1、2021-11-252021-11-25 2021-11-252021-11-252021-11-25 第一節第一節 簡單管路計算簡單管路計算復雜管路復雜管路串聯管路串聯管路、并聯管路并聯管路和和管網管網 管路計算管路計算是工程上確定流量、阻力損失及管道幾何尺是工程上確定流量、阻力損失及管道幾何尺寸之間關系的水力計算。寸之間關系的水力計算。 根據管路的沿程損失與局部損失的大小將管路分為根據管路的沿程損失與局部損失的大小將管路分為 :長管長管 根據管路敷設方式可將管路分為根據管路敷設方式可將管路分為: 簡單管路簡單管路 一、基本概念一、基本概念短管短管 2021-11-251.簡單管路簡單管路

2、所謂所謂簡單管路簡單管路就是具有就是具有相同管徑相同管徑d、相同流量相同流量qV和和相同管相同管壁粗糙度壁粗糙度的管段，它是組成各種管路系統的的管段，它是組成各種管路系統的基本單元基本單元。圖圖11-1 簡單管路簡單管路 2021-11-252.長管和短管長管和短管 管路中的流體能量損失管路中的流體能量損失以沿程損失為主以沿程損失為主，局部損失局部損失占占流體總能量損失的比重很小，可以流體總能量損失的比重很小，可以忽略不計忽略不計，或可，或可按沿程按沿程損失的損失的510進行估算進行估算，這樣的管路稱為，這樣的管路稱為長管長管。 管路中管路中局部損失局部損失具有相當的數值，可具有相當的數值，可

3、達到或超過沿程達到或超過沿程損失的損失的10 ，局部損失不能忽略不計局部損失不能忽略不計的管路。的管路。 (1) 長管長管 (2) 短管短管如城市集中供熱干線、給水如城市集中供熱干線、給水干線、遠距離輸油管路等干線、遠距離輸油管路等如室內供熱管、如室內供熱管、通風空調管等通風空調管等 工程上常將工程上常將L/d1000的管路按的管路按短管短管處理。處理。 工程上常將工程上常將L/d1000的管路按的管路按長管長管處理。處理。2021-11-253.標準管徑與限定流速標準管徑與限定流速 各種工業管道的各種工業管道的管徑均按統一標準制造管徑均按統一標準制造，因此都有一，因此都有一定的規格。在進行管

4、路計算時，定的規格。在進行管路計算時，管道的管徑應按規格選取管道的管徑應按規格選取，即應即應標準化標準化。 (1) 標準管徑標準管徑表表11-1列出了流體輸送常用鋼管的規格尺寸。列出了流體輸送常用鋼管的規格尺寸。 各種工業管道的規格可在有關各種工業管道的規格可在有關手冊中查得手冊中查得。 2021-11-25 所謂限定流速，是工程中所謂限定流速，是工程中根據技術經濟要求根據技術經濟要求所規定的合適流速所規定的合適流速，也即管道造價和運行費用之，也即管道造價和運行費用之和相對較低的流速。和相對較低的流速。 (2) 限定流速限定流速表表11-2列出了一些流體在管路中的常用流速范圍。列出了一些流體在

5、管路中的常用流速范圍。 在管路計算時，應使管道內流體的流速在限在管路計算時，應使管道內流體的流速在限定流速范圍內定流速范圍內。 2021-11-25對于簡單管路，對于簡單管路，v 沿程不變沿程不變 故故管路的壓頭損失管路的壓頭損失Hw為為 令令 d、qV 不變不變gvdLgvgvdLH222222w2V4dqv2V42w8qgddLHgddLS428（s2/m5） 2VwSqH（m） 二、簡單管路計算的基本公式二、簡單管路計算的基本公式2021-11-25管路的能量損失為管路的能量損失為管路的壓力損失為管路的壓力損失為（Pa） 多用于不可壓縮的氣體多用于不可壓縮的氣體管路計算中，如空調、管路計

