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重庆大学流体官网 重庆大学《流体输配管网》课程试(B卷) 用价值,高比转数泵与风机和低比转数泵与风机一、什么是枝状管网,什么是环状管网,分别画一个有什么主要区别,(10分) 枝状管网和一个环状管网的示意图，说明其主要区八、某空调冷冻水管网的循环水泵转速2900，rmin 别。(10分) 所配电机功率2.2KW。流量—扬程性能如下表: 3二、高层建筑竖向液体输配管网为什么要竖向分区,流量() 7.5 12.5 15 mh 画出1个竖向分区的示意图，说明其作用。(5分) 扬程() 22 20 18.5 m 3三、说明的使用条件。为什么不同的管P,R,l管网在设计工况下运行时，流量为15，扬程mhmlm ,的计算公式可能会不相同,(5分) 网，。 为18.5m 四、简述均匀送风管道设计的原理和主要步骤。(10分) (1) 画出设计工况下水泵的性能曲线和管网特性曲五、影响建筑排水管网的排水能力的主要因素有哪线，并标出工况点。 3些,怎样提高排水能力, (2) 在部分负荷时，只需流量7.5。有哪些方法mh 3(10分) 可将管网流量调节到7.5, mh六、以气力输配管网为例，描述气—固两相流管网的(3) 哪种方法最节能,为什么, 水力特征。气—固两相流管网水力计算的主要特(20分) 点是什么,(10分) 九、如图所示通风系统，各管段的设计流速和计算阻 nn七、写出比转数的数学表达式。比转数有什么应力如下表。 ss (1) 系统风机的全压和风量应为多少, 段 #(2) 各设计风量能否实现,若运行时，测得1排风设计流量4000 6000 10000 5000 15000 15000 ##33口的风量为4000，2、3排风口的风量是mh) (mh 多少, 设计流速6 6 10 8 10 12 (3) 若运行中需要增加1#排风口的风量，应怎样调() ms 节, 计算阻力180 120 60 200 120 250 (20分) () pa 管1—4 2—4 4—5 3—5 5—6 7—8 环状管网:管网起点和终点重合，构成闭合回路， 如图2; 图1 《流体输配管网》课程试题(B卷)参考答案 图2 一、枝状管网:管网有起点和终点、主管和支管，如区别: 图1; 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图3 进行分区。以高层建筑给水为例，竖向按串联式三、公式的使用条件为:管网特性(如:管P,R,lmlm分为高、中、低三区,如图3。水箱1、2、3分别道材料、断面尺寸、连接方式等)不变，并且流向低、中、高三区供水，各区管网中的静水压力 体密度和流速也不随流程变化。 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,从流体力学知识知:是雷诺数和相对粗糙度的函可靠。 K,，，,,fRe,数，即:，在不同的流态下，的计d 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 的计算式可能不同。 五、影响建筑排水管网排水能力的主要因素有:管径、 四、均匀送风管道设计的原理:保证各送风口流量系过水断面与管道断面之比、管网壁粗糙度。要提数相等，并且使各送风口处静压相等，使两送风高其排水能力，应想法稳定排水立短中的压力，口间的动压降等于两送风口间的流动阻力。实现减小其压力波动。可从以下两方面入手: 均匀送风的主要步骤: (1) 减小终限流速。具体有: a. 根据送风量确定送风口个数、间距、风口风量a. 增加管内壁粗糙度; 等，画出均匀送风系统图，对各段编号; b. 立管上隔一定距离(如5层)消能; 选定系统起始端静压、动压，计算初始全压，b.c. 在横支管与立管连接处采用特殊构造，发 确定初始断面尺寸; 生溅水现象，减小水下降流速; Pc. 计算第1、2风口间阻力，求出风口2处全压; d. 横支管排出水流沿切线进入立管，使水旋q2 Pd. 根据计算风口2处动压P，求风口2处断流而下; q2d2 面尺寸; e. 对立管作特殊处理，增加水与管内壁的附 Pe. 计算风口2—3间阻力，求出风口3处全压; 着力。 q3 PPf. 根据计算风口3处动压，求出风口3处(2) 减小水舌阻力系数。具体措施有: q3d3 断面尺寸; a. 设置通气立管; g. 其余类推，参照步骤c~d。 b. 在横支管上设单路进气阀; c. 在横支管与立管连接处设挡板; 增大先增大，再减小，最后再增大。 d. 横支管与立管错开半个管径连接，水流沿气固两相流管网水力计算的主要特点是:把两相流 和单相流的运动形式看作是相同的，物料被看作是切线方向进入立管; e. 立管与横支管连接处采用形成水舌面积一种特殊的流体，利用单相流的阻力公式进行计 小，两侧气孔面积大的斜三通或异径三通。 算，两相流的阻力可以看作是单相流的阻力与物料 六、气固两相流体管网的水力特征: 颗粒引起的附加阻力之和，计算中在阻力系数加入a. 管网中流动介质为物料与空气形成的两相流料气比项。 ,1 1体; 2Qnn,七、。比转数是表明泵与风机性能参数、nn3ss4b. 物料颗粒在悬浮状态下进行输送; P c. 