流体输配管网

管网作用：1 流体（物质）的转运与分配。2 能量的转运与分配。

用途：1 满足（建筑）环境控制（生产工艺或生活所需要的环境）目标的管网系统；

2 满足生产工艺及生活需要的用水，用气的管网系统；

3 安全消防；

4 其他，如制冷机组各元件（零部件）之间的连接管道 空压管道。

枝状管网

输送流体的管道通过串联与并联的组合呈树枝状排列的管道系统（管网）。（根据送排风参考压力点的特征决定的，不能简单绝对区分枝状管网与环状管网。）

根据并 串联管路的计算原则，可以得到该风机具有的压头为：

pHhl145hl56hl78

风机应具有的风量： qvqv1qv2qv3（并联管道）

沿程均匀泄流：管段每单位长度泻出的流量均相同即等于qv，这种官路称为均匀泄流管路。

Qvt(通向支路的流量，称途泄流量） Qvz(沿主管路向下游的流量。称转速流量）

hfAl(qvz0.55qvt)2引入计算流量qvcqvcqvz0.55qvthfAlvc2流量qvz=0hf11Alqvt2Sqvt233

A:管道的比阻，AL：表示单位长度的阻抗（L表示长度）;S=AL.

环状管网遵循串并联的计算原则，（1）任意节点流入与流出的流量相等。（2）任意闭合环路中，比如规定顺时针方向流动的阻力损失为正，反之为负，则任意环路阻力损失的代数和为零。

燃气管网激励计算

管网平差计算需要达到一定的精度才可以停止。

高压管道（50000Pa以上）中低压（5000Pa以下）

烟囱效应(利用小密度差的流动原理）。气体：全压=动压+静压（流体在静止时所产生的压力。）总压=全压+位压（ (a)(z1z2)（管道内外密度差）×g(重力加速度）×（截面高度差）。

无压流动（明渠均匀流）明渠是一种具有自由表面水流的渠道，可分为天然明渠，如天然河道。人工明渠，如人工渠道（排水渠）.运河及未充满水流的管道。自由水表面：顺坡渠道：沿水流方向渠表面降低的渠道。（i>0)沿水流方向渠表面不变化的渠道（i=0)是平坡。沿水流方向渠表面降低的渠道（i<0)是逆坡渠道。自由水表面：流动界面的压力特征决定的。（相对压强为0，与大气直接接触）。

明渠的分类（由于过水断面形状、尺寸与底坡的变化对明渠水流有重要影响，）

（1）棱柱形渠道与非棱柱形渠道；

凡是断面形状及尺寸沿程不变的长治渠道，是棱柱形渠道，否则是与非棱柱形渠道。

明渠均匀流的水流特征：

断面平均流速沿程不变；水深也沿程不变；而且总能线即总水头线，水面及渠底相互平行，也就是说，其总水头线坡度（水力坡度），测管水头线坡度（水面坡度）和渠道底坡彼此相等，即JJpi

自摸区（流态自动相似）R-水力半径

湿周（过流断面流体与固体相接处部分的长度）

水力最优断面（当i、n及A大小一定，使渠道所通过的流量最大的那种断面形状称为水力最优断面。

梯形断面的水力最优条件

设明渠梯形过水断面的底为b，水深为h,边坡系数为m，水力最优条件为

bhh=（)h2(1m2m) m是cos

渠道的允许流速 Vmax>V>Vmin

式中Vmax是免遭冲刷的最大允许流速，简称不冲允许流速；Vmin是免遭淤积的最小允许流速，简称不淤允许流速。

明渠均匀流水力计算的问题

1 验算渠道的输水能力（对已成渠道进行校核性的水力计算，特别验算其输水能力问题。

2 决定渠道底坡

设计渠道底坡时，一般已知土壤或护面材料、设计流量以及断面的几何尺寸、即已知n、qv、h0各量，求所需要的底坡i。

3 决定渠道断面尺寸

已知流量qv、渠道底坡i、边坡系数m及粗燥系数n，求渠道断面尺寸b和h。

泵与风机的基础

泵与风机是利用外加能量输送流体的流体机械。

容积式

容积式泵与风机在运转时，机械内部的工作容积（体积）不断发生变化，从而吸入或排除流体。

叶片式

叶片式泵与风机的主要结构是可旋转的、带叶片的叶轮和固定的机壳。通过叶轮的旋转对流体做功，从而使流体获得能量。

根据流体的流动情况，可以将他们在分为：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

其他类型的泵与风机如引射器、旋涡泵、真空泵等。

离心式风机工作原理：

当叶轮随轴旋转时，也偏见的气体也随叶轮旋转而活的离心力，并使气体从叶片之间的出口处甩出。

泵的扬程与全压和静压

扬程：泵所输送的单位重量的流体从进口至出口的能量增值；单位重量流量的流体通过泵所获得的有效能量，单位（m）。

风机的压头（全压)与静压

风机的压头（全压)：单位体积气体通过风机所获得的能量即全压，单位Pa。

风机的静压：风机全压减去风机出口动压即风机静压。

流量（m3/s )

