1、流體輸配管網流體輸配管網Fluid Transmission and Distribution Network主講：李孔清主講：李孔清 龔光彩龔光彩Lecturer: Dr. Li Kongqing機械工業出版社機械工業出版社“流體輸配管網流體輸配管網”釋義釋義 流體(Fluidsliquids or gases)：具有流動性的物質 輸配(Transmission and Distribution) ：按要求輸送、分配 管網(Pipeline Network)：管道（流體流動的通道）相互連接形成網絡 錯誤：流水輸配管網；流體輸送管網；流體輸配管道課程性質及與其他課程的聯系課程性質及與其他課程的

2、聯系n1、專業平臺課（專業核心技術基礎課）n2、以流體力學為主要理論基礎；是學習暖通空調、供熱工程、建筑給排水、燃氣供應等專業技術課的核心基礎。n3、全國注冊公用設備工程師考試科目課程的學習任務課程的學習任務o 通過各種教學環節，掌握暖通空調工程、城市燃氣工程、供熱工程、建筑給排水工程、建筑消防工程、工廠動力工程等各類工程中的流體輸配管網的基本原理與技術。掌握進行管網系統設計、調試和調節的基本理論和方法，并形成初步的工程實踐能力。能夠正確應用設計手冊和參考資料進行上述管網系統的設計、調試和調節，并為從事其它大型、復雜管網工程的設計和運行管理打下初步基礎。o 管網設計：確定管網形式、流通斷面；匹

3、配動力；確定管網調節方案并設置相應的裝置。課程的學習方法和要求課程的學習方法和要求o 教師指導和學生自學相結合。以學生自學為主。o 自學方法：閱讀參考書、做習題、觀察分析實際管網、做實驗。o 課堂要求：認真聽講，不得干擾老師講課和其他同學聽課。教材與參考書：o流體輸配管網流體輸配管網 （第二版）龔光彩（第二版）龔光彩 主編主編 o流體輸配管網 （第二版）付祥釗 主編 o工業通風 （第二版）孫一堅 主編o供熱工程 （第三版）賀平 孫剛 主編o建筑給排水工程（第四版）王增長 主編o燃氣輸配 （第三版）段常貴 主編o暖通空調 （第一版）陸亞俊 主編o簡明供熱設計手冊 （第一版）李岱森 主編o簡明通風

4、設計手冊 （第一版）孫一堅 主編o簡明空調設計手冊 （第一版）趙榮義 主編o建筑燃氣設計手冊 （第一版）袁國汀 主編教材與參考書(續)：o采暖通風與空氣調節設計規范 GB50019-2003o城市熱力網設計規范 CJJ34-2002o城市燃氣設計規范 GB50028-93（2002年版）o建筑給水排水設計規范 GB50015-2003o工業金屬管道設計規范 GB50316-2000o暖通空調雜志o煤氣與熱力雜志o給水排水雜志第1章 流體輸配管網型式與裝置自然界中的流體輸配管網：o人體呼吸系統o血液循環系統o植物水分輸配系統o江河水系工程中的流體輸配管網：o西氣東輸o南水北調o城市供熱、給水排水

5、、燃氣o建筑物采暖、上下水、燃氣、空調送排風、空調冷凍水與冷卻水o工廠通風輸配工程與技術（古老的課題） 都江堰水利工程資料來源: From: 都江堰水利工程 李冰父子 魚嘴分水工程飛沙堰”溢洪道 寶 瓶 口 1.1 舉例認識管網舉例認識管網o 1.1.1 居民樓廚房排煙管網居民樓廚房排煙管網廚房廚房平面圖油煙機煙道1 油煙機排煙罩收集煙氣2 風機抽煙和排煙3 單向閥防止煙氣倒流4 管道引導煙氣流動路徑5 風帽防止雨水1F7F13452系統圖該管網組成與功能分析該管網的特點：1 流體種類：氣體，極少量

