第2章 气体输配管网的水力特征与水力计算

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1、第二章气体输配管网的水力特征与水力计算重点：重力、压力及重力和压力综合作用的３种气体管流的水力特征；流体输配管网水力计算的基本原理、方法及相关概念；环路与环路位压，阻力平衡，动静压的相互转换。2.1气体管流的水力特征2.1.1气体重力管流的水力特征（1）竖向开口管道1-2断面的能量方程：（2-1-1)静压动压位压当1断面和2断面位于位于进口和出口处，这时静压均为0。将出口的动压损失视为出口的一种流动局部阻力，则：(2-1-2)上式表明：流动阻力依靠位压（即重力的作用）克服。流动方向取决于管内外的密度差。以厨房排烟管网为例，当没有开启排风机、且未设防倒流阀

2、，夏季竖井中密度低，室外空气经竖井进入室内；冬季竖井温度高，室内空气进入竖井。（2）U型管道内的重力流通过列写断面1-D、断面D-2的能量方程，综合后得到：g（ρ1－ρ2）（H2－H1）=(2-1-5)注意：1)断面1和2分别在进口和出口外，包含了进口阻力损失和出口阻力损失。2)进出口位于相同标高时，流动动力是竖管内的密度差与高差的乘积，与管外大气密度无关。3)流动方向取决于竖管内密度的相对大小。（3）闭式管道内的重力流具有与进出口断面等高的U型重力流竖管相同的水力特征。2.1.2气体压力管流水力特征2.1.3压力和重力综合作用下的气体管流水力特征若压力（

3、Pq1－Pq2）驱动的流动方向与位压一致，则二者综合作用加强管内气体流动，若驱动方向相反，则由绝对值大者决定管流方向；绝对值小者实际上成为另加流动阻力。如空调建筑装有排气风机的卫生间排气竖井，冬季在位压的辅助作用下，排气能力明显加强；夏季排气风机除克服竖井的阻力时，还要克服位压，排气能力削弱，尤其是高层建筑。2.2流体输配管网水力计算的基本原理和方法水力计算：设计计算；校核计算设计计算：根据要求的流量分配，确定管网的各段管径（或断面尺寸）和阻力。对枝状管外，求得管网特性曲线，为匹配管网动力设备准备好条件，进而选择确定动力设备（风机、水泵等）的型号。校核计算

4、：根据已定的动力设备，确定保证流量输配的管道尺寸；或者根据已定的管道尺寸，确定保证流量输配的动力设备。水力计算是流体输配管网设计及其运行质量保证的基本手段。水力计算的基本理论依据：流体力学一元流动连续性方程、能量方程及串、并联管路流动规律。管网的流动动力等于管网流动总阻力。若干管段串联后的阻力，等于各管段阻力之和；各并联管段的起点（终点）相同，具有相同的压力。不包含动力源的并联管段，阻力应相等。管段阻力是构成管网阻力的基本单元。流体力学已经揭示，管段中的流体流动阻力有两种，一种是摩擦阻力，也称为沿程阻力。另一种是局部阻力。水力计算的基本原理2.2.1摩擦阻

5、力计算摩擦阻力系数说明工程上常根据自身的工程特点，编制相应的计算图表帮助计算。任何计算公式或图表，都有其使用范围，使用时要特别注意。当工程条件与得出公式或图表的条件有差异时，常采用修正的方法。2.2.1局部阻力计算产生原因：流动边界几何形状改变，使流动产生涡旋、流动方向变化，引起能量损失。局部阻力基本计算公式：局部阻力系数局部阻力处，流动处于阻力平方区。局部阻力系数只与几何形状有关。局部阻力系数与其安装条件（受流动环境的影响）、各部分的几何尺寸有关（如突扩）。同名的局部阻力在不同的场合有不同的阻力系数值。局部阻力系数值通过一般实验获得。局部阻力系数值对应是

6、某断面动压而言的，使用时必须注意。各工程设计手册给出了常用的局部阻力系数。2.2.3常用的水力计算方法假定流速法压损平均法静压复得法假定流速法的特点先按技术经济要求选定管内流速，再结合所需输送的流量，确定管道断面尺寸，进而计算管道阻力,得出需要的作用压力。假定流速法适用于作用压力未知的情况。假定流速法的基本步骤（1）绘制管网轴测图，对各管段进行编号，标出长度和流量，确定最不利环路。（2）合理确定最不利环路各管段的管内流体流速。（3）根据各管段的流量和确定的流速，确定最不利环路各管段的断面寸。（4）计算最不利环路各管段的阻力。（5）平衡并联管路。确定并联管路

7、的管径，使各并联管路的计算阻力与各自的资用压力相等，可用压损平均法计算。这是保证流量按要求分配的关键。若并联管路计算阻力与各自的资用压力不相等，在实际运行时，管网会自动调整各并联管路流量，使并联管路的实际流动阻力与各自的资用压力相等。这时各并联管路的流量不是要求的流量。（6）计算管网的总阻力，求取管网特性曲线。（7）根据管网特性曲线、所要求输送的总流量以及所输送流体的种类、性质等诸因素，综合考虑为管网匹配动力设备（风机、水泵等），确定动力设备所需的参数。压损平均法的特点将已定的总作用压力，按干管长度平均分配给每一管段，以此确定管段阻力，再根据每一管段的流量

8、确定管道断面尺寸。当管道系统所用的动力设备型号已定，或对分支管路进