输送管内气固两相的运动状态随气流速度和料、p的综合特性指标;可用来划分泵与风机的类型，Q 气比的不同而改变，可能出现悬浮流、底密流、 反映叶轮的几何形状以及用来指导泵与风机的相似设疏密流、停滞流、部分流和柱塞流等几种不同计;高比转数的风机，说明风机的流量大、压力低， 的输送状态; b2叶轮出口相对宽度大;低比转数的风机，说明流量d. 两相流的流动阻力比单相流的阻力要大，并且D2二者阻力与流速的关系也不同。单相流阻力与 流速成单调递增关系，气固两相流阻力随流速 节;d.切削叶轮调节。 b2小、压力高，叶轮出口相对宽度小。高低比转数的D (3)在以上四种调节方法中，减小水泵转速的方2 法最节能。因为水泵功率N与转速成三次n泵与风机其性能曲线形状也有差异。 八、(1) 方关系，减小后，水泵功率下降非常明显;n 调节阀门开度则增加了额外的压力损失，水’ ?30? 泵耗能有大部分消耗在阀门上，是不经济的;H(pa)20 采用进口导流器调节，使进水产生预旋，会A 10? 降低水泵的性能，增加进口损失，不如变速0 调节的节能效果好;采用切削叶轮的方法调0102030 Q(m3/h)节，虽然达到改变水泵性能曲线的目的，但 水泵的效率已下降，其节能效果不及转速调 图中?为水泵性能曲线;?为管网特性曲线;节。 交叉点A为工况点。 九、(1)最不利环路选择为:1—4—5—6—7—8，最 3 (2)调节管网流量到7.5的方法有:a.改变管mh不利环路计算阻力 ‘网特性曲线(可关小阀门)至性能曲线?;,p,,p，,p，,p，,p,180，60，120，250,610p1,44,55,67,8a b.减小水泵转速n;c.采用水泵进口导流器调p,1.1，610,670p，考虑10%的富裕量，风机全压;a #333系统所有风量之和为15000，考虑10%的富裕量，，3为5523。 7348mhmhmh #3选用风机风量。 (3)运行中如要增加1风口的排风量，可以提高风Q,1.1，15000,165000mh 机转速或在保持风机全压和流量不变的前提下，关小(2)各设计风量不能实现，因为各并联环路未实 并联支路2—4的阀门开度，增大支路2—4的阻力;现压力平衡。 3当1#风口风量为4000时，可知当关小支路3—5的阀门开度时，同样也可以部分增大mh ##1排风口风量(2排风口风量也同时增加);同时关小2;因为管段1—4与管段2—4并联，所以,p,180p1,4a #; —4、3—5支路阀门开度，则1排风口增加排风量更加,p,180p2,4a 2;明显。 从而，对管段2—4有:S,6000,120,2423;计算可得。 Q,7348mhS,Q,1802,4,,2424 管段4—5中风量 ？ 3 Q,7348，4000,11348;从而，同理可计mh4,5 算得到,p,64p。 4,5a ,p,180，64,244p ？1,4,5a ,p,244p ？3,5a 3Q,5523从而，同理可计算得到。 mh3,5 #3#综上，当1风口风量为4000 时，2为mh 四、什么说管内流速是流体输配管网设计和运行的重 要参数,在确定管内流速时，应考虑哪些因素,空 调风管和除尘风管哪个的管内流速高,为什么, (10分) 五、确定图中管网的最不利环路。(5分) 重庆大学《流体输配管网》课程试题(A卷) 一、什么是开式管网,什么是闭式管网,各举两例。(5 分) 二、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,(5分) 三、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,(5分) 七、述风机性能试验的标准方法，并回答为什么试验 风机的吸入管段中要设阻尼网和蜂窝器。(10分) 八、3台相同的风机并联运行，单台风机性能如下表: 全压() 530 510 490 460 410 pa 流量1990 2540 2820 3090 3370 3() mh 3当1台风机运行时，风量为2820。问; mh (1) 请作出3台风机并联运行的性能表; (2) 3台风机同时运行时的风量为多少, (15分) 六、泵与风机的理论扬程方程为: 九、流体输配管网为什么要进行水力计算,水力计算1，，。请回答:在什么条件Huvuv,,,,T2Tu2T1Tu1T有哪些主要步骤,不同流体的输配管网，水力计算g 的主要区别是什么,(15分) 1下理论扬程方程可简化为:，这有Huv,,十、写出泵与风机的流量系数、全压系数、功率系数。T2Tu2Tg 写出流量、全压、功率换算公式。分析泵与风机提 何指导意义, 高转速后有哪些利弊,(10分) (10分) 十一、为什么风机进出口与弯头连接会使风机性能下 降,(6分) 十二、图中阀A、B、C分别关小后，流量Q、Q~Q 14 怎样变化，说明理由。 (14分) 《流体输配管网》课程试题(A卷)参考答案 给水管网不需要设排气装置。 一、开式管网——与大气直接相通的管网，如;建筑四、管内流速的取定，对系统的经济性和技术性都有给排水管网、冷却水管网; 关系。合理的管内流速能够保证系统正常、经济地 闭式管网——不与大气直接相通的管网，如:空运行，达到设计的流量要求。确定管内流速应考虑 调冷冻水管网、热水采暖管网; 以下几个因素: 二、两系统所需水泵扬程不相同。