6、液體2 管網型式：o 管內流體與環境（大氣）的關系：開式o 每個支路管道流向的確定性：枝狀o 管道中流體的分流與匯流：匯流歸納：流體輸配管網的組成o 流體的源和匯o 管道o 動力裝置o 調控裝置o 末端裝置o 其他附屬設備1.1.2 西氣東輸接續天然氣管網西氣東輸接續天然氣管網 該管網的特點：該管網的特點：n1 按照壓力不同分級，不同的場合應用不同的壓力級別。n2 城區管網的一些管線構成環狀。n3上下級管網相互影響。n4是一個開式管網。1234重力循環熱水采暖1.1.3 重力循環熱水采暖管網重力循環熱水采暖管網熱源膨脹水箱散熱器管道該管網的特點：該管網的特點：n重力作用形成管網中流體流動的動力

7、。（思考：空調冷凍水系統能否依靠自然循環？）n枝狀管網 （注意：“閉合”不一定是“環狀”）n閉式管網（同程與異程）n1熱源(蒸汽鍋爐)n2疏水器n3散熱器n4管道1432蒸汽采暖管網1.1.4 蒸汽采暖管網蒸汽采暖管網該管網的特點：n1 介質：汽體、汽液混合、液體（分析在管網不同位置的流體種類及占主導地位的流體）n2 既有分流，又有匯流n3 枝狀管網1.1.5 氣力物料輸送管網氣力物料輸送管網河船吸口管道分離器倉庫風機氣力物料輸送管網該管網的特點：n氣固兩相流，固體顆粒是流動的阻礙。n風速要求高，流動阻力大，風機的壓力要求大。n輸送距離有限。1.1.5 熱水供熱管網系統熱水供熱管網系統1熱源2

8、循環水泵3補水泵4壓力調節閥5散熱器6噴射泵7混合水泵8熱交換器9用戶循環水泵10膨脹水箱該管網的特點：上下級管網的連接一級管網 集中供熱管網 （外網）二級管網 用戶采暖管網 （內網）兩級管網之間的連接方式：(a)直接連接(b)裝噴射泵直接連接(c)裝混合水泵直接連接(d)裝換熱器間接連接不同級管網之間的水力相關性o 水力相關性的概念“水水”泛指流體；泛指流體；“水力水力”指流體流動時的一些力學性質，指流體流動時的一些力學性質，主要是壓力、速度等。主要是壓力、速度等。“相關相關”指上下級管網之間的壓力、速度相互影響；指上下級管網之間的壓力、速度相互影響；“無無關關”指上下級管網之間壓力、速度不

9、相互影響。指上下級管網之間壓力、速度不相互影響。o 直接連接的上下級管網是水力相關的，間接連接則水力無關。o 注意：水力無關的管網“熱力相關”。1.2 小結小結o1.2.1 流體輸配管網的基本功能與基本組流體輸配管網的基本功能與基本組成成o基本功能從“源”取得流體，通過管道輸送，按照要求將流量分配給用戶的末端裝置；從末端裝置處按照要求收集流體，通過管道，將其輸送到“匯”。o基本組成：末端裝置 從管道中取得一定量的流體，或將一定量的流體送入管道。如：排風罩、散熱器、送風口、燃氣罩；衛生器具、配水龍頭等。o基本組成：管道在“源”和“匯”之間，給流體流動以路徑，引導流體流動。基本組成o 基本組成：動

10、力 來源于來源于“源源” 如鍋爐；儲氣罐的壓力；上級管網的壓力； 來源于重力來源于重力 如自然循環熱水采暖；建筑排水； 來源于機械動力水泵與風機來源于機械動力水泵與風機 機械通風、城市供熱、城市給水等，應用廣泛。o 調控設備 調節閥、關斷閥o 安全、計量裝置 安全閥、報警器、流量計、溫度計、壓力表等o 其他裝置與設備 膨脹水箱、排氣裝置、疏水器、過濾器等其他裝置：1.2.2 流體輸配管網的分類流體輸配管網的分類o 單相流與多相流管網o 重力驅動與壓力驅動管網o 開式與閉式管網o 枝狀與環狀管網o 異程式管網與同程式

