯開半個管徑連接；（6）一般建筑采用形成水舌面積小兩側(cè)氣孔面積大的斜三通或異徑三通。4-4 解釋“終限流速”和“終限長度”的含義，這二概念與排水管通水能力之間有何關(guān)系？答：終限流速Vt，排水管網(wǎng)中當水膜所受向上的管壁摩擦力與重力達到平衡時，水膜的下降速度和水膜厚度不再發(fā)生變化，這時的流速叫終限流速。終限長度Lt：從排水橫支管水流入口至終限流速形成處的高度叫終限長度。這兩個概念確定了水膜流階段排水立管在（允許的壓力波動范圍）內(nèi)最大允許排水能力。超過終限流速的水流速度將使排水量繼續(xù)增加，水膜加厚，最終形成水塞流，使排水系統(tǒng)不能正常使用。水膜流狀態(tài)下，可有Q= ，Lt=0.144Vt2，其中Q通水能力L/S；Wt終限流速時過水斷面積，cm2，Vt終限流速，m/s，Lt終限長度，m。4-5 空調(diào)凝結(jié)水管內(nèi)流動與建筑排水管內(nèi)流動的共性和差別是什么？答：共性：均屬于液氣兩相流。 區(qū)別：空調(diào)凝結(jié)水管在運動時管內(nèi)水流量變化不大，氣壓變化也不大，而建筑排水管風水量及氣壓隨時間變化都較大； 空調(diào)凝結(jié)水管內(nèi)流速較小，排水管網(wǎng)內(nèi)流速較大； 空調(diào)凝水管內(nèi)流動可當成凝結(jié)水和空氣的流動，排水管內(nèi)的流動除水和氣體外，還有固體。4-6 汽液兩相流管網(wǎng)的基本水力特征是什么？答：屬蒸汽、凝結(jié)水的兩相流動； 流動過程中，由于壓力、溫度的變化，工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)變化較大，會伴隨著相態(tài)變化； 由于流速較高，可能形成“水擊”、“水塞”等不利現(xiàn)象，因此應(yīng)控制流速并及時排除凝結(jié)水； 系統(tǒng)運動時排氣，系統(tǒng)停止運行時補氣，以保證系統(tǒng)長期、可靠運行。 回水方式有重力回水、余壓回水、機械回水等多種方式。4-7 簡述保證蒸汽管網(wǎng)正常運行的基本技術(shù)思路和技術(shù)措施？答：保證蒸汽管網(wǎng)正常運行的基本思路是減少凝結(jié)水被高速蒸汽流裹帶，形成“水塞”和“水擊”。主要預(yù)防思想包括：減少凝結(jié)；分離水滴；汽液兩相同向流動；若兩相逆向流動減少，則盡量相互作用?？刹扇〉募夹g(shù)措施是：通過保溫減少凝結(jié)；在供汽干管向上拐彎處裝耐水擊的疏水器分離水滴；設(shè)置足夠坡度使水汽同向；在兩相逆向的情況下，降低蒸汽的速度；在散熱器上裝自動排氣閥，以利于凝水排凈，下次啟動時不產(chǎn)生水擊；汽、水逆向時，適當放粗管徑；供汽立管從干管上方或下方側(cè)接出，避免凝水流入立管；為保證管正常運行，還需適當考慮管網(wǎng)變形的破壞作用，設(shè)置補償器。4-8 簡述室內(nèi)蒸汽供熱管網(wǎng)水力計算的基本方法和主要步驟答：蒸汽管網(wǎng)水力計算的基本方法一般采用壓損平均法，與熱水管網(wǎng)大致相同，管網(wǎng)同樣存在著沿程阻力和局部阻力。從最不利環(huán)路算起，滿足鍋爐出口蒸汽壓力等于流動阻力+用戶散熱器所需壓力。水力計算主要步驟：（1）確定最不利環(huán)路；（2）管段編號，統(tǒng)計各管段長度及熱負荷；（3）選定比壓降，確定鍋爐出口壓力；（4）對最不利環(huán)路各管段進行水力計算，依次確定其管徑和壓損；（5）對各并聯(lián)管路進行水力計算，確定其管徑和壓損；（6）確定各凝水管路管徑，必要時需計算凝水管路壓損并配置相應(yīng)回水設(shè)備，如凝水泵，凝水箱等。4-9 若例4-2中，每個散熱器的熱負荷均改為3000W，試重新確定各管段管徑及鍋爐蒸汽壓力。解：1）確定鍋爐壓力l=80m，比壓降100Pa/m，散熱器所需乘余壓力2000Pa，運行壓力Pb=80100+2000=10Kpa。 