并联管路的阻力平衡也可以采用压损平均法进行:根据最不利环路上的资用压力,确定各并联支路的比摩阻,再根据该比摩阻和要求的流量,确定各并联支路的管段尺寸,这样计算出的各并联支路的阻力和各自的资用压力基本相等,达到并联管路的阻力平衡要求。
“所有管网的并联管路阻力都应相等”这种说法不对。在考虑重力作用和机械动力同时作用的管网中,两并联管路的流动资用压力可能由于重力重用而不等,而并联管段各自流动阻力等于其资用压力,这种情况下并联管路阻力不相等,其差值为重力作用在该并联管路上的作用差。
2-8水力计算的基本原理是什么?流体输配管网水力计算大都利用各种图表进行,这些图表为什么不统一?
答:水力计算的基本原理是流体一元流动连续性方程和能量方程,以及管段串联、并联的流动规律。流动动力等于管网总阻力(沿程阻力+局部阻力)、若干管段串联和的总阻力等于各串联管段阻力之和,并联管段阻力相等。用公式表示即: 串联管段: G1=G2=…=Gi 并联管段: G1+G2+…+Gi= G
流动能量方程: (Pq1-Pq2)+g(ρa-ρ)(H2-H1)=ΔP1-2 流动动力等于管网总阻力
管网总阻力等于沿程阻力+局部阻力
流体输配管网水力计算大都利用各种图表进行,这些图表为什么不统一的原因是各类流体输配管网内流动介质不同、管网采用的材料不同、管网运行是介质的流态也不同。而流动阻力(尤其是沿程阻力)根据流态不同可能采用不同的计算公式。这就造成了水力计算时不能采用统一的计算公式。各种水力计算的图表是为了方便计算,减少烦琐、重复的计算工作,将各水力计算公式图表化,便于查取数据,由于各类流体输配管网水力计算公式的不统一,当然各水力计算图表也不能统一。 2-9比较假定流速法、压损平均法和静压复得法的特点和适用情况。
答:假定流速法的特点是先按照合理的技术经济要求,预先假定适当的管内流速;在结合各管段输送的流量,确定管段尺寸规格;通常将所选的管段尺寸按照管道统一规格选用后,再结合流量反算管段内实际流速;根据实际流速(或流量)和管段尺寸,可以计算各管段实际流动阻力,进而可确定管网特性曲线,选定与管网相匹配的动力设备。假定流速法适用于管网的设计计算,通常已知管网流量分配而管网尺寸和动力设备未知的情况。
压损平均法的特点是根据管网(管段)已知的作用压力(资用压力),按所计算的管段长度,将该资用压力平均分配到计算管段上,得到单位管长的压力损失(平均比摩阻);再根据各管段的流量和平均比摩阻确定各管段的管道尺寸。压损平均法可用于并联支路的阻力平衡计算,容易使并联管路满足阻力平衡要求。也可以用于校核计算,当管道系统的动力设备型号和管段尺寸已经确定,根据平均比摩阻和管段尺寸校核管段是否满足流量要求。压损平均法在环状管网水力计算中也常常应用。 静压复得法的特点是通过改变管段断面规格,通常是降低管内流速,使管内流动动压减少而静压维持不变,动压的减少用于
克服流动的阻力。静压复得法通常用于均匀送风系统的设计计算中。
2-10为何天然气管网水力计算不强调并联支路阻力平衡? 答:天然气管网水力计算不强调并联支路阻力平衡,可以从以下方面加以说明:
(1)天然气末端用气设备如燃气灶、热水器等阻力较大,而燃气输配管道阻力相对较小,因此各并联支路阻力相差不大,平衡性较好;
(2)天然气管网一般采用下供式,最不利环路是经过最底层的环路。由于附加压头的存在,只要保证最不利环路的供气,则上层并联支路也一定有气;
(3)各并联支路在燃气的使用时间上并非同时使用,并且使用时也并非都在额定流量工况下使用,其流量可以通过用户末端的旋塞,阀门等调节装置根据需要调节。签于以上原因,天然气管网无需强调并联支路的阻力平衡。
2-11 如图 2-4所示管网,输送含谷物粉尘的空气,常温下运行,对该管网进行水力计算,获得管网特性曲线方程。
图2-4答: 1.对各管段进行编号,标出管段长度和各排风点的排风量。
2.选择最不利环路,本题确定 1-3-5——除尘器—— 6——风机—— 7为最不利环路。
3.根据表 2-3-3输送含有谷物粉尘的空气时,风管内最小风速为垂直风管 10m/s,水平风管 12m/s,考虑到除尘器及风管漏网,取 5%的漏网系数,管段 6及 7的计算风量: 5500× 1.05=5775m3/s=1.604m3/s。管段1,有水平风管,确定流速12m/s,Q1=1000m3/h(0.28m3/s),选D1=180mm,实际流速V1=11.4m/s,查Rm1=90Pa/m,Pd=ρV2/2=1.2×11.42/2=78.0Pa。同理可查管段3、5、6、7的管径及比摩阻,并计算动压及摩擦阻力,结果见水力计算表。 4.确定管断2、4的管径及单位长度摩擦力,结果见水力计算表。水力计算表 管
流量 段编号
m/h (m/s)
33
单位长度
管径
长度
D
l(m)
(mm)
(m/s) V 流速
动压Pd (Pa)
ξ 局部阻
局部阻
力系数
力P1(Pa) Rm
(Pa/m) 摩擦阻力
阻力Rm(Pa)
Rml+P1(Pa)
摩擦
管段阻力
备注
1000 1
