第十六讲同程式系统水力计算
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水力计算引言水力计算是指在水力学领域中,根据给定的水体条件和水流参数,通过运用一系列公式、计算方法和理论基础,对与水有关的各种现象、过程和工程进行计算和预测,以便为水利工程设计、水资源管理等提供科学依据和技术支持。
水力计算的主要目的是通过计算来确定水流的流速、流量、压力、液面高度等参数,从而对水流的运动特性和水力性能进行分析和评估。
它广泛应用于各个领域,包括给水系统、排水系统、河流治理、水电站工程等。
本文将介绍水力计算的基本概念、常用方法和应用领域,并给出一些具体的实例说明。
基本概念流速流速是流体通过单位横截面积的体积流量,常用单位为米/秒。
对于自由流条件下的水流,通常使用流速来描述水体的运动速度。
流速的计算可以通过测量水流通过一个已知长度的管道或河道所需的时间来进行。
假设已知水体在时间t内通过管道的长度L,那么流速V可以计算为V=L/t。
流量流量是单位时间内通过一个横截面的体积流量,常用单位为立方米/秒。
流量是水力计算中最基本的参数之一,用于描述水流的总体排放情况。
流量的计算可以通过测量单位时间内通过一个横截面的水流体积来进行。
假设单位时间内通过一个横截面的水流体积为V,那么流量Q可以计算为Q=V/t。
压力压力是单位面积上的力,常用单位为帕斯卡。
在水力学中,压力是描述水体受到的压力或力的作用的参数,常用来描述液体在管道中的流动状态。
压力的计算可以通过测量液体对单位面积上物体施加的力来进行。
根据帕斯卡定律,压力P可以计算为P=F/A,其中F 为液体对单位面积上物体施加的力,A为单位面积。
液面高度液面高度是指液体的上升或下降的高度,常用单位为米。
在水力学中,液面高度用于描述与液体有关的各种现象和过程,如水位变化、波浪高度等。
液面高度的计算可以通过测量液体从基准面上升或下降的距离来进行。
根据地面高程的参考点和液体的位置来计算液面高度。
常用方法流速计算方法常用的流速计算方法包括:舍诺特公式、曼宁公式和流速测量法等。
室内热水供暖系统的水力计算本章重点• 热水供热系统水力计算基本原理。
• 重力循环热水供热系统水力计算基本原理。
• 机械循环热水供热系统水力计算基本原理。
本章难点• 水力计算方法。
• 最不利循环。
第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式当流体沿管道流动时,由于流体分子间及其与管壁间的摩擦,就要损失能量;而当流体流过管道的一些附件 ( 如阀门、弯头、三通、散热器等 ) 时,由于流动方向或速度的改变,产生局部旋涡和撞击,也要损失能量。
前者称为沿程损失,后者称为局部损失。
因此,热水供暖系统中计算管段的压力损失,可用下式表示:Δ P =Δ P y + Δ P i =R l + Δ P i Pa 〔 4 — 1 〕式中Δ P ——计算管段的压力损失, Pa ;Δ P y ——计算管段的沿程损失, Pa ;Δ P i ——计算管段的局部损失, Pa ;R ——每米管长的沿程损失, Pa / m ;l ——管段长度, m 。
在管路的水力计算中,通常把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。
任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段组成的。
每米管长的沿程损失 ( 比摩阻 ) ,可用流体力学的达西.维斯巴赫公式进行计算Pa/m ( 4 — 2 )式中一一管段的摩擦阻力系数;d ——管子内径, m ;——热媒在管道内的流速, m / s ;一热媒的密度, kg / m 3 。
在热水供暖系统中推荐使用的一些计算摩擦阻力系数值的公式如下:( — ) 层流流动当 Re < 2320 时,可按下式计算;( 4 — 4 )在热水供暖系统中很少遇到层流状态,仅在自然循环热水供暖系统的个别水流量极小、管径很小的管段内,才会遇到层流的流动状态。
( 二 ) 紊流流动当 Re < 2320 时,流动呈紊流状态。
在整个紊流区中,还可以分为三个区域:• 水力光滑管区摩擦阻力系数值可用布拉修斯公式计算,即( 4 — 5 )当雷诺数在 4000 一 100000 范围内,布拉修斯公式能给出相当准确的数值。
