流体输配管网水力计算的目的
第 2 章气体管流水力特征与水力计算
2-1 某工程中的空调送风管网，在计算时可否忽略位压的作用？为什么？（提示：估计位压作用的大小，与阻力损失进行比较。）
答：民用建筑空调送风温度可取在15~35℃（夏季~冬季）之间，室内温度可取在25~20℃（夏季~冬季）之间。取20℃空气密度为1.204kg/m3,可求得各温度下空气的密度分别为：
15℃：==1.225 kg/m3
35℃：==1.145 kg/m3
25℃：==1.184 kg/m3
因此：
夏季空调送风与室内空气的密度差为
1.225-1.184=0.041kg/m3
冬季空调送风与室内空气的密度差为
1.204-1.145=0.059kg/m3
空调送风管网送风高差通常为楼层层高，可取H=3m，g=9.807 N/m.s2,则
夏季空调送风位压=9.807×0.041×3=1.2 Pa
冬季空调送风位压=9.807×0.059×3=1.7 Pa
空调送风系统末端风口的阻力通常为15~25Pa，整个空调送风系统总阻力通常也在100~300 Pa之间。可见送风位压的作用与系统阻力相比是完全可以忽略的。
但是有的空调系统送风集中处理，送风高差不是楼层高度，而是整个建筑高度，此时H可达50米以上。这种情况送风位压应该考虑。
2-2 如图 2-1-1 是某地下工程中设备的放置情况，热表示设备为发热物体，冷表示设备为常温物体。为什么热设备的热量和地下室内污浊气体不能较好地散出地下室？如何改进以利于地下室的散热和污浊气体的消除？
图
2-1-1
图2-1-2
图
2-1-3
图2-1-4
答：该图可视为一 U 型管模型。因为两侧竖井内空气温度都受热源影响，密度差很小，不能很好地依靠位压形成流动，热设备的热量和污浊气体也不易排出地下室。改进的方法有多种：（1）将冷、热设备分别放置于两端竖井旁，使竖井内空气形成较明显的密度差，如图 2-1-2 ；（2）在原冷物体间再另掘一通风竖井，如图 2-1-3 ；（3）在不改变原设备位置和另增竖井的前提下，采用机械通风方式，强制竖井内空气流动，带走地下室内余热和污浊气体，如图 2-1-4 。2-3 如图 2-2 ，图中居室内为什么冬季白天感觉较舒适而夜间感觉不舒适？
图2-2
答：白天太阳辐射使阳台区空气温度上升，致使阳台区空气密度比居室内空气密度小，因此空气从上通风口流入居室内，从下通风口流出居室，形成循环。提高了居室内温度，床处于回风区附近，风速不明显，感觉舒适；夜晚阳台区温度低于居室内温度，空气流动方向反向，冷空气从下通风口流入，床位于送风区，床上的人有比较明显的吹冷风感，因此感觉不舒适。
2-4 如图 2-3 是某高层建筑卫生间通风示意图。试分析冬夏季机械动力和热压之间的作用关系。
图2-3
答：冬季室外空气温度低于通风井内空气温度，热压使通风井内空气向上运动，有利于气体的排除，此时热压增加了机械动力的通风能力；夏季室外空气温度比通风竖井内空气温
度高，热压使用通风井内空气向下流动，削弱了机械动力的通风能力，不利于卫生间排气。
2-5 简述实现均匀送风的条件。怎样实现这些条件？
答：根据教材推导式（2-3-21）式中
——送风口计算送风量，m3/h；
——送风口流量系数；
——送风口孔口面积，m2；
——送风管内静压，Pa；
——送风密度，kg/m3。
从该表达式可以看出，要实现均匀送风，可以有以下多种方式：
（1）保持送风管断面积F和各送风口面积不变，调整各送风口流量系数使之适应的变化，维持不变；（2）保持送风各送风口面积和各送风口流量系数不变，调整送风管的面积F，使管内静压基本不变，维持不变；
（3）保持送风管的面积F和各送风口流量系数不变，根据管内静压的变化，调整各送风口孔口面积，维持不变；
（4）增大送风管面积F，使管内静压增大，同时减小送风口孔口面积，二者的综合效果是维持不变。
实际应用中，要实现均匀送风，通常采用以上第（2）中种方式，即保持了各送风口的同一规格和形式（有利于美观和调节），又可以节省送风管的耗材。此时实现均匀送风的条件就是保证各送风口面积、送风口流量系数、送风口处管内静压均相等。要实现这些条件，除了满足采用同种规格的送风口以外，在送风管的设计上还需要满足一定的数量关系，即任意两送风口之间动压的减少等于该两送风口之间的流动阻力，此时两送风口出管内静压相等。
2-6 流体输配管网水力计算的目的是什么？
答：水力计算的目的包括设计和校核两类。一是根据要求的流量分配，计算确定管网各管段管径（或断面尺寸），确定各管段阻力，求得管网特性曲线，为匹配管网动力设备准备好条件，进而确定动力设备（风机、水泵等）的型号和动力消耗（设计计算）；或者是根据已定的动力设备，确定保证流量分配要求的管网尺寸规格（校核计算）；或者是根据已
定的动力情况和已定的管网尺寸，校核各管段流量是否满足需要的流量要求（校核计算）。
2-7 水力计算过程中，为什么要对并联管路进行阻力平衡？怎样进行？“所有管网的并联管路阻力都应相等”这种说法对吗？
答：流体输配管网对所输送的流体在数量上要满足一定的流量分配要求。管网中并联管段在资用动力相等时，流动阻力也必然相等。为了保证各管段达到设计预期要求的流量，水力计算中应使并联管段的计算阻力尽量相等，不能超过一定的偏差范围。如果并联管段计算阻力相差太大，管网实际运行时并联管段会自动平衡阻力，此时并联管段的实际流量偏离设计流量也很大，管网达不到设计要求。因此，要对并联管路进行阻力平衡。
对并联管路进行阻力平衡，当采用假定流速法进行水力计算时，在完成最不利环路的水力计算后，再对各并联支路进行水力计算，其计算阻力和最不利环路上的资用压力进行比较。当计算阻力差超过要求值时，通常采用调整并联支路管径或在并联支路上增设调节阀的办法调整支路阻力，很少采用调整主干路（最不利环路）阻力的方法，因为主干路影响管段比支路要多。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=…=G i
并联管段： G1+G2+…+G i = G
流动能量方程：（P q1－P q2）+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R m1=90Pa/m，P d=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
管段编号
流量
m3/h
(m3/s)
长度
l(m)
管径
D
(mm)
流速
V
(m/s)
动压
P
d
(Pa)
局部
阻力
系数
ξ
局部阻
力
P
1
(Pa)
单位长
度摩擦
阻力R
m
(Pa/m)
摩擦
阻力
R
m
(Pa)
管段阻力
R
m
l+P
1
(Pa)
备
注
1
1000
(0.28)
15 180 11.4 78.0 1.37 106.86 9.0 135 241.9 3
3500
(0.972)
6 320 12.32 91.1 -0.05 -4.86 5.5 33 28.4 5
5500
(1.53)
5 400 12.3
6 91.