2）最不利管徑的水力計算，預(yù)計Rm=1000.6=60Pa/m，各管段管徑確定見以下水力計算表。水力計算表管段熱量a(mm)長度l(m)管徑d(mm)比摩阻R(Pa/m)摩擦阻力損失Py=Rl(Pa)流速V(m/s)局部阻力系數(shù)壓頭Pd(Pa)局部壓力損失Pj=Pd-(Pa)總壓力損失P=Py+Pg(Pa)171000127026.313.9315.610.561.2642.6958.2230000135029.4112.94382.332.053.08106.16488.49324000124039.6912.6496.281.050.3350.33546.61418000123252.6812.29632.161.047.8847.88680.04512000123221.588.42258.961.022.4722.47281.4366000172528.357.34481.9512.017.08204.96686.917300022020.555.8041.14.510.6647.9789.07l=80m P=3730.75Pa立管 資用壓力P6-7=775.98Pa立管60004.52528.357.34127.5811.517.08196.42324支管300022020.555.8041.14.510.6647.9789.07P=413.07Pa立管 資用壓力P5-7=968.34Pa立管60004.52528.357.34127.5811.517.08196.42324支管3000215103.4511.07206.904.538.85174.81381.7P=705.71Pa立管 資用壓力P4-7=1648.38Pa 立管P3-7=2194.99Pa立管60004.52080.411.66361.813.043.1560.3922.07支管3000215103.4511.07206.904.538.85174.81381.7P=1303.77Pa局部阻力系數(shù)匯總管段截止閥7.0，鍋爐出口2.0，90煨彎30.5=1.5 =10.5管段90煨彎20.5=1.0，直流三通1.0 =2.0管段直流三通1.0 =1.0管段截止閥9.0，90煨彎21.0=2.0，直流三通 =10.0管段乙字彎1.5，分流三通3.0 =4.5其他立管（d=25mm）截止閥9.0，90煨彎1.0，旁流三通1.5 =11.5 （d=20mm）截止閥10.0，90煨彎1.5，旁流三通1.5 =13其他支管（d=20mm）乙字彎9.0，分流三通3.0 =4.5 （d=15mm）乙字彎1.5，分流三通3.0 =4.5 凝水管徑匯總表編號7654321熱負荷W300060001200018000240003000071000管徑d(mm)152020252532324-10 簡述凝結(jié)水管網(wǎng)水力計算的基本特點答：凝結(jié)水管網(wǎng)水力計算的基本特征是管網(wǎng)內(nèi)流體相態(tài)不確定，必須分清管道內(nèi)是何種相態(tài)的流體。例如從熱設(shè)備出口至疏水器入口的管段，凝水流動狀態(tài)屬非滿管流。從疏水器出口到二次蒸發(fā)箱（或高位水箱）或凝水箱入口的管段，有二次蒸汽是液汽兩相流，從二次蒸發(fā)箱出口到凝水箱為飽和凝結(jié)水，是滿管流，可按熱水管網(wǎng)計算。4-11 物料的“沉降速度”、“懸浮速度”、“輸送風速”這三個概念有何區(qū)別與聯(lián)系？答：物料顆粒在重力作用下，豎直向下加速運動。同時受到氣體豎直向上的阻力，隨著預(yù)粒與氣體相對速度增加豎直向上的阻力增加，最終阻力與重力平衡，這對物料與氣體的相對運動速度Vt，若氣體處于靜止狀態(tài)，則Vt是顆粒的沉降速度，若顆粒處于懸浮狀態(tài)，Vt是使顆粒處于懸浮狀態(tài)的豎直向上的氣流速度，稱懸浮速度。氣固兩相流中的氣流速度稱為輸送風速。