热水采暖系统是闭(1)管内流体种类 不同流体的流速范围不同， 式管网，给水系统是开式管网。开式管网水泵扬取定合理的流速范围; 程应包括高差，而闭式管网水泵扬程不含次项。(2)经济性 流速大，管道断面小，占用空间小， 因此，即使其他条件相同，热水采暖系统和给水基建费用少，但相应系统阻力大，动力消耗多， 系统水泵扬程也不相同。 运行费用高;反之亦然。从而，在选择流速时，三、供暖空调冷热水管网中通常会有少量气体(空气)应使初投资和运行费的综合效果最佳。 产生，这些气体汇集后会减少管道的过流断面，甚(3)运行可靠性 流速的选定与阻力、噪声都有 至产生气塞，影响管网的正常运行，加快管网的腐关，选定的流速应使阻力容易平衡，达到设计的 蚀。因此，通常需要对气体进行集中排放，排气装流量，并且尽量减少运行噪声。 置设在系统的最高处。建筑给水管网是开式管网，空调风管和除尘风管内流速相比，除尘风管流速 各水龙头防水时，管网中的气体可一并排出，因此高。因为除尘风管需要将尘粒输送至除尘设备，防止 尘粒在风管内聚积，堵塞风道;而空调风管为考虑噪接功率表用来计算轴功率N，电机轴头上用闪光测速仪声要求和风量分配平衡，大多属低速风管。 。试验步骤: 测转速n 五、最不利环路:通风管网:1—2—3—4—7或(1)试验前先检查仪表，使之处于正常状态，关闭吸1—2—5—6—10; 风口，启动风机，待正常运转后打开全部吸风口面积， 燃气管网:a—b—e—f—j 开始测定。 (2)记录最大流量下的各参数、、、; QPNPn六、当进口切向分速度时，理论扬v,vcos,,0st1max1电u1T1T1 (3)在节流网处用贴纸片的方法，改变流量Q(从Qmax 1逐渐减小到0)，不少于7次流量调整。在不同的流量程方程可简化为。这说明在泵或风机Huv,,T2Tu2Tg下，记录各自、、、并记录各自进气参数PNPnst11电 (干球温度和大气压力)。 的设计时，使进口绝对速度与圆周速度之间工作vu11 (4)测定完毕，关闭吸风口和微压计，停机整理仪器。 0角时，可以获得最大的理论扬程，此时流体按,,901(5)整理实验数据，将结果换算成标准状态的性能曲径向进入叶片的流道。 线图或表。 七、泵与风机性能试验的标准方法:采用吸入式试验在风机吸入管段中设置阻尼网地的作用是使进口装置，吸入管前端微压计用来测风量Q，风机吸入口前气流均匀稳定，设置蜂窝器的作用是将大旋涡变成小的微压计测入口静压，用来计算全压P。电机电路上连旋涡，并对气流进行梳直导向，减小进气扰动涡流对 性能的影响。 图中A点为工作状态点，从图中知3台并联运行 33八、(1)3台风机并联运行性能表 /h;每台风量各1200 m/h，可见并风量约为3600 m 联运行时总风量小于单台运行风量的3倍，但比单台全压 530 510 490 460 410 运行风量大。 单台流量1990 2540 2820 3090 3370 3九、流体输配管网进行水力计算的原因:根据设计要(m/h) 求的流量分配，通过水力计算，确定管网各管段的管并联流量5970 7620 8460 9270 10110 3径或断面尺寸，计算出各管段阻力，求得管网的特性(m/h) 曲线，为管网动力设备的选定作准备。同时，通过水(2)按上述性能表作出性能曲线，对并联运行进行工 力计算也可以提高管网运行的可靠性和经济性。 况分析。 水力计算的主要步骤有:(1)绘制管网轴侧图， 700管网特性曲线 对管段进行标定端号;(2)确定合理的管内流速;(3)A 600H(pa)500根据流量和流速，确定各管段断面尺寸;(4)计算各400 300并联曲线 管段阻力;(5)对各并联环路进行阻力平衡计算和调单台曲线 200 100整;(6)计算管网总阻力，求取管网特性曲线;(7) 0根据管网特性曲线， 要求输送流体流量及种类、性质020004000600080001000012000 Q(m3/h)等因素，确定管网动力设备。 3不同流体的输配管网，水力计算的方法基本相同，,,DQn2,,,,其主要的区别有(1)不同管网对阻力平衡的效核。有流量换算公式: '',,QnD,,的管网需要阻力平衡计算，有的则不需要。需要进行2 22阻力平衡计算的管网，其不平衡率要求也不尽相同;,,,Dpn,,2,,全压换算公式: ,,,'''',,(2)不同管网对流体流速要求不同;(3)不同管网对,pnD,,,2, 局部阻力的处理不尽相同，有的采用阻力系数，有的53,,,DNn,,2,,采用当量长度;(4)不同管网对单位长度比摩阻要求功率换算公式: ,,,'''',,,NnD,,,,2不尽相同。 泵与风机提高转速后，可以提高流量和扬程(或 Q全压)，但转速提高后功率也显著增加，使电机有烧毁Q十、流量系数: ,,2的危险。 Du224十一、风机进出口与弯头连接使风机性能下降，其原 PP全压系数:, 因是: 2,u2弯头使风机进出口流场不均，叶轮内流动恶化， ,,有涡旋产生，并且气流未按径向流入(流出)叶轮，,PQ102N,,功率系数: N增加了对叶轮的冲撞，增加了流动阻力，降低了风机,,32Du,224 答:(1)相同点:各类管网构造上一般都包括管道系统、动力系统、功率。除此之外，由于进口流场不均，进口切向分速 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。 