6、算中，如空調、通風管道算通風管道算 2VwwgSqgHh（J/kg） 2VwwgSqgHp2021-11-25從式從式 可以看出，可以看出，對于給定的流體（即對于給定的流體（即 一定）和管道（即一定）和管道（即L、d一定），在一定），在各種局部管件已定，即各種局部管件已定，即 已定的情況下，已定的情況下，S僅隨僅隨 變化，變化，而而 值與流動狀態有關，當流體流動處于湍流粗糙區時，值與流動狀態有關，當流體流動處于湍流粗糙區時， 僅與相對粗糙度僅與相對粗糙度K/d有關。在工程實際中，大多數流動處有關。在工程實際中，大多數流動處于湍流粗糙區，所以在管材已定的情況下，于湍流粗糙區，所以在管材已定的情況

7、下， 可視為常數。可視為常數。因此，因此，S對于給定的管路是一個定數，它綜合反映了管路對于給定的管路是一個定數，它綜合反映了管路沿程阻力與局部阻力情況，故稱為沿程阻力與局部阻力情況，故稱為管路阻抗管路阻抗。式（。式（11-2）至（至（11-4）表明，在簡單管路中，）表明，在簡單管路中，總能量損失與體積流量總能量損失與體積流量的平方成正比的平方成正比。這一規律在管路計算中廣為應用。這一規律在管路計算中廣為應用。 gddLS4282021-11-25三、簡單管路計算示例三、簡單管路計算示例（1）已知管徑、管長、管件和閥門的設置及允許的能量）已知管徑、管長、管件和閥門的設置及允許的能量損失，求流體的

8、損失，求流體的流速或流量流速或流量。 例例11-1如圖如圖11-1（b）所示，水從的水箱）所示，水從的水箱A中經管路中經管路排入大氣中。已知：水箱液面至管路出口的高度差保持不排入大氣中。已知：水箱液面至管路出口的高度差保持不變，變，H 5m，管路的總長度，管路的總長度L 50m，直徑，直徑d 100mm，沿程，沿程阻力系數阻力系數 0.038，管路上裝，管路上裝90 的標準彎頭的標準彎頭3個，閘板閥個，閘板閥1個，試求管路流量。個，試求管路流量。2021-11-25解：解：取水箱液面為取水箱液面為11截面，管路出口外側為截面，管路出口外側為22截面，取水平基準面通過截面，取水平基準面通過22截

9、面。在截面。在11與與22截面間列伯努利方程截面間列伯努利方程 w2222e121122HgpgvzHgpgvz由題意知：由題意知：z1 H，v1 v2 0， p1 p2 0（表壓），（表壓），He 0，z2 0，2VwSqH因為因為10005001 . 050dL，故按短管計算，根據式（，故按短管計算，根據式（11-1） gddLS4282021-11-25查附表查附表13，當，當d 100mm時，時，90 彎頭彎頭的局部的局部阻力系數阻力系數 1 1，閘板閥的局部，閘板閥的局部阻力系數阻力系數 2 0.1，管道進口局部阻力，管道進口局部阻力系數系數 3 0.5，管道出口局部阻力系數，管道出

10、口局部阻力系數 4 1，代入上式，代入上式 7 .1951981. 91 . 014. 315 . 01 . 0131 . 050038. 0884242gddLS（s2/m5） 將上述所有值代入伯努利方程，得將上述所有值代入伯努利方程，得 2V000000SqH所以所以 016. 07 .195195VSHq（m3/s） 2021-11-25（2）已知管徑、管長、管件和閥門的設置及流體的輸送量，）已知管徑、管長、管件和閥門的設置及流體的輸送量，求流體通過該管路系統的求流體通過該管路系統的能量損失能量損失，以便進一步確定設備內，以便進一步確定設備內的壓力、設備之間的相對位置或輸送設備的壓力、設

11、備之間的相對位置或輸送設備所加入的外功所加入的外功。 例例11-2有一鋼板制的風道，管徑有一鋼板制的風道，管徑d 300mm，管長，管長L 60m，送風量，送風量qV 1.5m3/s，空氣溫度，空氣溫度20時密度時密度 1.205kg/m3，運動黏度運動黏度 15.7 10-6m2/s，風道局部阻力系數總和，風道局部阻力系數總和 3.5，試求壓力損失。試求壓力損失。解：解：10002003 . 060dL，按短管計算，按短管計算 風道流速風道流速 23.213 . 0414. 35 . 1422VVdqAqv（m/s） 2021-11-25雷諾數雷諾數 20001006. 4107 .153