輸送風速足夠大，使物料懸浮輸送，是輸送風速使物料產(chǎn)生沉降速度和懸浮速度，沉降速度和懸浮速度宏觀上在水平風管中與輸送風速垂直，在垂直風管中與輸送風速平行。為了保證正常輸送，輸送風速大于沉降或懸浮速度，一般輸送風速為懸浮速度的2.44.0倍，對大密度粘結(jié)性物料甚至取510倍。4-12 簡述氣固兩相流的阻力特征和阻力計算的基本方法。答：氣固兩相流中，既有物料顆粒的運動，又存在顆粒與氣體間的速度差，阻力要比單相氣流的阻力大，對于兩相流在流速較小時阻力隨流速增大而增大，隨著流速增大，顆粒過渡到懸浮運動，總阻力隨流速增大而減小，流速再增大，顆粒完全懸浮，均勻分布于某個風管，阻力與單排氣流相似，隨流速增大而增大。氣固兩相流的阻力還受物料特性的影響，物料密度大。粘性大時，摩擦作用和懸浮速度大，阻力也大，顆粒分布不均勻時顆粒間速度差異大，互相碰撞機會多，因而阻力也大。阻力計算的基本方法把兩相流和單相流的運動形成看作相同，物料流看作特殊的流體，利用單相流體的阻力公式計算，因此兩相流的阻力可以看作單相流體阻力與物料顆粒引起的附加阻力之和。在阻力構(gòu)成上，氣固兩相流須考慮喉管或吸嘴的阻力、加速阻力、物料的懸浮阻力、物料的提升阻力、管道的摩擦阻力、彎管阻力、設(shè)備局部阻力等多項因素，各項阻力都有相應(yīng)的計算參數(shù)和公式。氣固兩相流阻力計算一般可確定輸送風速、料氣比、輸送管徑及動力設(shè)備。4-13 氣固兩相流水平管道內(nèi)，物料依靠什么力懸浮？豎直管道呢？答：氣固兩相水平管道內(nèi)，物料依靠以下幾個作用力懸浮：（1）紊流氣流垂直方向分速度產(chǎn)生的力；（2）管底顆粒上下的氣流速不同產(chǎn)生靜壓差而形成的力；（3）顆粒轉(zhuǎn)運動時與周圍的環(huán)流速度迭加形成速度差在顆粒上下引起靜壓差產(chǎn)生的引力；（4）因顆粒形狀不規(guī)則引起空氣作用力垂直分力；（5）顆粒之間或顆粒與管壁之間碰撞時受到的垂直分力。豎直管道內(nèi)，物料依靠與氣流存在相對速度而產(chǎn)生的向上的阻力懸浮。4-14 氣力輸送管道中，水平管道與豎直管道哪個需要的輸送風速大？為什么？答：輸送風速指氣固兩相流管中的氣流速度，氣力輸送管道中，水平管道比豎直管道需要的送風速大，因為在垂直管道中，氣流速度與物料速度方向一致，只要氣流速度稍大于懸浮速度，就可輸送，而在水平管道中，物料懸浮來自紊流分速度，靜壓差等多種因素，懸浮速度與輸送風速垂直，為保證物料處于懸浮流而正常輸送，要有比懸浮速度大得多的輸送風速，才能使物料顆料完全懸浮，因此水平管輸送風速大。4-15 什么是料氣比？料氣比的大小對哪些方向有影響？怎樣確定料氣比？答：料氣比是單位時間內(nèi)通過管道的物料量與空氣量的比值，也稱料氣流濃度，料氣比的大小關(guān)系到系統(tǒng)工作的經(jīng)濟性、可靠性的輸料量較大小。料氣比大，所需送風量小，因而管道設(shè)備小動力消耗少，在相同的輸送風量下輸料量大，所以在保證正常運行的前提下，力求達到較高的料氣比。料氣比的確定，受到輸送經(jīng)濟性、可靠性（管道堵塞）和氣源壓力的限制，一般根據(jù)經(jīng)驗確定。低壓吸送式系統(tǒng)，料氣比=110，循環(huán)式系統(tǒng)=1左右，高真空吸送式系統(tǒng)=2070。物料性能好，管道平直，喉管阻力小時，可采用較高的料氣比，反之取用較低值。4-16 分析式（2-2-1）和式（4-3-11）這兩個管道摩阻計算公式的區(qū)別和聯(lián)系，它們各用于計算什么樣的管網(wǎng)？答：公式（2-2-1）P=Rml用于單相流體的沿程摩擦阻力，計算公式（4-3-11）P=（1+k11）Rml用于氣固兩相流管道的摩擦阻力計算。因為公式（4-3-11）包括了氣流阻力和物料預(yù)料引起的附加阻力兩部分，其中k1是與物料有關(guān)的系數(shù)，1為料氣比。4-17 什么是虛擬管路？如何進行開式管網(wǎng)的虛擬閉合？