度 ，此时按欧拉方程，风机扬程将不可能达到(2)不同点:?各类管网的流动介质不同; 理论最大扬程，导致风机性能降低。 ?管网具体型式、布置方式等不同; ?各类管网中动力装置、调节装置及末端装置、附属十二、阀门A关小后，管网总阻抗增大，水泵扬程不 设施等有些不同。 变时，系统总流量Q减少，并联支路Q,Q各段 用压14[说明]随着课程的进一步深入，还可以其它异同点，如: 力减小，Q,Q均减少; 14(1)相同点:?各类管网中工质的流动都遵循流动能量方程; 阀门B关小后，管网总阻抗增大，因此总流量Q?各类管网水力计算思路基本相同; 2+P; ?各类管网特性曲线都可以表示成ΔP=SQst减小;管网压降递度减小，Q、Q、 Q上的资用压力均134 ?各类管网中流动阻力之和都等于动力之和，等等。 增大，因此流量Q、Q、 Q均增大;而Q由于阀门B1342(2)不同点:?不同管网构造和主要装置不同; 的节流而减少，其减少量大于Q、Q、 Q的总增加量，134?不同管网中介质的流速和流态不同; ?不同管网的动力装置可能不同; 才能使Q减少; ?不同管网中水力计算的具体要求和方法可能不同，阀门C关小后，同理Q减小，因总流量减少后，等等。 Q、Q资用压力增大，而Q、 Q资用压力降低，故Q、123411-5 比较开式管网与闭式管网、枝状管网与环状管网的不同点。 Q增大，Q、Q减少，并且Q、Q减少量大于Q、Q增2343412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。开式液体管加量，才能使Q减少。 网内因与大气直接接触，氧化腐蚀性比闭式管网严重。 1-4 试比较气相、液相、多相流这三类管网的异同点。 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273.15，200325C:,,，1.204,1.184Kg/m25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273.15，35 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，因此: 氧化腐蚀比开式管网轻微。 夏季空调送风与室内空气的密度差为 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;31.225,1.184,0.04Kg/m 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。 冬季空调送风与室内空气的密度差为 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31.204,1.145,0.059Kg/m 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另一方向供空调送风管网送风高差通常为楼层层高，可取应流体，因而事故影响范围小，管网可靠性比枝状管网高。 2H,3m,g,9.807N/(m,s),则 第二章 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9.807，0.041，3,1.2 Pa夏季空调送风位压为: 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9.807，0.059，3,1.7 Pa冬季空调送风位压为: 间，室内温度可取在25,20?(夏季,冬季)之间。取20?空气密 3度为1.204kg/m,可求得各温度下空气的密度分别为: 空调送风系统末端风口的阻力通常为15,25Pa，整个空调送风 273.15，20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0315C:,,，1.204,1.225Kg/m15统阻力相比是完全可以忽略的。 273.15，15 273.15，200335C:,,，1.204,1.145Kg/m35273.15，35 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, 图2-3习题2-4示意图 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 图2-2 习题2-2示意图 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。 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,-6 流体输配管网水力计算的目的是什么, 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，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，进而确比较明显的吹冷风感，因此感觉不舒适。 定动力设备(风机、水泵等)的型号和动力消耗(设计计算);或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械动力和热压之间的作用关系。 (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“所有管网的并联管路阻力都应相等”这种说法不对。在考虑核各管段流量是否满足需要的流量要求(校核计算)。 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行,“所有管网的并联管路阻力都应相等”这种说法对吗, 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 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联管路上的作用差。 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。 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;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，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，可以计算求。因此，要对并联管路进行阻力平衡。 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 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，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，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，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。压损平均基本相等，达到并联管路的阻力平衡要求。 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，通常是降低管内第三层:ΔP=gh(ρ-ρ)=9.8×9×33hg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(977.81-961.92)=1401.5Pa 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。 单管制:ΔP=gh(ρg-ρg)+gh(ρg-ρg)+gh(ρ-ρg) h31221h 第三章 =9.8×3×(968.65-961.92)+9.8×3×3-1 计算例题3-1中各散热器所在环路的作用压力tg=95?，(971.83-961.92) tg=85?，tg=80?，tn=70?。 +9.8×3×(977.81-961.92)=956.4Pa 12 3-3 机械循环室内采暖系统的水力特征和水力计算方法与重力循 环系统有哪些一致的地方和哪些不同之处, ?作用压力不同:重力循环系统的作用压力:双管系统Δ P=gH(ρ-ρ)，单管系统:Hg P，,P，,P,,P ，?P、?P与P相比可忽略不计。?P=hfhf1 题3-1 ?P， 1 解:双管制:第一层:ΔP=gh(ρ-ρ)=9.8×3×但在局部并联管路中进行阻力手段时需考虑重力作用。 11hg (977.81-961.92)=467.2Pa ?计算方法基本相同:首先确定最不利环路，确定管径，然后 第二层:ΔP=gh(ρ-ρ)=9.8×6×根据阻力平衡，确定并联支路的管径，最后作阻力平衡校核。 22hg (977.81-961.92)=934.3Pa 3-4 室外热水供热管的水力计算与室内相比有哪些相同之处和不 同之处, 答:相同之处: 可能带来运行噪声和调节困难等问题。反之，选用较小的比摩阻值， (1)计算的主要任务相同:按已知的热煤流量，确定管道的直则管径增大，管网系统初投资较大;但同时管道内的流速较小，系径，计算压力损失;按已知热媒流量和管道直径，计算管道的压力统的压力损失减小，水泵的动力消耗小，运行费低，相应运行噪声损失;按已知管道直径和允许压力损失，计算或校核管道中流量。 和调节问题也容易得到解决。 (2)计算方法和原理相同:室内热水管网水力计算的基本原理，第四章 对室外热水管网是完全适用的。在水力计算程序上，确定最不利环4-1 什么是水封,它有什么作用,举出实际管网中应用水封的例路，计算最不利环路的压力损失，对并联支路进行阻力平行。 子。 不同之处: 答:水封是利用一定高度的静水压力来抵抗排水管内气压的变化，(1)最不利环路平均比摩阻范围不同，室内R=60~120Pa/m，室防止管内气体进入室内的措施。因此水封的作用主要是抑制排水管pj 外R=40-80Pa/m。 内臭气窜入室内，影响室内空气质量。另外，由于水封中静水高度pj (2)水力计算图表不同，因为室内管网流动大多于紊流过渡区，的水压能够抵抗一定的压力，在低压蒸汽管网中有时也可以用水封而室外管网流动状况大多处于阻力平方区。 来代替疏水器，限制低压蒸汽逸出管网，但允许凝结水从水封处排(3)在局部阻力的处理上不同，室内管网局部阻力和沿程阻力分向凝结水回收管。 开计算，而室外管网将局部阻力折算成沿程阻力的当量长度计算。 