刊于《建筑设备》1992年1期热水采暖同程式系统的水力特性及其设计计算北京市建筑设计研究院张锡虎一、并联环路的水力特性在热水采暖循环系统的设计中,所要解决的最困难课题,实质上是无数并联环路之间流量的合理分配。
单立管顺序式系统的一大优点,就是减少了系统并联环路的数量。
讲究系统布置的匀称,强调增大末端设备(包括双管系统的散热器组和单管系统的立管)的阻力,就是为了使得并联环路之间,具备较有利的水力平衡条件。
设置各种调节手段(如调节阀、节流孔板及引射三通等),就是为了补充并联环路之间水力平衡条件的不足。
异程式系统或同程式系统的并存,并各自为不同的设计单位所侧重选用,其中的一个重要原因,就是因为这两种系统在解决并联环路流量合理分配方面各有其优势。
任意并联环路之间的流量分配,都遵循下列水力学的基本原则:并联点的水头差相同,此水头差为:2HSG上式中:S为环路的阻力特性值,它综合了环路的长度、管径和局部阻力因素;G为流量。
并联环路的典型图式如图1和图2。
图1 同程并联系统典型图式2图2 异程并联系统典型图式上图中的A 和B ,为并联环路1和2的公共并联点,由于A 和B 之间的水头差,不管是经由环路1还是环路2都只能是一个,所以两个环路之间的流量分配比为: 1221S S G G =上式说明:并联环路之间的流量分配比值,与环路阻力特性值的平方根成反比,阻力特性值小,则流量大,反之亦然。
其中,有一个根本的重要概念:两个并联环路之间的压差即水头损失值总是相等的,阻力特性的不同会通过流量分配自然平衡而使压力损失相同。
二、异程式系统的水力特性深入研究同程式系统最好从异程式系统的水力特性开始。
异程式系统具备并联环路的典型特征:经由两环的水头差相等、总流量为两环流量之和,即2121G G G H H +==异程式系统的典型图式如图3。
图3 异程式系统的典型图式上图中,C 和D 为环路1和环路2的公共并联点,经由C →A →1→B →D 的水头差,必然与经由C →2→D 的水头差相同。
给排水系统中的水力计算与水力优化在建筑物的给排水系统中,水力计算和水力优化是非常重要的环节。
合理的水力计算可以确保供水和排水系统的正常运行,而水力优化则能够提高系统的效率和节约能源。
本文将详细介绍给排水系统中的水力计算和水力优化方法。
一、水力计算水力计算是指通过计算各个水力元素的水力参数,确定给排水系统的运行条件和选取相应的管道尺寸。
水力计算的关键参数包括流量、压力损失、流速等。
1.1 流量计算流量是指单位时间内通过给排水系统的液体量。
在给水系统中,流量需根据建筑物的用水需求、水压和管道尺寸进行计算。
在排水系统中,流量需根据建筑物的污水产生量和排水设备的要求进行计算。
1.2 压力损失计算在给排水系统中,液体流经管道和配件时会产生一定的压力损失。
这些压力损失包括摩擦损失、局部阻力和弯头、三通等元件带来的压力损失。
通过计算各个水力元素的压力损失,可以确定整个系统的总压力损失,进而选取合适的泵和管道尺寸。
1.3 流速计算流速是指液体通过管道时的速度。
流速的合理选择可以确保管道内的液体流动畅通,防止堵塞和积存。
根据给排水系统的不同要求和设计规范,选择合适的流速范围进行计算。
二、水力优化水力优化是指通过各种手段和措施,提高给排水系统的效率和节约能源。
以下将介绍几种常见的优化方法。
2.1 管道布局优化合理布局给排水管道可以减少压力损失和阻力,提高系统的整体效率。
通过选择较短的管道路径、减少弯头和节流减压装置等,可以减少能量损失和流体阻力。
2.2 泵站和水箱设计优化对于给水系统来说,合理的泵站和水箱设计可以提高供水压力、平衡系统运行,并降低泵的能耗。
通过合理设置泵站和水箱的容量、位置和高度,可以实现系统的高效运行和节能效果。
2.3 阀门控制优化通过合理设置阀门的开关和调节,可以提高供水和排水系统的水力特性。
灵活运用阀门控制技术,可以实现系统的安全稳定运行,并减少能源消耗。
2.4 水泵选型优化在给水系统中,合理的水泵选型可以提高供水压力、降低运行能耗。
水力计算概述水力计算是一种重要的工程计算方法,用于分析和预测水流的行为。
在各种水利工程中,如河道、水坝、管道、泵站等设计过程中都需要进行水力计算,以确保工程的安全和有效运行。