12、. 023.2156vdRe，為湍流流動，為湍流流動 查表查表10-1管道絕對粗糙度管道絕對粗糙度K 0.15mm，相對粗糙度為，相對粗糙度為 0005. 030015. 0dK查莫迪圖得：查莫迪圖得： 0.0175 管路阻抗為管路阻抗為 55.718 . 93 . 014. 35 . 33 . 0600175. 0884242gddLS（s2/m5） 風道的壓力損失為風道的壓力損失為 19035 . 155.7181. 9205. 122VwgSqp（Pa） 2021-11-25 例例11-3圖圖11-2為一水泵向有壓水箱送水的簡單管路。為一水泵向有壓水箱送水的簡單管路。已知流量已知流量qV

13、 20m3/h，水池水面為大氣壓力，有壓水箱的，水池水面為大氣壓力，有壓水箱的表壓為表壓為p2 44 105Pa，兩液面的高度差，兩液面的高度差H 4m，水泵吸水，水泵吸水管和排水管的長度分別為管和排水管的長度分別為L1=5m，L2=10m，其管徑為，其管徑為 57mm 3.5mm，沿程阻力系數為，沿程阻力系數為 0.02，管路進口裝有，管路進口裝有一個帶底閥的濾水網，兩個閘板閥，三個一個帶底閥的濾水網，兩個閘板閥，三個90 彎頭，試求彎頭，試求水泵的揚程及有效功率水泵的揚程及有效功率P。2021-11-25解：取水池水面為基準面，列解：取水池水面為基準面，列11和和22截面間伯努利方程截面間

14、伯努利方程 w2222e121122HgpgvzHgpgvz由題意知：由題意知：z1 0，v1 v2 0，p1 0（表壓），（表壓），p2 44 105 5PaPa（表（表壓），壓），z2 2 H，d 0.057 2 3.5 0.05mm， 1000 kg/m3，2VwSqHgddLLS42出口彎頭閥進口21328查附表查附表13得得 進口進口 10， 閥閥 0.1， 彎頭彎頭 1， 出口出口 1 將上述各值代入伯努利方程得將上述各值代入伯努利方程得泵的揚程為：泵的揚程為： 2021-11-252V2eSqgpHH242536002081. 905. 014. 31131 . 021005.

15、010502. 0881. 9100010444 460.8（m） 泵的有效功率為泵的有效功率為 eVemgHqWqP6 .251138 .46081. 91000360020（W） 25.11（kW） 2021-11-25（3）已知管長和管件、閥門的設置、流體的流量及允許的）已知管長和管件、閥門的設置、流體的流量及允許的能量損失，求能量損失，求管徑管徑。 例例11-4已知溫度為已知溫度為20時，水在時，水在100m長的水平鋼管長的水平鋼管內流動，要求水的流量為內流動，要求水的流量為27m3/h，管內允許的沿程損失為，管內允許的沿程損失為4m，試確定管路的直徑。，試確定管路的直徑。解：解：由范

16、寧公式由范寧公式 422fgvdLH（m） 2VV4dqAqvqV 27m3/h，故知道了，故知道了d，就可以算出，就可以算出v，所以上式中有兩個，所以上式中有兩個未知數未知數 與與d，需用試差法求解，需用試差法求解。 2021-11-25參照表參照表11-2，初選，初選v 1.8m/s，則，則 073. 08 . 1414. 33600274Vvqd（m） 7373（mm）查表查表11-1，試選，試選 88.5mm 4mm的焊接鋼管，其內徑的焊接鋼管，其內徑d 88.5 2 4 80.5(mm) 管內實際流速為：管內實際流速為： 47. 10805. 0414. 3360027422Vdqv