7 0.6 55.02 4.2 21 76.0
6
5775
(1.604)
8 450 10.22 62.7 0.47 29.47 2.0 16 45.5 7
5775
(1.604)
10 450 10.22 62.7 0.6 37.62 2.0 20 57.6
2
2500 (0.694) 10 300 10.0 60.0 0.58 34.8 3.8 38 72.8
阻
力
不
平
衡
4
2000 (0.556) 8 260 10.7 68.7 1.41 96.87 4.8 38.4 135.3
阻
力
不
平
衡
除尘器1000
2 240 21.
3 272.2 196.3
4 220 14.6 128.4 222.
5 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ξ1,3=0.20，Σξ
1=1.0+0.17+0.20=1.37，P1=ΣξP d=106.86Pa。
（2）管段2
圆形伞形罩，α=60o，ξ13=0.09，90o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ξ2,3=0.18，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，ξ35=-0.05，Σξ=-0.05。
（4）管段4
设备密闭罩ξ=1.0，90o弯头（R/D=1.5）1个，ξ=0.17，合流三通ξ45=0.24，
Σξ=1.0+0.17+0.24=14.1。
(5)管段5
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，，α=4.8o，ξ=0.03，Σξ=0.1+0.34+0.03=0.47。
（7）管段7
风机出口渐扩管，风机出口尺寸410×315mm，D7=420mm，F7/F 2/（410×315×4）=1.07，ξ=0。带扩散管的平形风帽出=πD
（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，Δ
P4=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（R m l+P l）
=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 L j——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；L j——第i种燃具的额定流量，Nm3/h；
N i——管道负担的i种燃具数目。
图2-5
计算结果列于下表。
流量计算表
管段号1~
2
2~
3
3~
4
4~
5
5~6 6~7
10~
9
9~
8
8~6
11~1
12~1
1
燃具数N 1 1 1 2 3 6 1 2 3 1 1 额定流量
Σ
L i N i(Nm3/h
)
1 1 1
2
3 6 1 2 3 1 1
同时工作系数k 1 1 1
1.
0.8
5
0.6
4
1
1.
0.8
5
1 1
计算流量
L j(Nm3/h) 1 1 1 2
2.5
5
3.8
4
1 2
2.5
5
1 1
2）确定各管段的长度L j，标在图上。
3）根据计算流量，初步确定管径，并标于系统图上。
4）算出各管段的局部阻力系数，求出其当量长度，即可得管段的计算长度。
管段1~2
直角弯头3个ξ=2.2
旋塞1个ξ=4
Σξ=2.2×3+4×1=10.6
计算雷诺数R e
计算摩擦阻力系数λ
Σξ当量长度l2
管段计算长度l1~2=2.6+4.2=6.8m
5）计算单位管长摩擦阻力
6）管段阻力ΔP
7）管段位压，即附加压头按（2-1-1）式
流体输配管网复习要点答案最新版1..
一、简答题（每小题5分，共计25分） 1.设水泵和水箱的给水管网在什么条件下应用? 答：设水泵和水箱的给水方式宜在室外给水管网压力低于或经常不能满足建筑室内给水管 网所需的水压，且室内用水不均匀时采用。 2、同程式水系统和异程式水系统各有什么特点? 答：同程式水系统除了供回水管路外，还有一根同程管，由于各并联环路的管路总长度基 本相同，阻抗差异较小，流量分配容易满足。异程式水系统管路简单，系统投资小，但当 并联环路阻抗相差太大时，水量分配、调节较难。 3．高层建筑供暖空调冷热水管网常采用的几种分区形式是什么? 答;1、对于裙房和塔楼组成的高层建筑，将裙房划为下区、塔楼划为上区。 2、以中间技术设备层为界进行竖向分区，为上、下区服务的冷热源、水泵等主要设备都集 中布置在设备层内，分别与上、下区管道组成相互独立的管网。 3、冷热源、水泵等设备均布置在地下室，为上区服务的用承压能力强的加强型设备，为下 区服务的用普通设备。 4、冷热源、水泵等设备仍布置在地下室，在中间技术设备层内布置水-水式换热器和上区循环水泵。 4、膨胀水箱在冷、热水管路中起什么作用?是如何进行设计的。 答：膨胀水箱的作用是用来储存冷热水系统水温上升时的膨胀水量，在重力循环上供下回 式系统中，他还起着排气作用，另一作用是恒定水系统压力。膨胀水箱的容积由下式确定 Vp max t Vc 5、.减少排水管中终限流速的措施有哪些? 答：1、增加管材内壁粗糙高度Kp，使水膜与管壁的界面力增加，减小水流下降速度 2、立管上每隔一段距离设乙字弯消能， 3、利用横支管与立管连接处的特殊构造，发生溅水现象，使下落水流与空气混合，形成密 度小的水沫状水气混合物，减小下降速度。 4、由横直管排出的水流沿切线方向进入立管，在重力与离心力共同作用下，水流旋流而下，其垂直下落速度大幅度降低。 5、对立管内壁做特殊处理，增加水与管壁间的附着力。
《流体输配管网》复习题及答案A
一．26. 什么是风机的喘振现象？如何有效防止喘振现象的发生？ 答：当风机在非稳定工作区运行时，出现一会儿由风机输出流体，一会儿流体由管网中向风机内部倒流的现象，专业中称之为“喘振”。当风机的性能曲线呈驼峰形状，峰值左侧较陡，运行工况点离峰值较远时，易发生喘振。喘振的防治方法有：①应尽量避免设备在非稳定区工作；②采用旁通或放空法。当用户需要小流量而使设备工况点移至非稳定区时，可通过在设备出口设置的旁通管（风系统可设放空阀门），让设备在较大流量下的稳定工作区运行，而将需要的流量送入工作区。此法最简单，但最不经济；③增速节流法。此法为通过提高风机的转数并配合进口节流措施而改变风机的性能曲线，使之工作状态点进入稳定工作区来避免喘振。 二．（填空题（每空2分，共30分） 1．流体管网应包括(管道系统)、(动力系统)、( 调节装置)、(末端装置)及保证管网正常工作的其他附属装置。 2．要保证流体流动过程力学相似必须同时满足（几何相似）、（运动相似）、（动力相似）。3．流体流动阻力有两种：摩擦阻力也称沿程阻力，及局部阻力。 其中（沿程）阻力随水力半径的增大而（减少）。 4．当各环路的（重力作用相等）时，并联管段的总阻抗S b与各 并联管段的阻抗S I有如下关系 i n i b S S 1 1 ∑ = = 5．管道中某点的测压管水头高度，就是该点的距基准面的位置高度与该点的（测压管水柱高度）之和。 6．膨胀水箱的膨胀管，在重力循环中应接在(供水总立管的顶端)；在机械循环系统中，一般接在(循环水泵吸入口)。7．常用的风机有离心风机、（轴流风机）、斜流风机、（惯流风机）。 三．简答题（每题8分，共40分） 1．简述流体输配管网水力计算的主要目的。 答：根据要求的流量分配，确定管网的各管段管径和阻力，（4分）求得管网特性曲线，为匹配管网动力设备准备好条件。（4分）2．现场测得水泵得扬程和流量低于厂家给出的样本性能，能否断定该水泵为不合格产品？为什么？ 答：不能断定该水泵为不合格产品。（3分） 因为水泵接入管网时会产生系统效应，即由于生产厂家在设备性能测试时进出口接管方式形成的流体能量损失小于实际进出口接管方式形成的流体能量损失。（5分） ’.
