四章室内热水供暖系统的水力计算ppt课件.ppt
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1、第一篇 供 暖 工 程,河北工业大学 能源环境与工程学院 建筑环境与设备工程系,明确设计对象, 由建筑和结构提供 相关的设计图纸及 甲方要求,确立地点, 查找相关气象参数, 熟悉图纸, 进行负荷计算,确立系统形式, 设计系统,进行散热器计算 确定各个房间散热器片数,进行水力计算, 确定管径, 确定压头值,选择相关设备: 水箱,集气罐, 阀门,水泵等, 完成设计,第四章 室内热水供暖系统水力计算,目的 选择合适的管径d,通过阻力计算,使进入各立管、散热器的水流量符合设计要求 4-1 热水供暖系统管道水力计算基本原理 一、水力计算基本公式 流体流动阻力 P= PY+PJ=RL+Z Pa (4-1)
2、 式中 PY计算管段的沿程阻力损失, Pa PJ、Z 计算管段的局部损失,Pa R 每米管长的沿程损失,Pam L 管段长度,m。,(一)沿程阻力损失,比摩阻R Pa/m (4-2) 式中 d 管子内径m; 热媒在管道内的流速,ms; 热媒的密度,kgm3; 管段的摩擦阻力系数。摩擦阻力系数值取决于管内热媒的流动状态和管壁的粗糙程度,其表达式为: =(Re,) Re=d/ =K/d 式中Re雷诺数(Re2320,流动为紊流) 热媒的运动粘滞系数m2/s; K管壁的当量绝对粗糙度,m; 管壁的相对粗糙度。,.层流区( Re 2320 ) Re 对于在热水采暖系统中,很少遇到层流问题,仅仅在重力循
3、环系统中个别的一些流量很小,管径很细的管段中才有可能遇到层流的流动状态。,对于紊流区,整个系统区可以分为3个区域。 ()水力光滑管区(布拉修斯公式) Re11d/K 当Re在4000100000范围内,布拉修斯公式能给出相当准确的数值。,.紊流区( Re 2320 ),()紊流过度区(洛巴耶夫公式) 在Re=11d/K Re=445d/K的范围我们可以认为是过度区,其计算可以应用洛巴耶夫公式,()紊流粗糙区(阻力平方区)尼古拉兹公式 Re445d/D 当管径d40mm时, 采用希弗林松推荐的公式 =0.11(K/d)0.25,()流态判别,临界流速 m/s 临界雷诺数 (5)紊流区统一公式 柯
4、列勃洛克公式 阿里特舒里公式 阿里特舒里公式是布拉修斯公式和希弗林公式的综合,当量绝对粗糙度K 对于室内的热水供暖系统 K=0.2mm=0.0002m 对于室外热水系统 K=0.5mm=0.0005m 对于流态的确定,工程人员可以直接根据已经计算出来的表格来确定,而不需要自己计算,室内热水供暖系统的设计供回水温度多用9570,整个采暖季的平均水温如按t60考虑,从表4-1可见,当K02mm时,过渡区的临界速度为0.026m/s1.066m/s。在设计热水供暖系统时,管段冲的流速通常都不会超过1.066m/s值,也不大可能低于0.026m/s。因此,热水在室内供暖系统管路冈的流动状态,几乎都处在
5、过渡区内。 室外热水同路(K0.5mm),设计那采用较高的流速(流速常大于0.5m/s),因此,水在热水网路中的流动状态,大多处于阻力平力区内、,.实用计算公式,把 代入公式(),得出 Pa/m () 公式(4-3)反映了比摩阻、管径d、流量三者之间的关系。只要已知其中的两个,便可求出第三个参数。 利用公式(4-3)制成的热水管道水力计算表详见附表4-1,局部阻力损失公式: a () 式中 局部阻力系数之和 水流过热水供暖系统管路的附件(如三通、弯头、阀门等)的局部阻力系数值,可查附录42。表中所给定的数值,都是用实验方法确定的。附录43给出热水供暖系统局部 阻力系数 =1时的局部损失P值。,
