單元4 熱水采暖系統(tǒng)的水力計算

供熱工程

GONGREGONGCHENG武漢理工大學出版社單元4熱水采暖系統(tǒng)的水力計算單元4熱水采暖系統(tǒng)的水力計算知識目標：1、熟悉水力計算的基本原理；2、掌握采暖系統(tǒng)水力計算的任務和方法；3、了解不等溫降法熱水采暖系統(tǒng)水力計算的方法；4、掌握機械循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)的水力計算的方法和步驟。能力目標：1、能進行一般室內(nèi)采暖工程的施工圖設計計算；2、能熟練使用常用的水力計算圖表；3、能運用水力計算的基本原理分析解決工程實際中存在的問題。目錄課題1管路水力計算的基本原理課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計算的任務和方法課題3機械循環(huán)單管熱水采暖系統(tǒng)的水力計算

123課題1管路水力計算的基本原理（1）沿程壓力損失根據(jù)達西公式，沿程壓力損失可用下式計算1.1基本公式

Pa(4-1)單位長度的沿程壓力損失，也就是比摩阻R的計算公式為

Pa/m(4-2)課題1管路水力計算的基本原理式中——沿程壓力損失，Pa

——管段的摩擦阻力系數(shù)；

d——管子的內(nèi)徑，m；ρ——流體的密度，kg/m3；——管中流體的速度，m／s；——管段的長度，m。實際工程計算中，往往已知流量，則公式(5-2)中的流速v可以用質(zhì)量流量G表示(4-3)課題1管路水力計算的基本原理式中G為管段中水的質(zhì)量流量，kg／h。將式(4-3)代入式(4-2)中，經(jīng)整理后可得(4-4)附錄4-1就是按公式(4.4)編制的熱水采暖系統(tǒng)管道水力計算表。查表確定比摩阻R后，該管段的沿程壓力損失就可確定出來。（2）局部壓力損失局部壓力損失可按下式計算

(4-5)課題1管路水力計算的基本原理式中——管段的局部阻力系數(shù)之和，見附錄4-2；

——表示=1時的局部壓力損失，又叫動壓頭，,Pa，見附錄4-3。（3）總損失任何一個熱水采暖系統(tǒng)都是由很多串聯(lián)、并聯(lián)的管段組成，通常將流量和管徑均不改變的一段管路稱為一個計算管段。各個管段的總壓力損失應等于沿程壓力損失與局部壓力損失之和，即（4-6）課題1管路水力計算的基本原理當量阻力法是在實際工程中的一種簡化計算方法?；驹硎菍⒐芏蔚难爻虛p失折合為局部損失來計算，即1.2當量阻力法（4-7）

式中

-——當量局部阻力系數(shù)。計算管段的總壓力損失可寫成

(4-8)課題1管路水力計算的基本原理令（4-9）式中——管段的折算阻力系數(shù)(4-10)將公式（4-3）代入公式（4-10）中，則有(4-11)設（4-12)課題1管路水力計算的基本原理管段的總壓力損失

(4-13)附錄4-4

給出了各種不同管徑的A值和λ/d值。附錄4-5

給出按公式（4-13）編制的水力計算表。垂直單管順流式系統(tǒng)立管與干管、支管，支管與散熱器的連接方式，在圖中已規(guī)定出了標準連接圖式，為了簡化立管的水力計算，可以將由許多管段組成的立管看作一個計算管段。附錄4-6

給出了單管順流式熱水采暖系統(tǒng)立管組合部件的。附錄4-7

給出了單管順流式熱水采暖系統(tǒng)立管的值。課題1管路水力計算的基本原理當量長度法是將局部損失折算成沿程損失來計算的一種簡化計算方法，也就是假設某一段管段的局部壓力損失恰好等于長度為的某管段的沿程損失，即1.3當量長度法（4-14）式中為管段中局部阻力的當量長度，m。

管段的總壓力損失可寫成

(4-15)課題1管路水力計算的基本原理式中為管段的折算長度，m。

當量長度法一般多用于室外供熱管路的水力計算上。課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計算的任務和方法(1)已知各管段的流量和循環(huán)作用壓力，確定各管段管徑。(2)已知各管段的流量和管徑，確定系統(tǒng)所需的循環(huán)作用壓力。(3)已知各管段管徑和該管段的允許壓降，確定該管段的流量。2.2.1最不利環(huán)路計算(1)最不利環(huán)路的選擇確定2.1熱水采暖系統(tǒng)水力計算的任務2.2等溫降法水力計算方法課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計算的任務和方法采暖系統(tǒng)是由各循環(huán)環(huán)路所組成的，所謂最不利環(huán)路，就是允許平均比摩阻最小的一個環(huán)路?？赏ㄟ^分析比較確定，對于機械循環(huán)異程式系統(tǒng)，最不利環(huán)路一般就是環(huán)路總長度最長的一個環(huán)路。(2)根據(jù)已知溫降，計算各管段流量（4-16）式中Q——各計算管段的熱負荷，W；——系統(tǒng)的設計供水溫度，℃

——系統(tǒng)的設計回水溫度，℃。

課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計算的任務和方法(3)根據(jù)系統(tǒng)的循環(huán)作用壓力，確定最不利環(huán)路的平均比摩阻