流体输配管网水力计算的基本原理和方法
?对于气体管流中气体密气体状态方程和连续性方程联立，
下式是具体应用： 圆形管道内气体接近于0℃的常温，压力≯0.8M P a 近似取 得到： P ≤0.005M P a 的管道，因为 注意：正确选择适合管流特征的摩阻计算式。 确定计算公式后，需计算摩擦阻 力系数 依 据： 层流区：Re<2000 紊流到层流过渡区： 2000 谢维列夫公式：（适用于新铸 铁管） 水力光滑区 过渡区 阻力平方区 ★★★ 注意的问题 管网中流体的流动状态 计算式与计算图表的使用条件和修正方法 二、局部阻力计计算公式 ： 局部阻力ζ由实验方法确定，其大小取决于管件部件或设备流动通道的几何参数，不考虑Re 和绝对粗糙度的影响. 根据不同流通断面的几何参数，可以通过相关的计算图表计算局部阻力ζ. 三、常用的水力计算方法 1、假定流速法： 技术经济流速→确定输送流量→确定管道断面尺寸 →计算管道阻力 284 .06284.011055.075.0??? ? ?+?=-v d K νλ: )107.2( 6?≥ν v :)107.2(6 ?<νv 284 .01 0134 .0d K =λ: )10176.0(6?<ν v 284 .01 Re 77.0K =λ 2、压损平均法： 总作用压头均分给各管段→确定管段阻力→由管段流量→确定管道断面尺寸3、静压复得法 管道分段→改变管道断面尺寸→降低流速→克服管段阻力→重新获得静压 1.按照流体力学特性，管道乂可分为简单管路、复杂管路 复杂管路是简单管路、申联管路与并联管路的组合，一般可分为：枝状管网 和环状管网。枝状管网，并联管路的阻力损失一定相同。 2.流体输配管网有两个基本任务：一是流体（物质）的转运与分配，二是能量的 转运与分 配。而且在这种流体（物质）、能量的转运与分配过程中，存在流体的机 械能损失。 2 2 3.包定气流流动能量方程式：P i （ a ）（Z 2 Z i ） P 2 P ll 2 2 2 pi 、p2 是断面1、2的相对压力，专业上习惯称静压。 动压，反映断面流速无能量损耗地降低至零所转化的压力值。 静压和动压之和，称为全压。 4. “烟囱”效应，即通常所说的“热压”作用：在断面处开个孔，会导致外部空 气流入烟 囱并向上流动的现象。 5. 根据泵与风机的工作原理，通常可将它们分为：容积式、叶片式。 根据流体的流动情况，可将它们再分为 i ）离心式泵与风机、2）轴流式泵与风 机、3）混流式泵与风机、4）贯流式风机。 6. 泵的扬程H 与风机的全压P 和静压P j i ）泵的扬程：泵所输送的单位质量流量的流体从进口至出口的能量增值除以 2 2 重力加速度即为扬程。H H i H 2 z 2 z i 虹里 2g 风机的全压P ：单位体积气体通过风机所获得的能量增量即全压，单位为 5） 全效率（效率）：表示输入的轴功率 P 被流体所利用的程度，用泵或风机 的全效率 )(Z 2 Z i ) 重度差与高程差的乘积，称为位压。 P P s ( a b )(Z 2 Z i ) 静压和位压之和，称为势压 P at 2 DP ( ）（Z 2乙） 静压、动压和位压三项之和，称为总压。 P q 2) Pa 。 P P q2 P qi 2 PV 2 风机的静压Pj ：风机全压减去风机出口动压即风机静压。 P j P 2 有效功率：在单位时间内通过泵的流体（总流）所获得的总能量叫有效功 率，符号 P& （单位：kW Pe q v P/i000（风机）Pe rq v h/iOO0 水泵） 3) 4) 一、判断题- 1、所有管网的并联管路阻力都应该相等(错) 2、同程式管网各并联环路阻抗相等，异程式不相等(对) 3、管路最长和部件多的环路为最不利环路(对) 4、环状管网与枝状的最根本区别在于是否连成环状(对) 5、双管系统与单管系统的垂直失调是基于不相同原理() 6、调节阀的阀权度越大越好(错) 7、高层建筑的排气竖井，由于位压的影响，冬季排气能力比夏季强(对) 8、在吸入式风机管路中，管外气体渗入管内可能会发生在风机的吸入和压出段(对) 9、当泵的工况沿广义管网特性曲线变化时,工况点之间满足相似工况。(对) 10、闭式管网特性曲线大多是狭义管网特性曲线(对) 11、静压复得法适用于均匀送风管道设计(对) 12、双管闭式热水供热系统是我国目前最广泛应用的热水供热系统(对) 13、调节阀在并联管道中实际可调比的下降比串联管路管道更严重(对) 14、高层建筑的排气竖井，由于位压的影响，冬季排气能力不如夏季强(错) 15、供暖管网中由于各层作用压力不同，单、双管系统均出现垂直失调(错) 16、只要满足节点流量的平衡，环状干线各管段的流量可以任意分配(错) 17、环状管网各管段之间的串并联关系式全部确定的。(错) 18、气体管网系统的性能调节适用吸入管路调节方法（对） 19、水泵的最大安装高度等于其吸上真空高度(错) 二、简答题 1、高层建筑竖向液体输配管网为什么要竖向分区？画出1个竖向分区管网的示意图。 高层建筑高度大，底层管道中的静水压力较大。为了克服静水压力过大的弊病，保证管网正常运行和设备可靠性，对高层建筑竖向流体输配管网进行分区。以高层建筑给水为例，竖向按串联式分为高、中、低三区,如图3。水箱1、2、3分别向低、中、高三区供水，各区管网中的静水压力都适中，系统耐压要求降低，费用减小，启停时产生水锤的危险性减小，水流噪音小，运行稳定可靠 《流体输配管网》复习题 一、填空题 1、燃气储配站有三个功能：、和。 2、供热管网主干线水力计算时，采用的平均比摩阻越大，需要的管径越，运行费用越，水力稳定性越。 3、热水供暖系统水压曲线的位置，取决于和。 4、泵或风机的最佳工作区一般为的区域。 5、最不利环路应选最大的环路。 6、空调水系统冷冻水泵全部采用变速泵，两种压差控制方式中的方法更加节能。 7、通风空调空气输送管网，沿流动方向风道内的全压，静压。 8、在建筑排水系统中，随着排水流量的不断增加，立管中水流状态依次经历、 . 、等三种流动状态。 9、离心式的泵或风机的损失主要有、、 和 . 。 10、离心式泵与风机的损失大致可分 为：、、、 . 等，其中引起泵与风机扬程和全压的降低， 引起泵与风机流量的减少，和则引起耗功增多。11、泵的入口与管网系统的连接有三个基本要 求：、、。 12、离心式风机的出口安装角β2是前向型叶片，β2是后向型叶片。 13、切削叶轮调节的第一切削定律的性能关系 为：，， . ，泵与风机性能调节的另两种主要调节方式 是：、。 