第四章供暖系统水力计算

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1、第四章供暖系统水力计算第一节热水供暖系统管路水力计算基本原理一.水力计算的目的：选择适当的管径，使系统中各管段的水流量符合设计要求，以保证流进各散热器的水流量符合要求。进而确定出各管路系统的阻力损失。二.水力计算的原理：热水供暖系统中，计算管段的总压力损失，可用下式表示：——计算管段的压力损失，Pa；——计算管段的沿程损失，Pa；——计算管段的局部损失，Pa；——每米管长的沿程损失，Pa／m——管段长度，m。（一）沿程损失在管路的水力计算中，把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子，称为一个计算管段．任何一个热水供暖系统都是由许多串联与并联的计算管段组成．每米管长的沿程损失(也称

2、为比摩阻，比压降)。其值可用流体力学中的达西·维斯巴赫公式进行计算Pa／m（4-1）式中——管段的摩擦阻力系数；——管道内径，m；——热媒在管道内的流速，m/s；——热媒的密度，kg／m3。1.λ值的确定：摩擦阻力系数，取决于热媒在管道内的流动状态和管壁的粗糙程度，即λ＝ƒ(Re，ε)，，ε=K／dRe——雷诺数，流动状态的准则数，当Re<2320时，流动为层流流动，当Re＞2320时，流动为紊流流动；——热媒的运动粘滞系数，㎡/s；K——管壁的当量绝对粗糙度；ε——管壁的相对粗糙度；其它同前．管壁的当量绝对粗糙度K与管子的使用情况(流体对管壁的腐蚀和沉积水垢等)，和管子使用时

3、间等因素有关。对于热水供暖统，推荐采用下列数值：室内热水供暖系统管道K=0.2mm室外热水管网管道K=0.5mm摩擦阻力系数λ值是用实验方法确定的。根据实验数据整理的曲线，按照流体的不同流动状态，可整理出计算λ值的公式。在热水供暖系统中，推荐如下计算公式：a.层流流动当Re<2320时，流动为层流流动状态，λ值仅取决于Re值。在自然循环热水供暖系统的个别水流量很小、管径很小的管段内，可出现层流的流动b.紊流流动当Re＞2320时，流动为紊流流动。在该区内，又分为水力光滑管区、过渡区及粗糙管区（阻力平方区）。1)水力光滑管区λ值可用布拉修斯公式计算：2)过渡区流动状态从水力光滑管区

4、过渡到粗糙管区（阻力平方区）的一个区域，称为过渡区．该区的摩擦阻力系数值，可用洛巴耶夫公式计算，即过渡区的范围，可用下式判断：式中——流动从水力光滑管区转到过渡区的临界速度和相应的雷诺数值；——流动从过渡区转到粗糙管区的临界速度和相应的雷诺数值；3)粗糙管区(阻力平方区)该区的摩擦阻力系λ值仅取决于管壁的相对粗糙度，用尼古拉兹公式计算对于管径DN≥40㎜㎜的管子，可用更简单的希弗林松公式：根据过渡区范围的判别式和推荐使用的当量绝对粗糙度K值，下表列出了水温60℃、90℃时，相应于K＝0.2mm和K=0.5mm时的过渡区临界速度v1和v2值。从表中可见，设计室内热水供暖系统时，管中

5、流速一般在v1和v2值之间。因此，热水在室内供暖系统管路内的流动状态，几乎都处在过渡区内。室外热水供热管网(K=0.5mm)，设计都采用较高的流速(通常大于0.5m／s)，因此，水在室外热水管网中的流动状态，大多处于阻力平方区内。2.水力计算表：管道内的流速、流量和管径的关系表达式为：式中G——管段中的水流量，kg／h；其它符号同前。将式（4-2）的流速v代入式(4—1)，整理成更方便的计算公式：在给定热媒状态参数及其流动状态的条件下，λ和ρ值均为已知，则式（4-1）就表示为R＝ƒ(d，G)的函数式。只要已知R、G、d中任意两个数，就可确定第三个数值。根据这种关系利用公式（4—3

6、）而编制出室内热水供暖管道水力计算表。（二）局部损失计算公式：（三）阻力损失的计算方法1.2.当量局部阻力法（动压头法）：基本原理是将管段的沿程损失转变为等量的局部损失计算。这种方法在单管顺流式系统水力计算时用。3.当量长度法基本原理是将管段的局部损失折合为沿程损失来计算。当量长度法一般多用在室外热力网路的水力计算上。三.水力计算的三种情况：R＝ƒ(d，G)1.已知系统各管段的流量和系统的作用压头，确定各管段的管径；△P(R)，Gd；2.已知系统各管段的流量和各管段的管径，确定系统所需的作用压头；G，d△P；3.已知系统各管段的管径和允许阻力损失，确定各管段的流量；d，△PG，不

7、等温降法的水力计算，就是按这种方法进行的。四.水力计算的一般要求：1.各种水力计算都是先计算最不利环路（允许的平均比摩阻最小的环路称为最不利环路，一般情况下是从热源到最远立管所在的环路为最不利环路），然后再进行其它分支环路的水力计算，最后计算的结果，最不利环路与并联环路之间的计算压力损失相对差额不应大于15%。2.总压力损失附加值：整个热水供暖系统总的计算压力损失，宜增加10%的附加值，以此确定系统必需的循环作用压力。3.室内热水供暖系统水的允许限定流速：在实际设计过程中，为了