水流基础知识在进行水力计算之前,了解以下几个基础概念是必要的:•流量(Q):水流过单位时间的体积。
一般以立方米/秒(m³/s)作为单位。
•流速(v):单位时间内流经的断面的体积与截面积之比。
单位为米/秒(m/s)。
•水头(H):流体在某一点的总能量。
水头通常由液位高度(z)、动能(v²/2g)和压力能(P/ρg)组成,其中P为压力,ρ为水的密度,g为重力加速度。
水力计算方法在进行水力计算时,常用的方法包括:流量计算流量计算是水力计算中最基础的部分,通常采用以下公式计算:Q = A * v其中,Q为流量,A为断面面积,v为流速。
通过测量流速和断面面积,可以计算出流量。
水压计算在水力计算中,对于某一点的压力,可以使用以下公式计算:P = ρ * g * z其中,P为压力,ρ为水的密度,g为重力加速度,z为液位高度。
通过测量液位高度和知道水的密度,可以计算出压力。
水头是水力计算中非常重要的概念,可以通过以下公式计算:H = P/ρg + z + v²/2g其中,H为水头,P为压力,ρ为水的密度,g为重力加速度,z为液位高度,v为流速。
通过测量压力、液位高度和流速,可以计算出水头。
水力计算在水利工程中的应用水力计算在水利工程中有着广泛的应用,具体包括但不限于以下几个方面:河道设计在河道设计中,水力计算用于确定河道的流量和水头分布。
通过计算河道的水力特性,可以调整河道的断面形状和尺寸,以便更好地满足设计要求。
水坝的设计需要考虑水流对坝体的冲击力和稳定性。
水力计算可以用于评估坝体的稳定性,并确定合理的坝型和坝体尺寸。
管道设计在管道设计中,水力计算用于确定管道的流量和压力损失。
通过计算管道的水力特性,可以选择适当的管径和斜率,以确保管道系统的有效运行。
同程式供水系统
一般空调水系统供回水方式有异程式和同程式,对于同程式系统却有多种。
1.同程式各并联环路管路相等,阻力大致相同,流量分配较均衡,可减少初次调整的困难,但初投资相对较大。
风机盘管系统多采用同程式水系统或每一分区内同程的水系统。
2.同程式系统阻力容易平衡,但成本高
3.回水同程以及给水同程的同程式系统均适用于任何需要的场所,如对狭长区域且供、回水立管均在同侧的情形,这两种方式在布置上相同。
4.供、回水同程的同程式系统,如对环形区域的布置较为有利合理。
5、其实左边三种方式各自每一环路的供水与回水的管程之和是相等的。
6.同程系统按实际情况可以分成这样两种情况。
一般空调系统都适用于多层,这样的话,同程系统可分为立管同程系统和每层支管同程系统。
7 对于空调水系统负带层数不是很多的系统,如果不超过5层,立管可采用异程系统,立管的比摩阻建议不超过60Pa/m,每层支管应采用同程系统。
8 .对于一些单层负带空调末端(风机盘管)不是很多的情况下,建议一般不超过7台,可以采用立管同程,每层支管异程的方式。
复杂工况下同程式水系统管网的水力计算方法
黎晓军
【期刊名称】《洁净与空调技术》
【年(卷),期】2018(000)003
【摘要】冷冻水管路作为空调系统输配管网,犹如人体的血管,承担着把冷量输送到各个末端用户的职能.因此冷冻水系统管网能否高效运行也决定了末端用户的舒适性体验.通过设计简易的同程式水系统拓扑模型,在充分考虑末端调节阀调节特性的基础上,创建EXCEL计算模型并以虚拟流量的计算方法,反推各支路之间流量的相互影响、末端支路流量对应的调节阀开度以及各支路之间的水力平衡性,实现了利用简易的计算表格模拟管网的水力特性,为研究同程式水系统管网的阻力特性提供参考.
【总页数】5页(P48-52)
【作者】黎晓军
【作者单位】广州华森建筑与工程设计顾问有限公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.异程布置的冷冻水系统管网水力特性计算方法 [J], 刘雪峰;刘金平;陈星龙
2.利用管网水力模型辅助设计中途加压供水系统的研究 [J], 谢绍正;何芳;吴迪;潘汉良
3.同程布置冷水系统管网水力特性计算机分析 [J], 刘雪峰;刘金平;陈星龙;陆继东
4.管网水力计算理论在矿井供水系统改造中的运用 [J], 季雅宙
5.水力计算方法对同程式热水供暖系统管路设计影响分析 [J], 李真真;赵炳文;李子超;董立曼;左勇志
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