14、举出管网系统的三种定压式：、、气体定压。 二、选择题 1、异程式热水采暖系统的水平失调是有下列哪个原因造成的？ A、热压作用 B、自然循环作用压力不同 C、并联环路的阻力相差较大 D、散热器在立管中的连接方式不同 2、机械循环热水采暖系统的重力循环作用压力与下列哪个因素无关？ A、供回水温度 B、供回水密度 C、散热器距热源的距离 D、系统作用半径 3、当外网的静压线低于用户的充水高度时，用户与外网可考虑下列哪种连接方式？ A、直接连接 B、间接连接 C、直接连接，回水管设加压泵 D、加混合水泵的直接连接 4、某热水供热系统有5个采暖热用户，若关闭其中任何一个用户，下列哪个说法是错误的？ A、其他四个用户流量按同一比例变化 B、其他四个用户流量均增加 C、系统的总阻力增大，总流量减小 D、其他四个用户的室温均升高 5、热水供热系统某用户阀门关闭后，该用户处供回水管的资用压差的情况如何？ A、减小 B、增大 C、等于零 D、不变 6、当空调冷冻水系统中某阀门关小时，循环水泵的工作点在性能曲线图中的情况如何？ A、向左上方移动 B、向右下方移动 C、不变 D、向左下方移动 7、如图所示，某空调冷冻水系统为异程式，共连接5个相同的空气处理机组，每个机 1-4 试比较气相、液相、多相流这三类管网的异同点。答：相同点：各类管网构造上一般都包括管道系统、动力系统、调节装作的其它附属设备。不同点：①各类管网的流动介质不同；②管网具体型式、布置方式等不同；③各类管网中动力装置、调节装置及末端装置、附属设施等有些不同。 1-5比较开式管网与闭式管网、枝状管网与环状管网的不同点。 答：开式管网：管网内流动的流体介质直接与大气相接触，开式液体管网水泵需要克服高度引起的静水压头，耗能较多。开式液体管网内因与大气直接接触，氧化腐蚀性比闭式管网严重。闭式管网：管网内流动的流体介质不直接与大气相通，闭式液体管网水泵一般不需要考虑高度引起的静水压头，比同规模的开式管网耗能少。闭式液体管网内因与大气隔离，腐蚀性主要是结垢，氧化腐蚀比开式管网轻微。枝状管网：管网内任意管段内流体介质的流向都是唯一确定的；管网结构比较简单，初投资比较节省；但管网某处发生故障而停运检修时，该点以后所有用户都将停运而受影响。环状管网：管网某管段内流体介质的流向不确定，可能根据实际工况发生改变；管网结构比较复杂，初投资较节枝状管网大；但当管网某处发生故障停运检修时，该点以后用户可通过令一方向供应流体，因而事故影响范围小，管网可靠性比枝状管网高。 2-1 某工程中的空调送风管网，在计算时可否忽略位压的作用？为什么？（提示：估计位压作用的大小，与阻力损失进行比较。） 答：民用建筑空调送风温度可取在15~35℃（夏季~冬季）之间，室内温度可取在25~20℃（夏季~冬季）之间。取20℃空气密度为1.204kg/m 因此： 夏季空调送风与室内空气的密度差为1.225-1.184=0.041kg/m3 冬季空调送风与室内空气的密度差为1.204-1.145=0.059kg/m3 空调送风管网送风高差通常为楼层层高，可取H=3m，g=9.807 N/m.s则 夏季空调送风位压=9.807×0.041×3=1.2 Pa 冬季空调送风位压=9.807×0.059×3=1.7 Pa 空调送风系统末端风口的阻力通常为15~25Pa，整个空调送风系统总阻力通常也在100~300 Pa之间。可见送风位压的作用与系统阻力相比是完全可以忽略的。但是有的空调系统送风集中处理，送风高差不是楼层高度，而是整个建筑高度，此时H 可达50米以上。这种情况送风位压应该考虑。 2-3如图2-2 ，图中居室内为什么冬季白天感觉较舒适而夜间感觉不舒适？ 答：白天太阳辐射使阳台区空气温度上升，致使阳台区空气密度比居室内空气密 度小，因此空气从上通风口流入居室内，从下通风口流出居室，形成循环。提高了居室内温度，床处于回风区附近，风速不明显，感觉舒适；夜晚阳台区温度低于居室内温度，空气流动方向反向，冷空气从下通风口流入，床位于送风区，床上的人有比较明显的吹冷风感，因此感觉不舒适。 2-4 如图2-3 是某高层建筑卫生间通风示意图。试分析冬夏季机械动力和热压之间的作用关系。 答：冬季室外空气温度低于通风井内空气温度，热压使通风井内空气向上运动，有利于气体的排除，此时热压增加了机械动力的通风能力；夏季室外空气温度比通风竖井内空气温度高，热压使用通风井内空气向下流动，削弱了机械动力的通风能力，不利于卫生间排气。 2-5 简述实现均匀送风的条件。怎样实现这些条件？ 答：根据教材推导式（2-3-21）式中从该表达式可以看出，要实现均匀送风，可以有以下多种方式：（1）保持送风管断面积F和各送风口面积f0不变，调整各送风口流量系数μ，使之适应Pj 的变化，维持L0 不变；（2）保持送风各送风口面积f0 和各送风口流量系数μ不变，调整送风管的面积F，使管内静压Pj 基本不变，维持L0 不变；（3）保持送风管的面积F 和各送风口流量系数μ不变，根据管内静压Pj 的变化，调整各送风口孔口面积f0 ，维持L0不变；（4）增大送风管面积F，使管内静压Pj 增大，同时减小送风口孔口面积f0 ，二者的综合效果是维持L0 不变。 1- 4试比较气相、液相、多相流这三类管网的异同点。 答：相同点：各类管网构造上一般都包括管道系统、动力系统、调节装置、末端装置以及保证管网正常工作的其它附属设备。 不同点：①各类管网的流动介质不同； ②管网具体型式、布置方式等不同； ③各类管网中动力装置、调节装置及末端装置、附属设施等有些不同。 ［说明］随着课程的进一步深入，还可以总结其它异同点，如： 相同点：各类管网中工质的流动都遵循流动能量方程； 各类管网水力计算思路基本相同； 各类管网特性曲线都可以表示成△ P=S(Q+F St ；各类管网中流动阻力之和都等于动力之和，等等。 不同点：不同管网中介质的流速不同； 不同管网中水力计算的具体要求和方法可能不同； 不同管网系统用计算机分析时其基础数据输入不同，等等。 1-5比较开式管网与闭式管网、枝状管网与环状管网的不同点。 答：开式管网：管网内流动的流体介质直接与大气相接触，开式液体管网水泵需要克服高度引起的静水压头，耗能较多。开式液体管网内因与大气直接接触，氧化腐蚀性比闭式管网严重。 闭式管网：管网内流动的流体介质不直接与大气相通，闭式液体管网水泵一般不需要考虑高 度引起的静水压头，比同规模的开式管网耗能少。