(0.28) 3500 3
(0.972) 5500 5
(1.53) 5775 6
(1.604) 5775 7
(1.604) 2500 2
(0.694) 2000 4
(0.556) 2 4
除尘器
240 220
21.3 14.6
272.2 128.4
1000 196.3 222.5
8
260
10.7
68.7
1.41
96.87
4.8
38.4
135.3
平衡
10
300
10.0
60.0
0.58
34.8
3.8
38
72.8
平衡 阻力不阻力不
10
450
10.22
62.7
0.6
37.62
2.0
20
57.6
8
450
10.22
62.7
0.47
29.47
2.0
16
45.5
5
400
12.36
91.7
0.6
55.02
4.2
21
76.0
6
320
12.32
91.1
-0.05
-4.86
5.5
33
28.4
15
180
11.4
78.0
1.37
106.86
9.0
135
241.9
5.从阻力平衡,暖通设计手册等资料查名管段的局部阻力系数(《简明通风设计手册》)。 (1)管段1
设备密闭罩ξ=1.0,90o弯头(R/D=1.5)一个,ξ=0.17,直流三通,根据F1+F2=F3,α=30o,F2/F3=(300/320)2=0.88,Q2/Q3=2500/3500=0.714,查得ξ(2)管段2
圆形伞形罩,α=60o,ξ
90o13=0.09,
弯头(R/D=1.5)一个,ξ=0.17,60o弯头(R/D=1.5)1个,ξ=0.14,合流三通ξ
2,3=0.18,
1,3=0.20,Σ
ξ1=1.0+0.17+0.20=1.37,P1=ΣξPd=106.86Pa。
Σξ2=0.09+0.17+0.14+0.18=0.58。 (3)管段3
直流三通F3+F4≈F5,2=30o,F4/F5=(260/400)2=0.423,Q4/Q5=2000/5500=0.36,ξ(4)管段4
35=-0.05,Σ
ξ=-0.05。
设备密闭罩ξ=1.0,90o弯头(R/D=1.5)1个,ξ=0.17,合流三通ξΣξ=1.0+0.17+0.24=14.1。 (5)管段5
45=0.24,
除尘器进口变径管(断扩管),除尘器进口尺寸300×800mm,变径管长度L=500mm,
,α=21.8o,ξ=0.60,Σξ=0.60。
[说明] 除尘器出入口及风机出入口尺寸为参考尺寸,根据所选设备具体尺寸定。 (6)管段6
除尘器出口变径管(断缩管),除尘器出口尺寸300mm×80mm,变径管长度l=400m,
,α=23.6o,ξ=0.1,90o弯头(R/D=1.5)2个,ξ=2×0.17=0.34。
风机进口渐扩管,按要求的总风量和估计的管网总阻力先近似选出一台风机,风机进口直径D1=500mm,变径管长度
L=300mm。F5/F6=(500/450)2=1.23,(7)管段7
,α=4.8o,ξ=0.03,Σξ=0.1+0.34+0.03=0.47。
风机出口渐扩管,风机出口尺寸410×315mm,D7=420mm,F7/F出=πD2/(410×315×4)=1.07,ξ=0。带扩散管的平形风帽(h/D0=0.5),ξ=0.60,Σξ=0.60。
6.计算各管段的沿程摩擦阻力和局部阻力,结果如水力计算表。 7.对并联管路进行阻力平衡。
(1)汇合点A,ΔP1=241.9Pa,ΔP2=72.8Pa,
为使管段1.2达到阻力平衡,改变管段2的管径,增大其阻力。
根据通风管道流规格取D2″=240mm,其对应压力
,仍不平衡,若取管径D2″=220mm,对立阻力为288.9Pa更不平衡。因此决定
取D2=240mm,在运行对再辅以阀门调节,削除不平衡。 (2)汇合点B,ΔP1+ΔP3==241.9+28.4=270.3Pa,ΔP4=135.3Pa,
为使管段1.2达到阻力平衡,改变管段4的管径变成
,取D4″=220mm,
,与1,3管段平衡。
8.计算系统的总阻力,获得管网扬程曲线。
ΣP=Σ(Rml+Pl)=241.9+28.4+76.0+45.5+57.6+1000=1449.4Pa S=ΣP/Q2=1450/1.6042=5633.6kg/m7 管网特性曲线为ΔP=563.6Q2 Pa
2-12 试作如图所示室内天然气管道水力计算,每户额定用气量1.0Nm3/h,用气设备为双眼燃气灶。 解: 1)确定计算流量
画出管道系统图,在系统图上对计算管段进行编号,凡管径变化或流量变化均编号。 第j管道计算流量用下式计算。
式中 Lj——j管道计算流量,Nm3/h;
k——燃具的同时工作系数,可从燃气工程设计手册查取;Lj——第i种燃具的额定流量,Nm3/h;Ni——管道负担的i种燃具数目。计算结果列于下表。 流量计算表
11~1
管段号 燃具数N
1~2 1
2~3 1
3~4 1
4~5 2
5~6 3
6~7 6
10~9 9~8 1
2
8~6
0
3
1
1 1 12~1