流體輸配管網(wǎng)課后作業(yè)

第四章

4-1什么是水封？它有什么作用？舉出實(shí)際管網(wǎng)中應(yīng)用水封的例子。

答：水封是利用?定高度的靜水R力來(lái)抵抗排水管內(nèi)氣壓的變化，防止管內(nèi)氣體進(jìn)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(shí)也可以用水封來(lái)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(shí)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)，如一洗練盆，大/小便器等各類衛(wèi)生器艮排水接管

上安裝的存水彎（水封）。此外，空調(diào)末端設(shè)備（風(fēng)機(jī)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(fù)壓側(cè)時(shí)，安裝的存水彎可防I二送風(fēng)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：m可簡(jiǎn)化為水氣兩相流動(dòng)，屬非滿管流；

（2）系統(tǒng)內(nèi)水流具有斷續(xù)非均勻的特點(diǎn)，水量變化大，排水歷時(shí)短，頂峰流量時(shí)水量可能充滿水管斷面,

有的時(shí)間管內(nèi)乂可能全是空氣，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(yùn)動(dòng)時(shí)夾帶空氣一起運(yùn)動(dòng)，管內(nèi)氣壓波動(dòng)大；

（4）立管和橫支管相互影響，立管內(nèi)水流的運(yùn)動(dòng)可能引起橫支管內(nèi)壓力波動(dòng)，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(guò)水?dāng)嗝媾c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(jìn)而想方法穩(wěn)

定管內(nèi)壓力，保證排水暢通。技術(shù)措施可以①調(diào)整管徑；②在管徑一定時(shí)，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(guò)（1）增加管內(nèi)壁粗糙度；（2）立管上隔一定距離設(shè)乙字彎；（31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(jìn)入立管；（5）對(duì)立管內(nèi)

壁作特殊處理，增加水與管內(nèi)壁的附著力。減小水占阻力系數(shù)，可以通過(guò)改變水占形狀，或向負(fù)壓區(qū)補(bǔ)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(jìn)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(dǎo)流突起；（5）排水立管軸線與橫支

管軸線錯(cuò)開(kāi)半個(gè)管徑連接；（6）一般建筑采用形成水舌面枳小兩側(cè)氣孔面枳大的斜三通或異徑三通。

4-4解釋''終限流速〃和、'終限長(zhǎng)度〃的含義，這二概念與排水管通水能力之間有何關(guān)系？

答：終限流速排水管網(wǎng)中當(dāng)水膜所受向上的管壁摩擦力與重力到達(dá)平衡時(shí)，水膜的下降速度和水膜厚度

不再發(fā)生變化，這時(shí)的流速叫終限流速。終限長(zhǎng)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(zhǎng)度。這兩個(gè)概念確定了水膜流階段排水立管在（允許的壓力波動(dòng)范圍）內(nèi)最大允許排水能力，超過(guò)終限

流速的水流速度將使排水量繼續(xù)增加，水膜加厚，最終形成水寒流，使排水系統(tǒng)不能正常使用。水膜流狀態(tài)

2

下，可有Q=l°,Lt=0.144Vc,其中Q——通水能力L/S：Wt一一終限流速時(shí)過(guò)水?dāng)嗝娣e，cm。

V：一一終限流速，m/s,Lt一一終限長(zhǎng)度，m。

4-5空調(diào)凝結(jié)水管內(nèi)流動(dòng)與建筑排水管內(nèi)流動(dòng)的共性和差異是什么？

答：共性：均屬于液氣兩相流。

區(qū)別：①空調(diào)凝結(jié)水管在運(yùn)動(dòng)時(shí)管內(nèi)水流量變化不大，氣壓變化也不大，而建筑排水管風(fēng)水量及氣壓隨

時(shí)間變化都較大：

②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；

③空調(diào)凝水管內(nèi)流動(dòng)可當(dāng)成凝結(jié)水和空氣的流動(dòng)，排水管內(nèi)的流動(dòng)除水和氣體外，還有固體。

4-6汽液兩相流管網(wǎng)的根本水力特征是什么？

答：①屬蒸汽、凝結(jié)水的兩相流動(dòng)；

②流動(dòng)過(guò)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(huì)伴隨著相態(tài)變化：

③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(shí)排除凝結(jié)水：

④系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)排氣，系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)補(bǔ)氣，以保證系統(tǒng)長(zhǎng)期、可靠運(yùn)行。