闭式液体管网内因与大气隔离，腐蚀性主要是结垢，氧化腐蚀比开式管网轻微。 枝状管网：管网内任意管段内流体介质的流向都是唯一确定的；管网结构比较简单，初投资 比较节省；但管网某处发生故障而停运检修时，该点以后所有用户都将停运而受影响。 环状管网：管网某管段内流体介质的流向不确定，可能根据实际工况发生改变；管网结构比较复杂，初投资较节枝状管网大；但当管网某处发生故障停运检修时，该点以后用户可通过令一方向供应流体，因而事故影响范围小，管网可靠性比枝状管网高。 1-6按以下方面对建筑环境与设备工程领域的流体输配管网进行分类。对每种类型的管网，给出一个在工程中应用的实例。 (1)管内流动的介质； (2)动力的性质； (3)管内流体与管外环境的关系； (4)管道中流体流动方向的确定性； (5)上下级管网之间的水力相关性。 答：流体输配管网分类如下表： 问题编号类型及工程应用例子 (1)按流体介质气体输配管网：如燃气输配管网液体输 配管网：如空调冷热水输配管网汽-液两 相流管网：如蒸汽采暖管网液-气两相流 管网：如建筑排水管网气-固两相流管 网：如气力输送管网 (2)按动力性质重力循环管网：自然通风系统机械循环管 网：机械通风系统 (3)按管内流体与管外环开式管网：建筑排水管网 境的关系闭式管网：热水采暖管网 重庆大学《流体输配管网》课程试题（B 卷） 一、什么是枝状管网？什么是环状管网？分别画一个枝状管网和一个环状管网的示意图，说明其主要区别。（10分） 二、高层建筑竖向液体输配管网为什么要竖向分区？画出1个竖向分区的示意 图，说明其作用。（5分） 三、说明公式l R P m ml ?=的使用条件。为什么不同的管网，λ的计算公式可能会 不相同？（5分） 四、简述均匀送风管道设计的原理和主要步骤。（10分） 五、影响建筑排水管网的排水能力的主要因素有哪些？怎样提高排水能力？ （10分） 六、以气力输配管网为例，描述气—固两相流管网的水力特征。气—固两相流管 网水力计算的主要特点是什么？（10分） 七、写出比转数s n 的数学表达式。比转数s n 有什么应用价值？高比转数泵与风 机和低比转数泵与风机有什么主要区别？（10分） 八、某空调冷冻水管网的循环水泵转速2900min r ，所配电机功率2.2KW 。流 管网在设计工况下运行时，流量为15h m 3，扬程为18.5m 。 （1） 画出设计工况下水泵的性能曲线和管网特性曲线，并标出工况点。 （2） 在部分负荷时，只需流量7.5h m 3。有哪些方法可将管网流量调节到 7.5m 3？ （3） 哪种方法最节能？为什么？ （20分） 九、如图所示通风系统，各管段的设计流速和计算阻力如下表。 （1） 系统风机的全压和风量应为多少？ （2） 各设计风量能否实现？若运行时，测得1#排风口的风量为4000h m 3，2#、 3#排风口的风量是多少？ （3） 若运行中需要增加1#排风口的风量，应怎样调节？ （20分） 《流体输配管网》课程试题（B 卷）参考答案 一、枝状管网：管网有起点和终点、主管和支管，如图1； 环状管网：管网起点和终点重合，构成闭合回路，如图2； 图1 图2 区别： 枝状管网：系统简单，运行管理方便，但管网后备性差，管网某处发生故障 时，该点后面管网部分将受影响而不能正常工作； 环状管网：管网系统比较复杂，管网后备性好；某处发生故障时，流体可以通过环状管网从另一个方向流动，因此故障影响范围小。 二、高层建筑高度大，底层管道中的静水压力较大。为了克服静水压力过大的弊 病，保证管网正常运行和设备可靠性，对高层建筑竖向流体输配管网进行分区。以高层建筑给水为例，竖向按串联式分为高、中、低三区,如图3。水箱1、2、3分别向低、中、高三区供水，各区管网中的静水压力都适中，系统耐压要求降低，费用减小，启停时产生水锤的危险性减小，水流噪音小，运行稳定可靠。 图3 三、公式l R P m ml ?=的使用条件为：管网特性（如：管道材料、断面尺寸、连接 方式等）不变，并且流体密度和流速也不随流程变化。 从流体力学知识知：λ是雷诺数和相对粗糙度的函数，即：()d K f Re,=λ，在不同的流态下，λ的计算式不同。实际工程中各种流体输配管网的流态有明显差别，雷诺数范围不相同，造成了不同管网λ的计算式可能不同。 四、均匀送风管道设计的原理：保证各送风口流量系数相等，并且使各送风口处 学院领导 B卷 审批并签名 广州大学2008-2009学年第 1 学期考试卷 课程流体输配管网考试形式（闭卷，考试） 一．判断题（每题2分，共20分；正确的在（）内打√，错误的打×） 1．异程式水系统管路简单，不需要同程管，系统投资较少，因而常在水系统规模较大时采用。（×） 2.夏季时某卫生间排气竖井内气体密度大于室外，若无排气风机，竖井内气体将向下流动，倒灌进底层的卫生间。（√） 3.为便于进行并联管路阻力平衡，在统计局部阻力时，对于三通和四通管件的局部阻力系数，应列在流量较小的管段上。（√） 4.在空调冷热水管网中，膨胀水箱的主要作用是给水系统加压。（×） 与无限多叶片数的理论扬程5.叶轮对流体做功时，有限多叶片数的理论扬程H T 的比值小于1，这是由于流体具有惯性的缘故。（√） H T 6.两台风机（或水泵）并联时，其总流量Q能等于各机单独工作时所提供的流量q1和q2之和。（×） 7.提高管网水力稳定性的主要方法是相对地减少网路干管的压降，或相对地增大用户系统的压降。（√） 8.通风机的风压是指风机进出口的动压差。（×） 1 2 9.对于有串联管路的调节阀，阀权度越大越好。（×） 10.欧拉方程的特点是流体经泵或风机所获得的理论扬程与被输送流体的种类有关。（×） 二．简答题（30分） 1．下图为空调冷却水系统简图，请说明该管网系统分别按以下方面进行分类时各属于何种类型？（4分） （1）管内流动的介质； （2）动力的性质； （3）管内流体与管外流体的关系； （4）管道中流体流动方向的确定性。 （1）单相流（2）机械循环 （3）开式系统（4）枝状管网 2.为什么要通过全面的技术经济比较来选定流体输配管网合理的管内流速？（5 分） 管内的流速对通风、空调系统的经济性有较大的影响，对系统的技术条件也有影响。流速高，风管断面小，占用的空间小，材料耗用少，建造费用小；但是系统的阻力大．动力消耗增大，运行费用增加，且增加噪声。若气流中含有粉尘等，会增加设备和管道的磨损。反之，流速低，阻力小，动力消耗少；但是风管断面大，材料和建造费用大，风管占用的空间也增大。