实际管网中应用水封的例子很多，主要集中建筑排水管网，如:(4)沿程阻力在总阻力中所占比例不同，室内可取50%，室外可取洗练盆、大/小便器等各类卫生器具排水接管上安装的存水弯(水60~80%。 封)。此外，空调末端设备(风机盘管、吊顶或组合式空调器等)3-6 分析管内流速取值对管网设计的影响。 凝结水排水管处于空气负压侧时，安装的存水弯可防止送风吸入排答:管内流速取值对管网运行的经济性和可靠性都有很重要的影响。水管网内的空气。 管内流速取值大，则平均比摩阻较大，管径可减小，可适当降低管4-2 讲述建筑排水管网中液气两相流的水力特征, 网系统初投资，减少管网安装所占空间;但同时管道内的流速较大，答:(1)可简化为水气两相流动，属非满管流; 系统的压力损失增加，水泵的动力消耗增加，运行费增加。并且也 (2)系统内水流具有断续非均匀的特点，水量变化大，排水历 ?由于流速较高，可能形成“水击”、“水塞”等不利现象，时短，高峰流量时水量可能充满水管断面，有的时间管内又可能全因此应控制流速并及时排除凝结水; 是空气，此外流速变化也较剧烈，立管和横管水流速相差较大。 ?系统运动时排气，系统停止运行时补气，以保证系统长期、 (3)水流运动时夹带空气一起运动，管内气压波动大; 可靠运行。 (4)立管和横支管相互影响，立管内水流的运动可能引起横支 ?凝结水回水方式有重力回水、余压回水、机械回水等多种方管内压力波动，反之亦然; 式(回水管段也有少量蒸汽存在)。 (5)水流流态与排水量、管径、管材等因素有关; 4-7 简述保证蒸汽管网正常运行的基本技术思路和技术措施, (6)通水能力与管径、过不断面与管道断面之比、粗糙度等因答:保证蒸汽管网正常运行的基本思路是减少凝结水被高速蒸汽流素相关。 裹带，形成“水塞”和“水击”。主要预防思想包括:?减少凝结;4-5 空调凝结水管内流动与建筑排水管内流动的共性和差别是什?分离水滴;?汽液两相同向流动;?若两相逆向流动减少，则尽么, 量相互作用。可采取的技术措施是:?通过保温减少凝结;?在供答:共性:均属于液气两相流。 汽干管向上拐弯处装耐水击的疏水器分离水滴;?设置足够坡度使 区别:?空调凝结水管在运动时管内水流量变化不大，气压变水汽同向;?在两相逆向的情况下，降低蒸汽的速度;?在散热器化也不大，而建筑排水管风水量及气压随时间变化都较大; 上装自动排气阀，以利于凝水排净，下次启动时不产生水击;?汽、 ?空调凝结水管内流速较小，排水管网内流速较大; 水逆向时，适当放粗管径;?供汽立管从干管上方或下方侧接出， ?空调凝水管内流动可当成凝结水和空气的流动，排水管避免凝水流入立管;?为保证管正常运行，还需适当考虑管网变形内的流动除水和气体外，还有固体。 的破坏作用，设置补偿器。 4-6 汽液两相流管网的基本水力特征是什么, 4-8 简述室内蒸汽供热管网水力计算的基本方法和主要步骤。 答:?属蒸汽、凝结水的两相流动; 答:蒸汽管网水力计算的基本方法一般采用压损平均法，与热水管 ?流动过程中，由于压力、温度的变化，工质状态参数变化较网大致相同，管网同样存在着沿程阻力和局部阻力。从最不利环路大，会伴随着相态变化; 算起，满足锅炉出口蒸汽压力等于流动阻力+用户散热器所需压力。 水力计算主要步骤:(1)确定最不利环路;(2)管段编号，统计参数都与环境流体相同;流向从实际开式管网出口流向进口;虚拟各管段长度及热负荷;(3)选定比压降，确定锅炉出口压力;(4)管路的管径无限大，流速无限小，流动阻力为零。 对最不利环路各管段进行水力计算，依次确定其管径和压损;(5)虚拟管路通过“突然扩大”与开式管网的出口相连，通过“突对各并联管路进行水力计算，确定其管径和压损;(6)确定各凝水然缩小”与开式管路的进口相连，使虚拟管路与实际开式管路连接管路管径，必要时需计算凝水管路压损并配置相应回水设备，如凝在一起，组成一个虚拟的闭式管网，这称为管路的虚拟闭合。虚拟水泵，凝水箱等。 闭合时，通过虚拟管路把开式管网的各出口和进口连接起来就构成4-15 什么是料气比,料气比的大小对哪些方向有影响,怎样确定虚拟闭合环路。对于多极连接的某一级管网，可在其上下级管网的料气比, 分解处虚拟断开，形成虚拟进出口，虚拟进出口的水力和热力参数答:料气比是单位时间内通过管道的物料量与空气量的比值，也称与原分界处开式管网内流体相同，再用虚拟管路将各虚拟进出口逐料气流浓度，料气比的大小关系到系统工作的经济性、可靠性的输一连接，形成多个独立的虚拟环路。 料量较大小。料气比大，所需送风量小，因而管道设备小动力消耗4-18枝状管网的环路动力如何计算,环路中的全压有那些来源,如少，在相同的输送风量下输料量大，所以在保证正常运行的前提下，何确定枝状管网需由动力机械(水泵、风机等)提供的全压, 力求达到较高的料气比。料气比的确定，受到输送经济性、可靠性答:(1)枝状管网的环路动力P包括作用在环路上的全压P和重力q(管道堵塞)和气源压力的限制，一般根据经验确定。低压吸送式P,P，P作用所产生的动力P，即 ;(2)环路中的全压来源GqG系统，料气比μ=1,10，循环式系统μ=1左右，高真空吸送式系统 μ=20,70。物料性能好，管道平直，喉管阻力小时，可采用较高的包括:由风机、水泵等动力机械提供。提供的全压大小取决于风机，料气比，反之取用较低值。 