功率及效率

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Pe表示 对水泵，有pe.qvH/1000kw

对风机，有peqv.p/1000 kw

全效率（效率）：表示输入功率P被流体所利用的程度，用泵或风机的全效率来计量

pep.qvHqpv10001000kw

转速n：泵或风机叶轮每分钟的转数即“r/min”。

理想叶轮：

恒定流：任意流层间每个点，它的运动要素不随时间变化的。

D1 ：进口直径D2：出口直径

出口动量矩：R2×Vu2 进口动量矩：R1×Vu1 （R为半径，Vu为绝对速度在切向的分量）。ρQ（R2.Vu2-R1.Vu1 ） =g 轴提供功率：N=M×w(w为角速度）

因为理想流体，故N=ρQ（R2.Vu2-R1.Vu1 ）

离心式泵与风机的基本方程--欧拉方程（重点）

第一项是圆周速度体现的能量变化，第二项是质点相对于叶片的速度所引起的能量变化，角标1,2代表入口，出口。 第三项是指点的绝对速度引起的能量变化（动能之差）是

动能水头。前两项是势能变化（通过轴做功与相对速度降低获得）势能水头。动能水头越大，损失越大。

实际叶轮的理想养成方程式或实际叶轮欧拉公式或实际叶轮欧拉方程

HT1(u2vu2u1vu1)g

Α（入口工作角）是90〬时，vu1为0，HT最大。

vu2u2vr2cot β 出口安装角

1u2(u2vr2cot)g

HT出口安装角（β）及叶型对性能的影响

1QQ(m3/s)HTu2(u2cot)vr2g2r2b22r2b2 ：修正系数

1Q1Q2u2Q(u2cot)u2(u2Qcot)2r2b22r2b2P=HT×Q=g=g

根据上式， Q与HT的关系；(a)后向叶型0<β<90〬，Q与HT线性减小的。(a)径向叶型β=90〬，HT是常数，与Q无关。(a)后向叶型90<β<180〬，HT与Q线性增加的。

同理， Q与P(功率）的关系；(a)后向叶型0<β<90〬，P与Q开口向下的抛物线。(a)径向叶型β=90〬，P与Q成线性关系。(a)后向叶型90<β<180〬，P与Q开口向上的抛物线。

实际叶轮的理想性能曲线

左图是 Q与HT的关系曲线。 右图是P与Q的关系曲线

泵与风机实际性能曲线

各种水力损失

流体到叶轮前盘，为了获得动能压力会减小，流体到达叶轮后盘时，动能降低，获得高压（用来冲出泵或风机），这就造成叶轮前后压力不同，使叶轮发生轴向运动。

水利损失

机内阻力损失发生于下述几个部分

（一) 进口损失H1 （二) 撞击损失H2 （三) 叶轮中的水力损失H3

h(HTh)i1nHTQqH(实际）vTQT（容积效率） =HT(效率）

机械损失

mNTN NT流体最大理率 N 轴功率 N=NT+NM NM机械损失

=NeQHQHmhvNQHNTTT全效率

mm

Ⅳ是经过容积损失后的流量与扬程实际性能曲线。Ⅴ是流量与功率的实际性能曲线。VI是效率与功率的实际性能曲线。

名牌参数：

相似率（传热学中相似原理）与比转数

泵与风机的相似律

相似工况：当原形性能曲线上某一工况点A与模型性能曲线上工况点A、所对应的流体运动相似，也就是相应的速度三角形相似，则A与A’两个工况是相似工况。

****则AA'（效率）

转速与功率呈3次方关系，所以变频（转速变化对功率影响非常大）应用（变频空调）。

风机无因次性能曲线

QVD22u2QVQVPPPNQPV2u2223u22D2u2D2u244 (无量纲化）(P指扬程）（N指功

Q4P率）

nsnqv21Hn指转速（ns比转数是无量纲）H是扬程（mm水柱）

34

从左到右是比转数由小到大的过程，反映叶轮结构特征

飞机机翼上下压差不同，如果下高上低则产生升力。风扇原理：与飞机机翼升力相反，风扇叶片上面压力高，下面压力低，造成流体向下运动，我们感觉到风扇吹风。

流体全压=（出口总机械能-入口总机械能与机械全压（压头）不同

压缩机

第一个等式是压头之比，第一个等式是功率之比。

确保进出口安装角不变

冷热水循环管路

自然（重力）循环管路系统中流体的流动动力取决于竖管段内的密度和竖管段的垂直高度。 pth(12)g

膨胀水箱（容水，定压，防止气化）与供水干管连接。确保热水正常循环

自然循环压力最低点在散热器中心处P=P0(大气压）+ρgh2（h2是膨胀水箱液面到散

热器中心高度）

p右=g(h1hhhh2g)p左=g(h1hhgh2g)

pgh(hg)