流速过低会使粉尘沉积而堵塞管道。因此，必须通过全面的技术经济比较选定合理的流速。 3．请确定如图所示的重力循环采暖系统的最不利环路。并简要说明确定最不利环路应考虑哪些因素？（5分） 最不利环路： 1-5,17,18,19,20,10-16,1 确定最不利环路应根据各环路中重力作用的大小和管路长度、复杂程度。 《流体输配管网》习题集及部分参考答案部分习题、作业参考答案 第1章（略） 第2章 2-1 已知4—72—No6C型风机在转速为1250 r/min 时的实测参数如下表所列，求： 各测点的全效率；绘制性能曲线图；定出该风机的铭牌参数（即最高效率点的性能参数）； 2-2 根据题2-1中已知数据，试求4-72-11系列风机的无因次量，从而绘制该系列风机的无因次性能 2-3 得用上题得到的无因次性能曲线 求4-72-11No5A 型风机在n=2900 r/min 时的最佳效率点各参数 什，并计算该机的比转数值。计算时D2=0.5m 。 解： 查无因次曲线表得：P = Q = N = 222 2 222222 2 3 322/60 3.14*0.5*2900/6075.9/3.14*0.536003600*75.9**0.20310886 44 1.205*75.9*0.42829713.14*0.5/1000*1.025*75.9*0.095/10009.8244 u D n m s D Q u Q P u P D N u N kW ππρπρ========== == 2-4 某一单吸单级泵，流量Q=45m/s ，扬程H=33.5m ，转速n=2900r/min ,试求其比转数为多少如该泵为双吸式，应以Q/2作为比转数中的流量计算，则其比转数应为多少，当该泵 设计成八级泵，应以H/8作为比转数中的扬和计算值，则比转数为多少 '"3.65853.6560.13.65404.3 sp sp n n =========sp 双吸式：n 八级式： 2-5 某一单吸单级离心泵，Q=(m3/s) ，H=14.65m ，用电机由皮带拖动，测得n=1420r/min,N=; 后因改为电机 直接联动，n 增大为1450r/min ，试求此时泵的工作参数为多少 解： 设增大后的泵的参数用Q ’ H ’ N ’来表示 '''3''22 ''33 1450 1.02 1.020.075/1420 1450()() 1.04 1.0415.2414201450()() 1.065 1.065 3.51420Q n Q Q m s Q n H n H m H n N n N kW N n ===============''解得解得H 解得N 2-6 在n=2000的条件下实测一离心泵的结果为Q=0.17m/s,H=104m,N=184kW.如有一几何相似的水泵， 其叶轮比上述泵的叶轮大一倍，在1500r/min 之下运行，试求在相同的工况点的流量，扬程及效率各为多少 '''33 '3'''22 '''35 1500()*266 1.02/2000 ()() 2.25234()()13.52484Q n D Q Q m s Q n D H n D m H n D N n D kW N n D ===========''解得解得H 解得N 2-7 有一转速为1480r/min 的水泵，理论流量Q=0.0833m/s ，叶轮外径D=360mm ，叶轮出中有效面积A=㎡，叶片出口安装角β=30°，试做出口速度三角形。假设流体进入叶片前没有预旋运动，即Vu=0,试计算此泵的理论压头Ht ∞.设涡流修正系数k=，理论压HT 这多少 解： 2222222220.0833/0.023 3.62/1480**0.3627.88 260 27.88 3.62*3021.6111*27.88*21.6161.59.8 0.77*61.547.4r u r T u T T Q v m s A D u v u v ctg ctg H u v m g H kH m πωβ∞∞= ======-=-== =====o 如图所示： 2-8 有一台多级锅 炉给水泵，要求满足扬程H=176m ，流量 Q=81.6m 3/h ，试求该泵所需的级数和轴 第3章液体输配管网水力特征与水力计算 3-1 计算例题3-1中各散热器所在环路的作用压力tg=95℃，tg1=85℃，tg2=80℃，tn=70℃。 题3-1 解：双管制：第一层：ΔP1=gh1(ρh-ρg)=9.8×3×(977.81-961.92)=467.2Pa 第二层：ΔP2=gh2(ρh-ρg)=9.8×6×(977.81-961.92)=934.3Pa 第三层：ΔP3=gh3(ρh-ρg)=9.8×8.5×(977.81-961.92)=1323.6Pa 单管制：ΔP h=gh3(tg1-tg)+gh2(tg2-tg1)+gh1(ρh-ρg2)=9.8×8.5×(968.65-961. 92) +9.8×6×(971.83-968.65)+9.8×3×(977.81-971.83)=923.4Pa 3-2 通过水力计算确定习题图3-2所示重力循环热水采暖管网的管径。图中立管Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ各散热器的热负荷与Ⅱ立管相同。只算I、II立管，其余立管只讲计算方法，不作具体计算，散热器进出水管管长1.5m，进出水支管均有截止阀和乙字弯，没根立管和热源进出口设有闸阀。 图3-2 解 ： ΔP Ⅰ1′=gH(ρH -ρg )+ΔP f =9.81×(0.5+3)(977.81-961.92)+350=896Pa ∑l Ⅰ1=8+10+10+10+10+(8.9-0.5)+1.5+1.5+(0.5+3)+10+10+10+10+8+(8.9+3)=122.8m 水力计算表 管 段 号 Q (w ) G (kg /h) L (m ) D (m m) v (m /s ) R (Pa /m) ΔP y =Rl (Pa) Σξ P d (P a) ΔP j (Pa ) ΔP (P a) 局部阻力统计 1 1800 62 5.8 20 0.05 3.11 18.0 25 .0 1. 23 30.8 48 .8 散热器1×2.0，截止 阀2×10，90o弯头1×1.5，合流三通 1.5×1 2 5300 182 13.5 32 0.05 1.65 2 2.3 2.5 1.23 3.1 25.4 闸阀1×0.5，直流三通1×1.0，90o弯头1×1.0 3 99 341 10 40 0. 