17、（m/s） 查表查表8-1，t 20時，時， 1.007 10-6m2/s 2021-11-25200011751210007. 10805. 047. 16vdRe，為湍流流動，為湍流流動 查表查表10-1取鋼管的絕對粗糙度取鋼管的絕對粗糙度K 0.1mm，相對粗糙度為，相對粗糙度為 00124. 05 .801 . 0dK查莫迪圖得，查莫迪圖得， 0.0225 08. 381. 9247. 10805. 01000225. 0222fgvdLH（m）4（m） 計算結果表明，按計算結果表明，按d 80.5mm選用管徑，選用管徑，Hf低于管路允許低于管路允許的沿程損失，故選擇的沿程損失，故選擇

18、 88.5mm 4mm的焊接鋼管的焊接鋼管。 2021-11-25 第二節第二節 串聯與并聯管路計算串聯與并聯管路計算一、串聯管路一、串聯管路由由不同管徑的簡單管路頭尾相接不同管徑的簡單管路頭尾相接構成的管路為串聯管路。構成的管路為串聯管路。對每一對每一節點節點(如節點如節點a、b)，當，當 常數時常數時 ，有，有 qV 0質量守恒定律質量守恒定律3V2V1VVqqqq3w2w1wwHHHH能量疊能量疊加原理加原理321SSSS管段相接點管段相接點2021-11-253V2V1VVqqqq3w2w1wwHHHH321SSSS 串聯管路串聯管路的流動規律：的流動規律：各管段的流量相等，損失迭加，

19、各管段的流量相等，損失迭加，管路的總阻抗為各段阻抗之和管路的總阻抗為各段阻抗之和。 2VwSqH聯立下三式聯立下三式:2021-11-25 例例11-5 兩水箱用兩段不同直徑的管道相連接（見圖兩水箱用兩段不同直徑的管道相連接（見圖11-4），），1- -3管段長管段長L1 10m，直徑，直徑d1 200mm， 1 0.019；3- -6管段長管段長L2 10m，直徑，直徑d2 100mm， 2 0.018。管路中的。管路中的局部管件有：局部管件有：1為管道入口；為管道入口；2和和5為為90 彎頭；彎頭；3為漸縮管為漸縮管（ 8 ）；）；4為閘閥；為閘閥；6為管道出口。若輸送流量為管道出口。若輸

20、送流量qV 20L/s，求水箱水面的高度差，求水箱水面的高度差H應為多少？應為多少？ 2021-11-25二、并聯管路二、并聯管路 由由兩個以上簡單管路頭與頭相連，尾與尾相連兩個以上簡單管路頭與頭相連，尾與尾相連，形成，形成的管路為并聯管路。的管路為并聯管路。對于每一個節點對于每一個節點(如節點如節點a、b) ，當，當 常數時，有常數時，有 質量守恒定律質量守恒定律由于流體在某一固定點的單位能量由于流體在某一固定點的單位能量值只能有一個，因此單位重量流體值只能有一個，因此單位重量流體無論通過哪根管段從無論通過哪根管段從a流到流到b，產生，產生的能量損失應該相同的能量損失應該相同3V2V1VVq

21、qqq3w2w1wwabwHHHHH2021-11-25設并聯管路的總阻抗為設并聯管路的總阻抗為S，各分支管路的阻抗為，各分支管路的阻抗為S1、S2、S3 :由由3w2w1wwabwHHHHH2VwSqH23V322V221V12VqSqSqSSq因為因為 3V2V1VVqqqq33w3V22w2V11w1VwV,SHqSHqSHqSHq整理得整理得3211111SSSS2021-11-25 并聯管路的流動規律：并聯管路的流動規律：并聯后管路的總流量等于相并聯并聯后管路的總流量等于相并聯 的各支管的流量之和；相并聯的各支管能量損失相等；的各支管的流量之和；相并聯的各支管能量損失相等； 并聯管路

22、總阻抗的平方根倒數等于各并聯支管阻抗的平并聯管路總阻抗的平方根倒數等于各并聯支管阻抗的平 方根倒數之和方根倒數之和。 由并聯管路的流動規律，由并聯管路的流動規律，并聯管路流量分配規律：并聯管路流量分配規律：阻抗越大的支路，流量越小；阻抗越大的支路，流量越小；阻抗越小的支路，流量越大。阻抗越小的支路，流量越大。 3213V2V1V1:1:1:SSSqqq“阻力平衡阻力平衡”2021-11-25 例例11-6 如圖如圖11-6所示，某兩層樓的供暖立管，管道所示，某兩層樓的供暖立管，管道1的直徑的直徑d1 20mm，管長，管長L1 20m， 1 15；管道；管道2的直徑的直徑為為d2 20mm，管長