水泵性能与管网水力特性的耦合状态;由上级管网提供，其全压大4-17 什么是虚拟管路,如何进行开式管网的虚拟闭合, 小取决于上级管网的水力工况;由压力容器提供，其全压大小取决答:虚拟管路是连接开式管网出口和进口的虚设管路，虚拟管路中于压力容器内的压力特性;由环境流体的动压提供，只能提供在管流体为开式管路中出口和进口高度之间的环境流体，其水力和热力网的真实开口上，大小取决于环境流体动压的大小和开口的流体动 力特性。(3)确定环路所需的全压，可根据要求的流量，合理的管 内流速，确定环路的管道尺寸，先计算出环路流动阻力?P;再根力的计算方法于其它并联的环路有差异。最不利环路资用动力受流i 据环路内流体密度与环路空间走向计算出重力作用形成的环路流动计算。而其动阻力和外部压力影响，其资用动力可按P,P，PzhiqiGi动力P ;环路由风机、水泵等压力源提供的全压为:。 Gi它并联支路资用动力受最不利环路资用动力分配的约束，以此来实4-19什么是最不利环路,确定最不利环路应考虑那些因素, 现管网总体的压损平衡(流量分配要求)。任一环路与最不利环路答:最不利环路是流体流动阻力最大的环路，或理解成实现设计流共用管段的资用动力，是由最不利环路的资用动力分配确定的。任量分配要求最困难的环路。确定最不利环路应考虑多方面因素，如一环路只在其独用管路上有分配资用动力的自由。 4-21 如何计算独用管路的资用压力,独用管路的压损平衡和并联重力作用、局部阻力情况、流量分配要求等。在重力作用可忽略、管路的阻力平衡有何区别, 各并联支路局部阻力相当的情况下，最不利环路通常是最远的环路。答:(1)可按以下步骤计算独用管路的资用压力:(a)根据最不利 环路的资用动力分配，确定共用管路的资用动力，它等于共用管路但不能一概视之，如在重力作用的情况下，不应只根据管路P,0Gi 的流动阻力?P 。(b)计算独用管路的资用动力 ，P1i2的长短和局部阻力部件的多少选定最不利环路，而应综合考虑流动 阻力和重力作用，选管路长、部件多，重力推动作用小(甚至是阻P,P,,P(c)按确定的将P分配给独用管路的每一管i2zhi1i2碍流动)的环路为最不利环路。 4-20如何确定环路的资用动力,最不利环路资用动力的计算方法与段。(d)重复以上步骤确定其它并联环路独用管段的资用动力。 其他环路有何差异, (2) 独用管路压损平衡指在设计中通过对管路几何参数(主要是管 道断面尺寸)的调整，改变管内流速，使独用管路在要求的流量下，PP 等于环路中外部压力作用 大小答:任意环路i的资用动力qizhi流动阻力等于资用动力，从而保证管网运行时，独用管路的流量达 到要求值;并联管路阻力平衡指并联管路的动力相等前提下，通过P,P，PP和重力作用大小 之和，即 。最不利环路资用动zhiqiGiGi调整管路尺寸，使各并联管路在各自要求的流量下，计算阻力相等。 这样可保证管网运行中，各并联管路的流量分配满足要求。各环路(7)按合理的方案，将资用动力分配给独用管路的每一管段。 的独用管路是并联管路，当各环路中重力作用不相同时，这些并联(8)按所分资用动力和设计流量，根据“压损平衡”，确定各独用管路的动力不相等。因而，它们的流动阻力也不相等。“阻力平衡”管段的断面尺寸。 只适用于各环路重力作用相等的情况，而“压损平衡”是普遍适用应注意不同流体的枝状管网水力计算的主要区别在于比摩阻的计算的。 公式及其计算图表不同，不可乱用。 4-22简述枝状管网水力计算通用方法。 5-2 离心式泵与风机的工作原理是什么,主要性能参数有哪些, 答:枝状管网都可以按以下步骤进行水力计算: 答:离心式泵与风机的工作原理是:当泵与风机的叶轮随原动机的(1)绘制管网轴测图，对各管段进行编号，标明其空间位置(如起轴旋转时，处在叶轮叶片间的流体也随叶轮高速旋转，此时流体受点和终点的空间坐标)和长度，确定设计流量。 到离心力的作用，经叶片间出口被甩出叶轮。这些被甩出的流体挤(2)若是开式管网，进行虚拟闭合。 入机(泵)壳后，机(泵)壳内流体压强增高，最后被导向泵或风(3)逐一计算各环路中重力作用形成的作用动力。 机的出口排出。与此同时，叶轮中心由于流体被甩出而形成真空，(4)根据各环路中的重力作用大小和管路长度及复杂程度，确定最外界的流体沿泵或风机的进口被吸入叶轮，如此源源不断地输送流不利环路，通常是重力作用小，管路长而复杂的环路。 体。泵(风机)不断将电机电能转变的机械能，传递给流体，传递(5)若压力已定，已定压力与最不利环路的重力作用之和即是最不中有能量损失。 利环路的资用动力，按合理的分配方案，将资用动力分配给最不利 环路的每一管段，根据每一管段的设计流量和分配到的资用动力， 确定该管段的断面尺寸。 若压力未定，按照设计流量和合理的管内流速确定每一个管段的断5-3 欧拉方程的理论依据和基本假定是什么,实际的泵与风机不能面尺寸，计算流动阻力，得到最不利环路的总阻力，扣除重力作用满足基本假定时，会产生什么影响, 动力后，得到所需的压力。 (6)计算其它环路独用管路的资用动力。 答:欧拉方程的理论依据是动量矩定理，即质点系对某一转轴的动 量对时间的变化率等于作用于该质点系的所有外力对该轴的合力 矩。 欧拉方程的4点基本假定是: (1)流动为恒定流; (2)流体为不可压缩流体; (3)叶轮的叶片数目为无限多，叶片厚度为无限薄; (4)流动为理想过程，泵和风机工作时没有任何能量损失。 