2.5 25.8 1. 2. 2.2 28 直流三通1×1.0 1. 按照流体力学特性，管道又可分为简单管路、复杂管路。 复杂管路是简单管路、串联管路与并联管路的组合，一般可分为：枝状管网和环状管网。枝状管网，并联管路的阻力损失一定相同。 2.流体输配管网有两个基本任务：一是流体（物质）的转运与分配，二是能量的转运与分配。而且在这种流体(物质)、能量的转运与分配过程中，存在流体的机械能损失。 3.恒定气流流动能量方程式:212 22122112 ))((2-++=--++l a p p p Z Z p p υγγυ p1、p2 是断面1、2的相对压力，专业上习惯称静压。 221υp 2 22υp 动压，反映断面流速无能量损耗地降低至零所转化的压力值。 ))((12Z Z a --γγ 重度差与高程差的乘积，称为位压。 ))((12Z Z p p b a s --+=γγ 静压和位压之和，称为势压。 2 2 υp p p q += 静压和动压之和，称为全压。 ))((2 122 Z Z p p p a at --++=γγυ 静压、动压和位压三项之和，称为总压。 4.“烟囱”效应，即通常所说的“热压”作用：在断面处开个孔，会导致外部空气流入烟囱并向上流动的现象。 5.根据泵与风机的工作原理，通常可将它们分为：容积式、叶片式。 根据流体的流动情况，可将它们再分为1）离心式泵与风机、2)轴流式泵与风机、3)混流式泵与风机、4）贯流式风机。 6.泵的扬程H 与风机的全压p 和静压p j 1）泵的扬程：泵所输送的单位质量流量的流体从进口至出口的能量增值除以重力加速度即为扬程。g v v p p z z H H H 22 12 21 21221-+-+-=+=γ 2）风机的全压p ：单位体积气体通过风机所获得的能量增量即全压，单位为Pa 。12q q p p p -= 3）风机的静压pj:风机全压减去风机出口动压即风机静压。2 2 2pv p p j -= 4）有效功率：在单位时间通过泵的流体（总流）所获得的总能量叫有效功率， 符号Pe 。（单位：kW ）（水泵）风机）1000/(1000/h rq Pe p q Pe v v == 《流体输配管网》课后习题解答 第一章 1-1 认真观察1~3个不同类型的流体输配管网，绘制出管网系统轴测图。结合第1章学习的知识，回答以下问题： （1）该管网的作用是什么？ （2）该管网中流动的流体是液体还是气体？还是水蒸气？是单一的一种流体还是两种流体共同流动？或者是在某些地方是单一流体，而其他地方有两种流体共同流动的情况？如果有两种流体，请说明管网不同位置的流体种类、哪种流体是主要的。 （3）该管网中工作的流体是在管网中周而复始地循环工作，还是从某个（某些）地方进入该管网，又从其他地方流出管网？ （4）该管网中的流体与大气相通吗？在什么位置相通？ （5）该管网中的哪些位置设有阀门？它们各起什么作用？ （6）该管网中设有风机（或水泵）吗？有几台？它们的作用是什么？如果有多台，请分析它们之间是一种什么样的工作关系（并联还是串联）？为什么要让它们按照这种关系共同工作？（7）该管网与你所了解的其他管网（或其他同学绘制的管网）之间有哪些共同点？哪些不同点？ 答：选取教材中3个系统图分析如下表： 头，消防给水管网末端为消火栓。种类及性质不同。说明：本题仅供参考，同学可根据实际观察的管网进行阐述。 1-2 绘制自己居住建筑的给排水管网系统图。 答：参考给水及排水系统图如图1-6、1-7所示。 图1-6 学生宿舍给水系统图（参考） 图1-7 学生宿舍排水系统图（参考） 1-3 流体输配管网有哪些基本组成部分？各有什么作用？ 答：流体输配管网的基本组成部分及各自作用如下表所示。一个具体的流体输配管网不一定要具备表中所有的组成部分。 组成管道动力装置调节装置末端装置附属设备 作用为流体流动提供流 动空间为流体流动提供 需要的动力 调节流量，开启/关 闭管段内流体的流 动 直接使用流体，是流 体输配管网内流体介 质的服务对象 为管网正常、安全、 高效地工作提供服 务。 1-4 试比较气相、液相、多相流这三类管网的异同点。 答：相同点：各类管网构造上一般都包括管道系统、动力系统、调节装置、末端装置以及保证管网正常工作的其它附属设备。 不同点：①各类管网的流动介质不同； ②管网具体型式、布置方式等不同； ③各类管网中动力装置、调节装置及末端装置、附属设施等有些不同。 流体输配管网习题及参考答案 一、名词解释 1、水表节点：安装在引入管上的水表及其前后设置的阀门和泄水装置的总称。 2、水泵接合器：连接消防车向室内消防给水系统加压供水的装置。 3、枝状管网：管网的任一管段的流向都是确定的、唯一的，该管网属于枝状管网。 4、环状管网：管网中有的管段的流动方向是不确定的，该管网属于环状管网。 5、最不利环路：最长、局部阻力件最多的环路。 6、流速当量直径:假设某一圆形风管中的空气流速与矩形风管中的空气流速相等，并且两者的比摩阻也相等，则该圆风管的直径就称为此矩形风管的流速当量直径。 7、流量当量直径：设某一圆形风管中的空气流量与矩形风管的空气流量相等，并且比摩阻也相等，则该圆形风管的直径就称为矩形风管的流量当量直径 8、水封：利用一定高度的静水压力来抵抗排水管内气压变化，防止管内气体进入室内的措施。 9、水舌：水流在冲激流状态下，由横支管进入立管下落，在横支管与立管连接部短时间内形成的水力学现象。 10、水击：在阀门、拐弯等处，流动方向改变时，惯量远大于蒸汽的水滴或水塞，难以改变方向，在高速下与管件或管子撞击，产生“水击”。 11、虚拟管路：是连接开式管网出口和进口的虚设管路，该管路中的流体为开式管网出口和进口高度之间的环境流体，从管网出口流向进口，其水力和热力参数都与环境流体相同，虚拟管路的管径趋于无限大，流动阻力为零。 12、相似工况：当两泵或风机的流动过程相似时，则它们的对应工况称为相似工况。 13、比转数：当两个相似泵与风机的进口状态相同，或者是标准状态，即 14、系统效应：由于泵与风机进出口与管网系统的连接方式对泵、风机的性能特性产生影响，导致泵（风机）的性能下降被称为“系统效应”。 15、出口效应管道长度：自风机出口截面不规则的速度分布，到管道内气流速度规则分布的截面之间的管段长度，称之为效应管道长度。 