系统垂直失调（各楼作用压力太小，造成热量不同）

串联管路水温计算

NititgQiQ(tgth)℃

机械循环

膨胀水箱与压力最低点（在进入水泵之前）连通。防止气化，产生气塞。

等温降法

不等温降法

红线表示最不利环路（平均比摩阻最小的原则，所以管径越大，可以满足其他管路流量需要。）负荷最大。

确定各管段管径

根据推荐的经济比摩阻

Rpj60Pa/m~120Pa/m

各管段流量

主要说明是方形补偿器（温度补偿）防止管道挤压。

热水管网主干线的设计平均比摩阻可取

Rpj（40~80）Pa/m

异径接头（管径不同的接头）

蒸汽管网

疏水器（使液体通过）输水走汽。蒸汽压力成为蒸汽流动的动力。（压能降低，获得动能。）压能降低，沿程有热力损失，，蒸汽会液化，需要设置分水器，疏水器。

计算方法

2-3是余压（P2-P3)驱动，3-4是动力驱动，4-6是机械驱动（水泵）

气体流动及其网路

通风管道内空气流动阻力 摩擦阻力+局部阻力

矩形风道

(ab)52abDL1.38Dv2(ab)ab流速当量直径 流量当量直径

单位长度比摩阻：

数字为Q(流量)和L(长度)

调节不平衡率方法：增加管径或者加调节阀。

4d1(l)g3CR物料的悬浮速度

vf

对于物粉状物料，通过Re≤1，CR=24/Re

vf4d1(l)g4d1(l)gRe3CR3CR24dl2(l)g18u=

气力输送系统的计算

喉管或吸嘴的阻力

p1(Cu1)v22 C：与喉管或吸嘴构造有关的系数，通过试验求

得，水平型喉管，C=1.1~1.2；L型喉管，C=1.2~1.5；各种喷嘴C=3.0~5.0. Ul:料气比

空气和物料加速阻力

p2(1ul)v22(l)2vv

qmlghqmlghulghqvqm/ qm:质量流量

p4

燃气管网中压强（p)绝对压强 对于低压管道，pm（是两个界面绝对压强的平均值）近似取大气压强（101325pa)

各种参数

求流速用加权平均法

S=0.55(是流体的相对密度)本图中d单位（cm)

高压曲线图

中压曲线图

附加压头

pH(g)g可能是动力或者是阻力

定两头（输送高压，用户），调中间。

用户

泵 风机与管网系统的匹配

D是稳定工作点（机器性能曲线的下降段与管路性能曲线的焦点）。

重点 ：两台泵并联时，压头（扬程）相等，流量不同（流量之和）。串联时流量相等，压头（扬程）相加。

假设两台泵型号相同，为图中D-C机械曲线Ⅰ，并联时两台泵扬程相等，并联后流量是原来的2倍，则qVM=2qVD.并联后机械曲线是Ⅱ。管路性能曲线是Ⅲ。实际工作点不是原来机械性能曲线管路性能曲线的焦点C,而是按照联合性能曲线工作点M,与焦点M等流量反推与原来机械性能曲线Ⅰ的交点D,为实际工作点。

如果2台泵型号不同，则qVM=qVD1+qVD2。并联后机械曲线是Ⅱ

则并联后机械性能曲线是Ⅱ。管路性能曲线是Ⅲ。焦点是M.此时扬程hM,流量qM。

对于实际工作点 也是按照上图的方法反推得。（2个泵的性能曲线差不多）。

还有一种情况，2个泵的性能曲线一个高，一个低，造成性能低的泵空转，浪费。一般并联性能相同的泵或风机。

串联时

流量相等，扬程相加。也是反推（按等流量）。

机械性能曲线变化：转速（变频） 改变叶轮形状 吸入口加套筒（增加叶轮宽度）

泵的构成（叶轮，机壳，轴，吸入室，密封环，）

冷却塔：静扬程是（最低位置冷却塔成水盘液面上。）补水器到盛水盘液面高差。近似等于冷却塔高度。

汽蚀

（为了获得动能，压能降低）真正压力最低点在靠近叶轮边缘，当压力低于蒸汽（流体中存在）汽化压力，气体就会逸出，经过叶轮，流体获得能量，压力急剧增加（超过汽化压力），气体就会回到流体中，流体就会迅速挤占气体留下的空间，产生很大的压力，

对叶轮造成破坏。

消除汽蚀（降低流速，减小损失）

提升水泵的安装高度

P1v12PkP2gv12P()2g

P1Pk

0-1断面

v02Pv121Z0Z1hs2g2gP0P0Pv12Hsshs2gv12HsHsshs2gPkv12P()2gP1HsHsv12HssHshs2g

允许安装高度（Hss)

压强最低点Pk （1）Pk >汽化压强时，不会发生汽蚀。（1）Pk =汽化压强时，此时为临界能量（此值越大约好）。汽蚀余量越大越好。（汽蚀余量+0.3）吸入口到泵体的伯努利方程是汽蚀余量；而（允许安装高度-0.3）是1截面到吸入口的伯努利方程是允许安装高度。

离心式水泵：零流量启动，零流量关机（防止水锤）。

T4-72NO2-10E(T指通风，C指除尘；4指无量纲压力系数×10取整数，72是风机比转数，2指两侧吸，单侧吸不用写，10是机号，表示叶轮直径=100×机号，E表示传动方式A是电机传动，C是皮带传动）。

风机的静压与静压效率

泵校核((允许安装高度，汽蚀余量）

环状管网水力计算与水利工况分析