11、管網1.2.3 多級管網之間的連接方式多級管網之間的連接方式o 直接連接水力相關o 間接連接水力無關第一章第一章 課后要求課后要求o 完成習題o 仔細閱讀并理解教材內容o 閱讀參考書gVDLfhL22),(eDVff達西魏斯巴赫公式 (Darcy-Weisbach equation)F is friction factor(摩擦阻力系數) which depends on the various quantities that affect the flow, written as),(DeVDffAfter dimensional analysis:Def7

12、. 3ln86. 018 . 0Reln86. 01ffColebrook equationsfDefRe51. 27 . 3ln86. 01Smooth pipe flow:Completely turbulent zone:Transition zoneFrom: “摩擦和碰撞這二者僅僅在程度上有所不同。摩擦可以看作集中于一個瞬間和一個地方的摩擦。摩擦是緩慢的碰撞，碰撞是激烈的摩擦”恩格斯：自然辯證法，人民出版社1971年第90頁 Water at 60 is transport for 1500m in a 40mm-diameter wrought iron horizontal pi

13、pe with a flow 0.1m3/s,0.4m3/s, 0.9m3/s. Calculate the pressure drop over the 1500m length of pipe. Solution (a)The average velocity 途泄流量(Passers-by discharge) 轉輸流量(Transfer flow) 邊坡系數(Slope coefficient)yxJCRv v平均流速(m/s)R水力半徑(m)J水力坡度C水流的流速系數。它與水力半徑、渠道粗糙度等因素相關RJCv v平均流速(m/s)R水力半徑(m)J水力坡度C水流的流速系數，稱為謝才

14、系數K流量模數JKRJACAvqv2/13/21JRnv JKJRnAAvqv2/13/21n渠道的粗糙系數，見表1-4R水力半徑(m)J水力坡度6/11RnC 參考：參考：曼寧公式與水利科學曼寧公式與水利科學(上上)（討論稿）（討論稿）yRnC1使用條件0.1mR3m0.011n 0.04010. 075. 013. 05 . 2nRnyhmhbA)( mhhAb221212mhmhhAmhb水力最優斷面是A一定時濕周最小的斷面。 01222mmhAdhd)1(22mmhbh212)(2hmhbhmhbARh)1(22mmhbh水力最優斷面的寬深比(表1-5）minmax渠道中的不沖允許流速

15、max它的大小決定于土質情況，即土壤種類、顆粒大小和密實程度，或決定于渠道的襯砌材料，以及渠中流量等因素。 n驗算渠道的輸水能力n決定渠道底坡 n決定渠道斷面尺寸 JKiKRiACAvqVVq即已知m、b、h0、n和i ，求其輸水能力K22KqiV 設計渠道底坡時，一般已知土壤或護面材料、設計流量以及斷面的幾何尺寸，即已知n、qV和m、b、h0各量，求所需要的底坡先算出流量模數 3/23/52/12/16/12/16/1)(1)(1(nAiiAAnARiRnARiACqV2)sin(82ddA)()()()(),(sin05. 02sin83/23/53/82/13/23/522/13/23/

16、52/1ddfnfifdnifndidndinAiqV 當i,n,d一定時流量qv僅為過水斷面的充滿角的函數 水力半徑0)sin(3/23/5dd0sin32cos351308hdh95. 03/23/22/12/16/12/16/1)(1)(1(nAiiAAnRiRnRiCv2)sin(82ddA)()()()(),(sin105. 02sin83/23/22/13/23/222/13/23/22/1ddfnfifdnifndidndinAiv 當i,n,d一定時流量qv僅為過水斷面的充滿角的函數 0sin13/2ddtan03257dh81. 0)()()()(sin05. 03/23/53/82/1ddfnfifndiqV3/213/5113/82/1,sin05. 01ndiqV3/