23、，管長L2 10m， 2 15，管道的，管道的 0.025，干，干管的流量管的流量qV 0.3 10-3m3/s，求各支管的流量，求各支管的流量qV1和和qV2。 12qv1qv2qv qv ab2021-11-25 第三節第三節 管網計算基礎管網計算基礎12453768qv3qv2qv1（a）枝狀管網（b）環狀管網ABCDEFG 由由若干簡單管路若干簡單管路經過經過多次串、并聯多次串、并聯后形成的后形成的復雜管路復雜管路稱為稱為管網管網。 按其管線布置特點的不同可將管網分為按其管線布置特點的不同可將管網分為: 枝狀管網枝狀管網環狀管網環狀管網QQ1Q2Q3SSSSS2021-11-25一、枝

24、狀管網一、枝狀管網 自一根總管分支出幾根支管后不再匯合自一根總管分支出幾根支管后不再匯合的管路系統稱的管路系統稱為為枝狀管網枝狀管網。 特點特點: 管線少，布置簡單，造價低，工程上采用較多。管線少，布置簡單，造價低，工程上采用較多。 1.枝狀管網的流動規律枝狀管網的流動規律 枝狀管網各管線間枝狀管網各管線間只有分支點沒有匯合點只有分支點沒有匯合點。 枝狀管網流動規律是：枝狀管網流動規律是：總管的流量等于各支管流量之和；總管的流量等于各支管流量之和； 全程的能量損失就等于串聯各管段能量損失的疊加全程的能量損失就等于串聯各管段能量損失的疊加。 2021-11-25 如圖所示排風枝狀管網，由三個風口

25、、六根簡單管如圖所示排風枝狀管網，由三個風口、六根簡單管路并聯、串聯而成。路并聯、串聯而成。風機風量風機風量 全程能量損失全程能量損失 通常是串聯各管段能量損失的疊加。通常是串聯各管段能量損失的疊加。3V2V1VVqqqq 在有并聯管段時，應取管段最長，局部阻力最大的在有并聯管段時，應取管段最長，局部阻力最大的一支參加阻力疊加。而其它并聯的支管均不計入。一支參加阻力疊加。而其它并聯的支管均不計入。設圖中設圖中1-4支管阻力損失最大，則全程的能量損失為支管阻力損失最大，則全程的能量損失為: 87w65w54w41wwHHHHH12453768qv3qv2qv1（a）枝狀管網2021-11-25

26、2.枝狀管網計算枝狀管網計算步驟步驟以設計計算為例：以設計計算為例： （1）劃分計算管段。一根簡單管路為一個計算管段。）劃分計算管段。一根簡單管路為一個計算管段。（2）確定主管線。一般管路較長、局部阻礙較多的管）確定主管線。一般管路較長、局部阻礙較多的管線為主管線。線為主管線。 （3）確定主管線上各計算管段的管徑及能量損失。）確定主管線上各計算管段的管徑及能量損失。（4）計算主管線的總能量損失，選擇動力設備。）計算主管線的總能量損失，選擇動力設備。枝狀管網枝狀管網流動規律流動規律是：是：總管的流量等于各支管流量之和；總管的流量等于各支管流量之和；全程的能量損失就等于串聯各管段能量損失的疊加。全程的能量損失就等于串聯各管段能量損失的疊加。 2021-11-25 例例11-7 某住宅小區熱水供應系統平面布置如圖某住宅小區熱水供應系統平面布置如圖11-8所示。已知各管段長度為所示。已知各管段長度為LAB 200m，LBC 180m，LCD 150m，LBE 70m，LCF 80m，各管段的局部阻力系，各管段的局部阻力系數為：數為： AB 6.5， BC 7.1， CD 8.1， BE 9， CF 12，管段的沿程阻力系數均為，管段的沿程阻力系數均為0.025。熱水用戶。熱水用戶D、E、F的熱水量分別為的熱水量分別為qVD 20t/h，q