⑤回水方式有重力回水、余壓回水、機(jī)械回水等多種方式。

4-7簡(jiǎn)述保證蒸汽管網(wǎng)正常運(yùn)行的根本技術(shù)思路和技術(shù)措施？

答：保證蒸汽管網(wǎng)正常運(yùn)行的根本思路是減少凝結(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：①減少凝結(jié)：②別離水滴；③汽液兩相同向流動(dòng)：④假設(shè)兩相逆向流動(dòng)減少，那么盡量相互作用。

匕采取的技術(shù)措施是：①通過(guò)保溫減少凝結(jié)；②在供汽干管向上拐彎處裝耐水擊的疏水器別離水相；③設(shè)置

足夠坡度使水汽同向；④在兩相逆向的情況下，降低蒸汽的速度：⑤在散熱器上裝白動(dòng)排氣閥，以利于凝水

排凈，下次啟動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生水擊；⑥汽、水逆向時(shí)，適當(dāng)放粗管徑；⑦供汽立管從干管上方或下方側(cè)接出，防

止凝水流入立管；⑧為保證管正常運(yùn)行，還需適當(dāng)考慮管網(wǎng)變形的破壞作用，設(shè)置補(bǔ)償器。

4-8簡(jiǎn)述室內(nèi)蒸汽供熱管網(wǎng)水力計(jì)算的根本方法和主要步驟

答：蒸汽管網(wǎng)水力計(jì)算的根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(dòng)阻力+用戶散熱器所需壓力。水力計(jì)算主要

步驟：（1）確定最不利環(huán)路；（2）管段編號(hào)，統(tǒng)計(jì)各管段長(zhǎng)度及熱負(fù)荷；（3）選定比壓降，魂定鍋爐出

口壓力：（4）對(duì)最不利環(huán)路各管段進(jìn)行水力計(jì)算，依次確定其管徑和壓損；（5）對(duì)各并聯(lián)管路進(jìn)行水力計(jì)

算，確定其管徑和壓損；（6）確定各凝水管路管徑，必要時(shí)需計(jì)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假設(shè)例4-2中，每個(gè)散熱器的熱負(fù)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ZI=80m,比壓降100Pa/m,散熱器所需乘余壓力2000Pa,運(yùn)行壓力

Pb=80x100+2000=10Kpao

2）最不利管徑的水力計(jì)算，預(yù)計(jì)Rm=100x0.6=60Pa/m,各管段管徑確定見(jiàn)以下水力計(jì)算表。

水力計(jì)算表

摩擦阻局部阻

熱量a長(zhǎng)度1管徑d比摩阻R流速V壓頭Pd局部壓力損失總壓力損失

管段力損失力系數(shù)

(mm)(m)(mm)(Pa/m)(m/s)(Pa)△Pj=Pd-2^（Pa）△P=APy+APg(Pa)

正

△Py=RI（Pa）

171000127026.313.9315.610.561.2642.6958.2

230000135029.4112.94382.332.053.08106.16488.49

324000124039.6912.6496.281.050.3350.33546.61

418000123252.6812.29632.161.047.8847.88680.04

512000123221.588.42258.961.022.4722.47281.43

66000172528.357.34481.9512.017.08204.96686.91

7300022020.555.8041.14.510.6647.9789.07

2l=80m2AP=3730.75Pa

立管資用壓力

HIAP6-7=775.98Pa

立管60004.52528.357.34127.5811.517.08196.42324

支管300022020.555.8041.14.510.6647.9789.07

2AP=413.07Pa

立管DI資用壓力AP5.7=968.34Pa

立管60004.52528.357.34127.5811.517.08196.42324

支管3000215103.4511.07206.904.538.85174.81381.7

ZAP=705.71Pa

立管H資用壓力AP4-7=1648.38Pa立管IAP3-7=2194.99Pa

立管60004.52030.411.66361.813.043.1560.3922.07

支管3000215103.4511.07206.904.538.85174.81381.7

2AP=1303.77Pa

局部阻力系數(shù)匯總

管段①截止閥7.0,鍋爐出口2.0,90。煨彎3x0.5=1.5號(hào)=10.5

管段②90。煨彎2x0.5=1.0,直流三通1.02之=2.0

管段③④⑤直流三通1.0Z^=1.0

管段⑥截止閥9.0,90。煨彎2xl.0=2.0,直流三通遷=10.0

管段⑦乙字彎1.5,分流三通3.0￡2=4.5

其他立管nnv(d=25mm)截止閥9.0,90。煨彎L0,旁流三通L52^=11.5

III(d=20mm)截止閥10.0,90。煨彎1.5,旁流三通1.51^=13

其他支管nnv(d=20mm)乙字彎9.0,分流三通3.02^=4.5

III(d=15mm)乙字彎1.5,分流三通3.0近=4.5

凝水管役匯總表

編號(hào)7，6，5，4Z3，2，r

熱負(fù)荷W300060001200018000240003000071000

管徑d(mm)15202025253232

4-10簡(jiǎn)述凝結(jié)水管網(wǎng)水力計(jì)算的根本特點(diǎn)