6、(二) 局部阻力损失,二、水力计算方法,.一般方法 P= PY+PJ=RL+Z 其中值选择计算有如下两种方法: (1)预定压头法 最不利环路平均比摩阻计算公式 a () 式中 P 预定的作用压头 沿程阻力占总阻力百分比 最不利环路总长,m (2)推荐流速法 推荐常用流速(对应比摩阻值为a/m),2.当量阻力法(动压头法),当量局部阻力法当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程损失转变为局部损失来计算。 P=RL+Z 其中的沿程损失RL写成局部阻力损失形式有: RL= ,而依据公式() 可以得 出 从而有: () 如已知管段的水流量G(kgh)时,则根据有关公式管段的总压力损失P可改写为 P RL
7、+Z( ),把 代入前式,得出:P 令 则有P 式中 为折算的局部阻力系数,于是 P 令 ,则有 P a (4-7) 式中 S-管段的阻力特性数(简称阻力数) /d、 值见附录 见附录() (),3.当量长度法,当量长度法的基本原理是将管段的局部阻力损失折合为管段的沿程损失来计算。 P=RL+Z 其中的沿程损失Z写成局部阻力损失形式有: Z=RLd 而局部阻力 依据公式(4-2) 从而可得出 Ld,整理后得到局部阻力当量长度Ld: m (4-8) 于是P=RL+RLd=R(L+Ld)=RLZh Lzh称为折算长度 m。,二、水力计算任务,1已知系统各管段的流量G和系统的循环作用压力 (压头)
8、P ,确定各管段的管径d; 2已知系统各管段的流量G和各管段的管径d,确定 系统所必需的循环作用压力(压头) P ; 3按已知系统各管段的管径G和该管段的允许压降 P ,确定通过该管段的水流量G。 其中任务1、2为设计计算,任务3为校核计算,第2种情况的水力计算,常用于校核计算,根据最不利循环环路各管段改变后的流量和已知各管段的管径,利用水力计算图表,确定该循环坏环路各管段的压力损失以及系统必需的循环作用压力,以检查循环水泵扬程是否满足要求。 进行第3种情况的水力计算,就是根据管段的管径d和该管段的允许压降,来确定通过该管段(例如通过系统的某一立管)的流量。对已有的热水供暖系统,在管段已知作用
9、压头下,校该各管段通过的水流量的能力;以及热水供暖系统采用所谓“不等温降” 水力计算方法,就是按此方法进行计算的。这个问题将在本章第五节“不等温降”计算方法和例题中详细阐述。,四、水力计算步骤,首先画出管路系统图,并在图上划分管段(流量和管径都相等的),标注管段号、热负荷Q、流量G和管段长L 1.确定最不利环路。指允许比摩阻最小的环路,一般为最远立管环路。 2.确定最不利环路作用压力。自然循环系统按有关公式计算得出(式3-3);机械循环系统一般取10000Pa。 3.计算最不利环路平均比摩阻,采用预定压头法(式4-5 ) 或推荐比摩阻60-120Pa/m。 4.利用附表4-1,已知G、RP查表
10、选择合适的管径d,并得出相应d条件下的比摩阻R、流速u 5.根据管道布置,利用附表4-2查出管径d对应下的局部阻力损失系数 。,6.根据上述数据和有关公式计算管段的阻力损失 沿程损失RL、局部损失Z,总损失RL+Z 7.计算最不利环路各管段总阻力损失(RL+Z) 8.按照并联环路阻力损失相等的原则计算分支环路各管段。 各并联环路(不包括共同管段)阻力不平衡率为 15%。 各支路在平衡计算时,应注意管内流速的限制: 民用建筑 1.2m/s; 生产厂房辅助建筑 2m/s; 生产厂房 3m/s。,第二节 重力循环双管系统管路水力计算方法和例题,【例题4-1】确定重力循环双管热水供暖系统管路的管径(见
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