(4-17)式中——最不利環(huán)路的平均比摩阻，Pa/m；

△p——最不利環(huán)路的循環(huán)作用壓力，Pa；α

——沿程壓力損失占總壓力損失的估計百分數(shù)，查附錄4-7確定α值；∑——環(huán)路的總長度，m。課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計算的任務和方法(4)根據(jù)Rpj和各管段流量，查附錄4-1選出最接近的管徑，確定該管徑下管段的實際比摩阻R和實際流速υ。(5)確定各管段的壓力損失，進而確定系統(tǒng)總的壓力損失。2.2.2其它環(huán)路計算其它環(huán)路的計算是在最不利環(huán)路計算的基礎上進行的。應遵循并聯(lián)環(huán)路壓力損失平衡的規(guī)律，來進行各環(huán)路的計算。應用等溫降法進行水力計算時應注意：(1)如果系統(tǒng)未知循環(huán)作用壓力，可在總壓力損失之上附加10%確定。(2)各并聯(lián)循環(huán)環(huán)路應盡量做到阻力平衡，以保證各環(huán)路分配的流量符合設計要求。但各并聯(lián)環(huán)路的阻力做到絕對平衡是不可能的，允許有一個差額，但不能過大，否則會造成嚴重失調(diào)。(3)散熱器的進流系數(shù)課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計算的任務和方法在單管順流式熱水采暖系統(tǒng)中，如圖4-1，兩組散熱器并聯(lián)在立管上，立管流量經(jīng)三通分配至各組散熱。流進散熱器的流量Gs與立管流量的比值，稱為該組散熱器的進流系數(shù)α，即圖4-1順流式系統(tǒng)散熱器節(jié)點課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計算的任務和方法在垂直順流式熱水采暖系統(tǒng)中，當散熱器單側(cè)連接時，進流系數(shù)α=1.0；當散熱器雙側(cè)連接時，如果兩側(cè)散熱器支管管徑、長度、局部阻力系數(shù)都相等，則進流系數(shù)α=0.5；如果散熱器支管管徑、長度、局部阻力系數(shù)不相等，進流系數(shù)可查圖4-2確定。課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計算的任務和方法圖4-2單管順流式散熱器進流系數(shù)課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計算的任務和方法跨越式熱水采暖系統(tǒng)中，由于一部分直接經(jīng)跨越管流入下層散熱器，散熱器的進流系數(shù)α取決于散熱器支管、立管，跨越管管徑的組合情況和立管中的流量、流速情況，進流系數(shù)可查圖4-3確定。課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計算的任務和方法圖4-3跨越式系統(tǒng)中散熱器的進流系數(shù)課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計算的任務和方法所謂不等溫降的水力計算，就是在單管系統(tǒng)中各立管的溫降各不相等的前提下進行水力計算。它以并聯(lián)環(huán)路節(jié)點壓力平衡的基本原理進行水力計算。這種計算方法對各立管間的流量分配，完全遵守并聯(lián)環(huán)路節(jié)點壓力平衡的水力學規(guī)律，能使設計工況與實際工況基本一致。進行室內(nèi)熱水采暖系統(tǒng)不等溫降的水力計算時，一般從循環(huán)環(huán)路的最遠立管開始。（1）首先任意給定最遠立管的溫降。一般按設計溫降增加2-5℃。由此求出最遠立管的計算流量Gj。根據(jù)該立管的流量，選用R(或υ)值，確定最遠立管管徑和環(huán)路末端供、回水干管的管徑及相應的壓力損失值。（2）確定環(huán)路最末端的第二根立管的管徑。該立管與上述計算管段為并聯(lián)管路。根據(jù)已知節(jié)點的壓力損失ΔP，選定該立管管徑，從而確定通過環(huán)路最末端的第二根立管的計算流量及其計算溫度降。2.3不等溫降的水力計算方法課題2熱水采暖系統(tǒng)水力計算的任務和方法（3）按照上述方法，由遠至近，依次確定出該環(huán)路上供、回水干管各管段的管徑及其相應附壓力損失以及各立管的管徑、計算流量和計算溫度降。（4）系統(tǒng)中有多個分支循環(huán)環(huán)路時，按上述方法計算各個分支循環(huán)環(huán)路。計算得出的各循環(huán)環(huán)路在節(jié)點壓力平衡狀況下的流量總和，一般都不會等于設計要求的總流量，最后需要根據(jù)并聯(lián)環(huán)路流量分配和壓降變化的規(guī)律，對初步計算出的各循環(huán)環(huán)路的流量、溫降和壓降進行調(diào)整。最后確定各立管散熱器所需的面積。課題3機械循環(huán)單管熱水采暖系統(tǒng)的水力計算

【例題4-1】確定圖4-5機械循環(huán)垂直單管順流式熱水采暖系統(tǒng)管路的管徑。熱媒參數(shù)：供水溫度=95℃=70℃。系統(tǒng)與外網(wǎng)連接。在引入口處外網(wǎng)的供回水壓差為30kPa。圖4-3表示出系統(tǒng)兩個支路中的一支路。散熱器內(nèi)的數(shù)字表示散熱器的熱負荷。樓層高為3m。3.1機械循環(huán)單管順流式熱水采暖系統(tǒng)管路水力計算例題課題3機械循環(huán)單管熱水采暖系統(tǒng)的水力計算圖4-4例題4-1的管路計算圖課題3機械循環(huán)單管熱水采暖系統(tǒng)的水力計算

機械循環(huán)單管順流式熱水采暖系統(tǒng)管路水力計算表（例題4-1）表4-1Δpy=R3.2機械循環(huán)同程式熱水采暖系統(tǒng)管路的水力計算例題【例題4-3】確定圖4-2機械循環(huán)垂直單管順流同程式熱水采暖系統(tǒng)管路的管徑。熱媒參數(shù)：供水溫度=95℃，=70℃。系統(tǒng)與外網(wǎng)連接。采用允許流速法計算。散熱器內(nèi)的數(shù)字表示散熱器的熱負荷。課題3機械循環(huán)單管熱水采暖系統(tǒng)的水力計算圖4