答：虛擬管路是連接開式管網(wǎng)出口和進口的虛設(shè)管路，虛擬管路中流體為開式管路中出口和進口高度之間的環(huán)境流體，其水力和熱力參數(shù)都與環(huán)境流體相同；流向從實際開式管網(wǎng)出口流向進口；虛擬管路的管徑無限大，流速無限小，流動阻力為零。虛擬管路通過“突然擴大”與開式管網(wǎng)的出口相連，通過“突然縮小”與開式管路的進口相連，使虛擬管路與實際開式管路連接在一起，組成一個虛擬的閉式管網(wǎng)，這稱為管路的虛擬閉合。虛擬閉合時，通過虛擬管路把開式管網(wǎng)的各出口和進口連接起來就構(gòu)成虛擬閉合環(huán)路。對于多極連接的某一級管網(wǎng)，可在其上下級管網(wǎng)的分解處虛擬斷開，形成虛擬進出口，虛擬進出口的水力和熱力參數(shù)與原分界處開式管網(wǎng)內(nèi)流體相同，再用虛擬管路將各虛擬進出口逐一連接，形成多個獨立的虛擬環(huán)路。4-18枝狀管網(wǎng)的環(huán)路動力如何計算？環(huán)路中的全壓有那些來源？如何確定枝狀管網(wǎng)需由動力機械（水泵、風機等）提供的全壓？答：（1）枝狀管網(wǎng)的環(huán)路動力 包括作用在環(huán)路上的全壓 和重力作用所產(chǎn)生的動力 ，即；（2）環(huán)路中的全壓來源包括：由風機、水泵等動力機械提供。提供的全壓大小取決于風機，水泵性能與管網(wǎng)水力特性的耦合狀態(tài)；由上級管網(wǎng)提供，其全壓大小取決于上級管網(wǎng)的水力工況；由壓力容器提供，其全壓大小取決于壓力容器內(nèi)的壓力特性；由環(huán)境流體的動壓提供，只能提供在管網(wǎng)的真實開口上，大小取決于環(huán)境流體動壓的大小和開口的流體動力特性。（3）確定環(huán)路所需的全壓，可根據(jù)要求的流量，合理的管內(nèi)流速，確定環(huán)路的管道尺寸，先計算出環(huán)路流動阻力 ；再根據(jù)環(huán)路內(nèi)流體密度與環(huán)路空間走向，計算出重力作用形成的環(huán)路流動動力 ；環(huán)路由風機、水泵等壓力源提供的全壓為： 4-19什么是最不利環(huán)路？確定最不利環(huán)路應(yīng)考慮那些因素？答：最不利環(huán)路是流體流動阻力最大的環(huán)路，或理解成實現(xiàn)設(shè)計流量分配要求最困難的環(huán)路。確定最不利環(huán)路應(yīng)考慮多方面因素，如重力作用、局部阻力情況、流量分配要求等。在重力作用可忽略、各并聯(lián)支路局部阻力相當?shù)那闆r下，最不利環(huán)路通常是最遠的環(huán)路。但不能一概視之，如在重力作用的情況下，不應(yīng)只根據(jù)管路的長短和局部阻力部件的多少選定最不利環(huán)路，而應(yīng)綜合考慮流動阻力和重力作用，選管路長、部件多，重力推動作用?。ㄉ踔潦亲璧K流動）的環(huán)路為最不利環(huán)路。4-20如何確定環(huán)路的資用動力？最不利環(huán)路資用動力的計算方法與其他環(huán)路有何差異？答：任意環(huán)路i的資用動力 等于環(huán)路中外部壓力作用 大小和重力作用大小 之和，即 。最不利環(huán)路資用動力的計算方法于其它并聯(lián)的環(huán)路有差異。最不利環(huán)路資用動力受流動阻力和外部壓力影響，其資用動力可按 計算。而其它并聯(lián)支路資用動力受最不利環(huán)路資用動力分配的約束，以此來實現(xiàn)管網(wǎng)總體的壓損平衡（流量分配要求）。任一環(huán)路與最不利環(huán)路共用管段的資用動力，是由最不利環(huán)路的資用動力分配確定的。任一環(huán)路只在其獨用管路上有分配資用動力的自由。4-21 如何計算獨用管路的資用壓力？獨用管路的壓損平衡和并聯(lián)管路的阻力平衡有何區(qū)別？答：(1)可按以下步驟計算獨用管路的資用壓力：（a）根據(jù)最不利環(huán)路的資用動力分配，確定共用管路的資用動力，它等于共用管路的流動阻力 。