16、冷沸：当泵内最低压力低于工作温度下的饱和蒸汽压力时，液体就会汽化，溶解在液体里的气体也自动逸出，这种现象称为“冷沸” 17、气穴：水泵发生冷沸现象后，汽泡随流体进入叶轮中压力升高区域时，其中的蒸汽在高压下快速凝结成液态，汽泡空间成为真空。四周流体高速冲向汽泡中心，在汽泡闭合区内产生强烈的局部水锤现象，其瞬间的局部压力，可以达到数十兆帕。此时，可以听到类似炸裂的噪声，这种现象称为气穴。 18、气蚀：在气穴区域使金属表面产生裂缝，几条裂缝互相贯穿，达到完全蚀坏的程度，泵叶片进口端产生的这种现象称为“气蚀”。 19、管网的水力工况：指管网流量和压力的分布状况。 20、液体管网水压曲线：在液体管路中，将各节点的测压管水头高度顺次连接起来形成的线，称为液体管网水压曲线。 21、动水压图：顺次连接热水供暖系统中各点的测压管水头的顶端，得到的水压曲线称为动水压图。 22、静水压图：系统循环水泵停止工作是的水压曲线，称为静水压图。 23、可调比：调节阀所能控制的最大流量与最小流量之比称为可调比。 1、什么是开式管网？什么是闭式管网？试分别举出两个工程应用实例。 2、蒸汽供暖系统中疏水器起什么作用？它通常设置在系统的什么位置？ 3、管网中流体流动受到的摩擦阻力受哪些因素的影响？怎样计算摩擦阻力？ 4、假定流速法和压损平均法这两种水力计算方法各自的基本特点是什么？各适 用于什么样的情况？ 5、燃气管网为什么要按输气压力分级？不同压力等级的管网之间应怎样进行连 接？ 6、为什么说管内流速是流体输配管网的重要参数？怎样合理确定管内的流速？ 7、通风空调的风管系统和燃气输配管网，有哪些共同处？有哪些区别？ 8、建筑热水供暖管网系统与空调冷冻水管网系统的共同点是什么？不同点是什 么？ 9、建筑排水管网内是液体单相流还是液——气两相流？建筑排水管网的流动障 碍主要是什么？克服障碍、增强管网排水能力的关键技术措施是什么？ 10、假定某建筑的热水采暖系统和给水系统的管径、管网高度相同，管内流 速也相同，两系统所需的水泵扬程是否相同？为什么？ 11、为什么供暖空调冷热水管网要设排气装置？排气装置设在什么地方？为 什么建筑给水管网不设排气装置？ 12、确定图中管网的最不利环路。 13、泵与风机的理论扬程方程为：。请回答：在 什么条件下理论扬程方程可简化为：，这有何指导意义？ 14、说明公式的使用条件。为什么不同的管网，的计算公式 可能会不相同？ 15、简述均匀送风管道设计的原理和主要步骤。 16、影响建筑排水管网的排水能力的主要因素有哪些？怎样提高排水能力？ 17、写出比转数的数学表达式。比转数有什么应用价值？高比转数泵 与风机和低比转数泵与风机有什么主要区别？ 18、图中所示，（ a ）（ b ）（ c ）（ d ）（ e ）（ f ）（ g ）（ h ） 第6章泵、风机与管网系统的匹配 6-1 什么是管网特性曲线管网特性曲线与管网的阻力特性有何区别与联系 答：枝状管网中流体流动所需的能量与流量之间的关系为，反映了外界环境对管网流动的影响，包含重力作用及管内流体与外界环境交界面的压力作用，当管网处于稳定运行工况时，与流量变化无关。为管网的总阻抗。将这一关系在以流量为横坐标、压力为纵坐标的直角坐标图中描绘成曲线，即为管网特性曲线，见习题6-1图。而管网的阻力特性则反映了管网中流体的流动阻力与流量之间的关系，可用表示。当时，管网特性曲线为“狭义管网特性曲线”，与阻力特性曲线重合。 （a）广义管网特性曲线（b）狭义管网特性曲线与阻力特性曲线 习题6-1图管网特性曲线与阻力特性曲线 6-2 广义管网特性曲线与狭义管网特性曲线有何区别 答：广义管网特性曲线与狭义管网特性曲线分别如习题6-1图所示。广义管网特性曲线，反映在Y轴上有一截距，反映了外界环境对管网流动的影响，包含重力作用及管内流体与外界环境交界面的压力作用，管网处于稳定运行工况时，与流量变化无关。时，需要提供压力能量克服其影响；当时，它可以为管网流动提供能量。管网流动所需能量的另一部分用来克服流体沿管网流动产生的阻力，与流量的平方成正比。当泵或风机的工况沿广义管网特性曲线变化时（如调节泵或风机的转速，不改变管网特性曲线），工况点之间不满足泵或风机的相似律。而具有狭义管网特性曲线的管网，流动所需的全部能量为流体沿管网流动产生的阻力，与流量的平方成正比，当泵或风机的工况沿管网特性曲线变化时遵守相似泵或风机的相似律。 6-3 分析影响管网特性曲线的因素。 答：影响管网特性曲线的形状的决定因素是管网的阻抗S。S值越大，曲线越陡。当流量采用体积流量单位时，管段阻抗S的计算式为： kg/m7 根据S的计算式可知，影响S值的参数有：摩擦阻力系数、管段长度、直径（或当量直径）、局部阻力系数、流体密度。其中取决于流态。由流体力学知，当流动处于阻力平方区时，仅与（管段的相对粗糙度）有关。在给定管路条件下，若值可视为常数，则有。由此可知，当管网系统安装完毕，管长、管径、局部阻力系数在不改变阀门开度的情况下，都为定数，即S为定值，对某一具体的管网，其管网特性就被确定。反之，改变式中的任一参数值，都将改变管网特性。由于S正比于、，反比于，所以当管网系统较长、管径较小、局部阻力（弯头、三通、阀门等）部件较多、阀门开度较小、管内壁粗糙度较大、流体密度较大都会使S 值增加，管网特性曲线变陡；反之则使S值减小，管网特性曲线变缓。在管网系统设计和运行中，都常常通过调整管路布置、改变管径大小或调节阀门的开度等手段来达到改变管网特性，使之适应用户对流量或压力分布的需要。 外界环境对管网流动的影响反映在项上，包含重力作用及管内流体与外界环境交界面的压力作用，在管网特性曲线图上反映在Y轴上有一截距，管网处于稳定运行工况时，与流量变化无关。重力或管内流体与外界环境交界面的压力作用与流体流动方向一致时，推动流体流动，反之则阻碍流体流动。 6-4 什么是系统效应如何减小系统效应 答：由于泵（风机）是在特定管网中工作，其出入口与管网的连接状况一般与性能试验时不一致，将导致泵（风机）的性能发生改变（一般会下降）。例如，入口的连接方式不同于标准试验状态时，则进入泵、风机的流体流向和速度分布与标准实验有很大的不同，因而导致其内部能量损失增加，泵、风机的性能下降。由于泵、风机进出口与管网系统的连接方式对泵、风机的性能特性产生的影响，导致泵（风机）的性能下降被称为“系统效应”。流体输配管网期末复习资料
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