答：凝結(jié)水管網(wǎng)水力計(jì)算的根本特征是管網(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(dòng)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(jì)算。

4-11物料的''沉降速度〃、'、懸浮速度〃、'、輸送風(fēng)速〃這三個(gè)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(yùn)動(dòng)。同時(shí)受到氣體豎直向上的阻力，隨著預(yù)粒與氣體相對(duì)速度

增加豎直向上的阻力增加，最終阻力與重力平衡，這對(duì)物料與氣體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度Vt,假設(shè)氣體處于靜止?fàn)?/p>

態(tài)，那么認(rèn)是顆粒的沉降速度，假設(shè)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JL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(fēng)速。輸送風(fēng)速足夠大，使物料懸浮輸送，是輸送風(fēng)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(fēng)管中與輸送風(fēng)速垂直，在垂直風(fēng)管中與輸

送風(fēng)速平行。為了保證正常輸送，輸送風(fēng)速大于沉降或懸浮速度，一般輸送風(fēng)速為懸浮速度的2.4~4.0倍,

電大密度粘結(jié)性物料甚至取5-10倍。

4-12簡(jiǎn)述氣固兩相流的阻力特征和阻力計(jì)算的根本方法。

答：氣固兩相流中，既有物料顆粒的運(yùn)動(dòng)，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(duì)

于兩相流在流速較小時(shí)阻力隨流速增大而增大，隨著流速增大，顆粒過(guò)渡到懸浮運(yùn)動(dòng)，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(gè)風(fēng)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(shí)，摩擦作用和懸浮速度大，阻力也大，顆粒分布

合理的管內(nèi)流速，確定環(huán)路的管道尺寸，先計(jì)算出環(huán)路流動(dòng)阻力M：再根據(jù)環(huán)路內(nèi)流體密度與環(huán)路空間走

向以,計(jì)算出重力作用形成的環(huán)路流動(dòng)動(dòng)力：環(huán)路由風(fēng)機(jī)、水泵等壓力源提供的全壓為：PQ…一外

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(dòng)阻力最大的環(huán)路，或理解成實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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、同部阻力情況、流量分配要求等。在重力作用芻可忽略、各并聯(lián)支路

局部阻力相當(dāng)?shù)那闆r下，最不利環(huán)路通常是最遠(yuǎn)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(zhǎng)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(dòng)阻力和重力作用，選管路

長(zhǎng)、部件多，重力推動(dòng)作用小〔甚至是阻礙流動(dòng))的環(huán)路為最不利環(huán)路。

4-20如何確定環(huán)路的資用動(dòng)力？最不利環(huán)路資用動(dòng)力的計(jì)算方法與其他環(huán)路有何差異？

答：任意環(huán)路i的資用動(dòng)力修，等于環(huán)路中外部壓力作用4大小和重力作用大小取之和，即當(dāng)

與最不利環(huán)路資用動(dòng)力的計(jì)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(dòng)力受流動(dòng)阻力和外

部壓力影響，其費(fèi)用動(dòng)力可按當(dāng)，='%計(jì)算。而其它并聯(lián)支路資用動(dòng)力受最不利環(huán)路費(fèi)用動(dòng)力分配的

約束，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)總體的壓損平衡(流量分配要求)。任?環(huán)路與最不利環(huán)路共用管段的資用動(dòng)力，是

由最不利環(huán)路的資用動(dòng)力分配確定的。任一環(huán)路只在其獨(dú)用管路上有分配資用動(dòng)力的自由。

4-21如何計(jì)算獨(dú)用管路的資用壓力？獨(dú)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(jì)算獨(dú)用管路的資用壓力：(a)根據(jù)最不利環(huán)路的資用動(dòng)力分配，確定共用管路的資

用動(dòng)力，它等于共用管路的流動(dòng)阻力叫o(b)計(jì)算獨(dú)用管路的資用動(dòng)力&,&明

(C)按確定的方案將分配給獨(dú)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(dú)用管段的資

用動(dòng)力。

(2)獨(dú)用管路壓損平衡指在設(shè)計(jì)口通過(guò)對(duì)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(dú)用管路在要求的流量下，流動(dòng)阻力等于資用動(dòng)力，從而保證管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，獨(dú)用管路的流量到達(dá)要求值：并

聯(lián)管路阻力平衡指并聯(lián)管路的動(dòng)力相等前提下，通過(guò)調(diào)整管路尺寸,使各并聯(lián)管路在各自要求的流量下，計(jì)