（b）計算獨用管路的資用動力 ， （c）按確定的方案將 分配給獨用管路的每一管段。（d）重復(fù)以上步驟確定其它并聯(lián)環(huán)路獨用管段的資用動力。(2) 獨用管路壓損平衡指在設(shè)計中通過對管路幾何參數(shù)（主要是管道斷面尺寸）的調(diào)整，改變管內(nèi)流速，使獨用管路在要求的流量下，流動阻力等于資用動力，從而保證管網(wǎng)運行時，獨用管路的流量達到要求值；并聯(lián)管路阻力平衡指并聯(lián)管路的動力相等前提下，通過調(diào)整管路尺寸，使各并聯(lián)管路在各自要求的流量下，計算阻力相等。這樣可保證管網(wǎng)運行中，各并聯(lián)管路的流量分配滿足要求。各環(huán)路的獨用管路是并聯(lián)管路，當各環(huán)路中重力作用不相同時，這些并聯(lián)管路的動力不相等。因而，它們的流動阻力也不相等?！白枇ζ胶狻敝贿m用于各環(huán)路重力作用相等的情況，而“壓損平衡”是普遍適用的。4-22簡述枝狀管網(wǎng)水力計算通用方法。答：枝狀管網(wǎng)都可以按以下步驟進行水力計算：（1）繪制管網(wǎng)軸測圖，對各管段進行編號，標明其空間位置（如起點和終點的空間坐標）和長度，確定設(shè)計流量。（2）若是開式管網(wǎng)，進行虛擬閉合。（3）逐一計算各環(huán)路中重力作用形成的作用動力。（4）根據(jù)各環(huán)路中的重力作用大小和管路長度及復(fù)雜程度，確定最不利環(huán)路，通常是重力作用小，管路長而復(fù)雜的環(huán)路。（5）若壓力已定，已定壓力與最不利環(huán)路的重力作用之和即是最不利環(huán)路的資用動力，按合理的分配方案，將資用動力分配給最不利環(huán)路的每一管段，根據(jù)每一管段的設(shè)計流量和分配到的資用動力，確定該管段的斷面尺寸。若壓力未定，按照設(shè)計流量和合理的管內(nèi)流速確定每一個管段的斷面尺寸，計算流動阻力，得到最不利環(huán)路的總阻力，扣除重力作用動力后，得到所需的壓力。（6）計算其它環(huán)路獨用管路的資用動力。（7）按合理的方案，將資用動力分配給獨用管路的每一管段。（8）按所分資用動力和設(shè)計流量，根據(jù)“壓損平衡”，確定各獨用管段的斷面尺寸。應(yīng)注意不同流體的枝狀管網(wǎng)水力計算的主要區(qū)別在于比摩阻的計算公式及其計算圖表不同，不可亂用。4-23 如習題圖 4-1所示管網(wǎng)，輸送含輕礦物粉塵的空氣。按照枝狀管網(wǎng)的通用水力計算方法對該管網(wǎng)進行水力計算，環(huán)境空氣溫度20，大氣壓力101325Pa。習題圖4-1答：主要計算步驟如下：（1）對管網(wǎng)進行虛擬閉合，如圖4-1所示；（2）計算環(huán)路I、II、III中重力作用形成的作用壓力，如表4-1；（3）選環(huán)路I為最不利環(huán)路，按推薦流速確定所屬管段的直徑并計算流動阻力。根據(jù)阻力計算結(jié)果確定需用壓力(風機暫不選擇)，如表4-2；（4）按式（4-4-3）計算環(huán)路II、III的資用動力；按式（4-4-5）計算環(huán)路II的獨用管路（管段2）、環(huán)路III的獨用管路（管段3）的資用動力，如表4-2；（5）按壓損平衡原理，確定管段2和3的斷面尺寸，并計算流動阻力和壓損平衡水平。管段2和管段3的壓損不平衡率分別是4.48和12.28%，已滿足工程實際要求。若此壓損平衡水平達不到工程要求，需調(diào)整管徑，重新進行計算，直至滿足要求。圖4-1 枝狀管網(wǎng)的虛擬閉合表4-1 重力作成的作用壓力管段編號環(huán)路I環(huán)路II環(huán)路III溫度密度Kg/m3高差m管段熱壓Pa環(huán)路I熱壓Pa環(huán)路II熱壓Pa環(huán)路III熱壓Pa1