算阻力相等。這樣可保證管網(wǎng)運(yùn)行中，各并聯(lián)管路的流量分配滿足要求。各環(huán)路的獨(dú)用管路是并軼管路，當(dāng)

各環(huán)路中重力作用不相同時(shí)，這些并聯(lián)管路的動(dòng)力不相等。因而，它們的流動(dòng)阻力也不相等。''阻力平衡”只

適用于各環(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(jiǎn)述枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算通用方法。

答：枝狀管網(wǎng)都可以按以下步驟進(jìn)行水力計(jì)算：

(1)繪制管網(wǎng)軸測(cè)圖，對(duì)各管段進(jìn)行編號(hào)，標(biāo)明其空間位置(如起點(diǎn)和終點(diǎn)的空間坐標(biāo))和長(zhǎng)度，確定設(shè)

計(jì)流量。

12)假設(shè)是開(kāi)式管網(wǎng),進(jìn)行虛擬閉合。

(3)逐一計(jì)算各環(huán)路中重力作用形成的作用動(dòng)力。

(4)根據(jù)各環(huán)路中的重力作用大小和管路長(zhǎng)度及復(fù)雜程度，確定最不利環(huán)路，通常是重力作用個(gè)，管路長(zhǎng)

而復(fù)雜的環(huán)路。

(5)假設(shè)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(dòng)力，按合理的分配方

案，將資用動(dòng)力分配給最不利環(huán)踴的每一管段，根據(jù)每一管段的設(shè)計(jì)流量和分配到的資用動(dòng)力，確定該管段

的斷面尺寸。

假設(shè)壓力未定，按照設(shè)計(jì)流量和合理的管內(nèi)流速確定每一個(gè)管段的斷面尺寸，計(jì)算流動(dòng)阻力，得到最不利環(huán)

路的總阻力，扣除重力作用動(dòng)力后，得到所需的壓力。

(6)計(jì)算其它環(huán)路獨(dú)用管路的資用動(dòng)力。

17)按合理的方案，將資用動(dòng)力分配給獨(dú)用管路的每一管段。

(8)按所分資用動(dòng)力和設(shè)計(jì)流量，根據(jù)''壓損平衡〃，確定各獨(dú)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(jì)算的主要區(qū)別在于比摩阻的計(jì)算公式及其計(jì)算圖表不同，不可亂用。

4-23如習(xí)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(jì)算方法對(duì)該管網(wǎng)進(jìn)

行水力計(jì)算，環(huán)境空氣溫度201,大氣壓力101325Pa.

習(xí)題圖4-1

答：士要計(jì)算步驟如下;

(1)對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行虛擬閉合，如圖4-1所示；

(2)計(jì)算環(huán)路I、H、HI中重力作用形成的作用壓力，如表4-1；

13)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(jì)算流動(dòng)阻力。根據(jù)阻力計(jì)算結(jié)果確定需

用壓力(風(fēng)機(jī)暫不選擇)，如表4-2；

(4)按式(4-4-3)計(jì)算環(huán)路H、HI的費(fèi)用動(dòng)力；按式(4-4-5)計(jì)算環(huán)路H的獨(dú)用管路(管段2)、環(huán)

路HI的獨(dú)用管路(管段3)的資用動(dòng)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，并比算流動(dòng)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(shí)際要求。假設(shè)此壓損平衡水平達(dá)不到工程要求，需

調(diào)整管徑，重新進(jìn)行計(jì)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

管段環(huán)路環(huán)路環(huán)路溫度密度高差管段熱環(huán)路I環(huán)路H環(huán)路III

編號(hào)IIIIIICKg/m3m壓Pa熱壓Pa熱壓Pa熱壓Pa

11001800.7791076.4076.4000

2010201.204-3-35.430-35.430

3001201.204-3-35.4300-35.43

41111000.94600000

5111701.02800000

6111401.127444.1944.1944.1944.19

7111301.164-49-559.54-559.64-559.64-559.64

除塵器111701.02800000

1WV100201.20435413.38413.3800

2\\\，010201.20448566.920566.920

3\\\，001201.20448566.9200566.92

合計(jì)-25.6716.0416.04

表4-2各環(huán)路水力計(jì)算表

管段流量管長(zhǎng)密度自“面積流速動(dòng)壓PaRmPaPa

編號(hào)m3/hmkg/m3mmmm2m/sPaPa/m

12500150.7792500.04914.1577.960.646.787.5112.5159.28

4350060.9463000.07113.7589.49-0.05-4.475.834.830.33

5550051.0293800.11313.4793.350.656.013.919.575.51

6550081.127句00.12612.168