上述假定中的第(1)点只要原动机转速不变是基本上可以保证的， 第(2)点对泵是完全成立的，对建筑环境与设备工程专业常用的风 机也是近似成立的。第(3)点在实际的泵或风机中不能满足。叶道 中存在轴向涡流，导致扬程或全压降低，且电机能耗增加，效率下 降;第(4)点也不能满足，流动过程中存在各种损失，其结果是流几种叶型的性能特点分析比较: 量减小，扬程或全压降低，流体所获得的能量小于电机耗能量，泵(1)从流体所获得的扬程看，前向叶片最大，径向叶片稍次，后向与风机的效率下降。 叶片最小; 5-5写出由出口安装角 表示的理论曲线方程H=f(Q)，N=f(Q)，(2)从效率观点看，后向叶片最高，径向叶片居中，前向叶片最低; T1rT2T η=f(Q);分析前向、径向和后叶型的性能特点。当需要高扬程，(3)从结构尺寸看，在流量和转速一定时，达到相同的压力前提下，T3T 小流量时宜选什么叶型,当需要低扬程、大流量时不宜选什么叶前向叶轮直径最小，而径向中轮直径稍次，后向叶轮直径最大。 型, (4)从工艺观点看，直叶片制造最简单。 当需要高扬程，小流量时宜选前向型叶片;需低扬程、大流量时宜 选后向型叶片。 5-6 简述不同叶型对风机性能的影响，并说明前向叶型的风机为何 容易超载, 习题5-6解答图 三种叶型的N-Q曲线 TT 5-11 离心式泵或风机相似的条件是什么,什么是相似工况,两台 水泵(风机)达到相似工况的条件是什么, 答:离心式泵与风机相似的条件是:1)几何相似。即一系列的泵(或 风机)的各过流部件相应的线尺寸(同名尺寸)间的比值相等，相 应的角度也相等。2)动力相似。在泵与风机内部，主要考虑惯性力 和粘性力的影响，故要求对应点的惯性力与粘性力的比值相等，即 雷诺数相等。而当雷诺数很大，对应的流动状况均处于自模区时，则不要求雷诺数相等。3)运动相似。对于几何相似的泵(或风机)，如果雷诺数相等或流动处于雷诺自模区，则在叶片入口速度三角形相似，也即流量系数相等时，流动过程相似。当两泵(或风机)的流动过程相似时，对应的工况为相似工况。在上述条件下，不同的泵(或风机)的工况为相似工况，性能参数之间满足相似律关系式。 5-13离心式泵与风机的无因次性能曲线和有因次性能曲线有何区别和共性, 答:共性:1)均反映了泵(或风机)的各主要参数之间的变化关系; ,)无因次的,、-N、-性能曲线与有因次,PQQQ 的Q-P、Q-N、Q-,性能曲线趋势相似。 区别:1)应用对象及范围不同。无因次性能曲线应用于大小不同、转速不等的同一系列泵或风机;有因次性能曲线应用于一定转速，一定尺寸的泵(或风机)，对单体泵、风机的不同运行工况适用。 2)无因次性能曲线上查得的性能参数不能直接使用，需要根据泵(或风机)的转速、尺寸换算成有因次量之后才能使用。 3后因改为电机直接联带拖动，测得Q,0.0735m/s,H,14.65m, 动，增大为1450r/min,试求此时泵的工作参数为多少, n 解:此时泵的工作参数计算如下: /n1450/3流量Q,Q,0.0735，,0.0751m/s n1420 2/n1450,,/2扬程 H,H(),14.65，,15.28m,,n1420,, 3/n1450,,/3功率 N,N(),13.3，,14.16KW,,n1420,, //gQH0.0751，15.28，1000，9.807,,,,0.795效率 ,/N14.16，1000 n,2000r/min5-25 在的条件下实测以离心泵的结果为: 3。如有一与几何相似的水泵，Q,0.17m/s,H,104m,N,184KW35-24 某单吸单级离心泵，电机由皮Q,0.0735m/s,H,14.65m,其叶轮比上述泵的叶轮大一倍，在1500r/min之下运行，试求在效率相同的工况点的流量、扬程及效率各为多少, 解:此时泵的工作参数计算如下: Q0.0833 解:v,,,3.622m/sr2A0.023//Dn1500/3332 流量 nD1480，，0.36,,Q,Q,(),,0.17，2，,1.02m/s2 u,,,27.897m/sDn2000226060 出口速度三角形见下图: //Dn1500/22222v3.622扬程 H,H,(),(),104，2，(),234m2rv,u,,27.897,,21.624m/s Dn20002202tan300.577 //11Dn150053532，，H,(u,v,u,v),27.897，21.624,0,61.51mHO功率 N,N,(),(),184，2，(),2484KWT,2T,u2T,1T,u1T,2g9.807Dn20002 3,Q,gH0.17，10，9.807，104/,,,,0.942,,效率 3 H,kH,0.77，61.51,47.36mHON184，10TT,2 35-26 有一转速为1480r/min的水泵，理论流量Q=0.0833m/s，叶6-2 广义管网特性曲线与狭义管网特性曲线有何区别, 2轮外径D=360mm,叶轮出口有效面积A=0.023m,叶轮出口安装角β2 答:广义管网特性曲线与狭义管网特性曲线分别如图6-1所示。v,0=30?，试作出口速度三角形。假设。试计算此泵的理论压2u1 P,0广义管网特性曲线，反映在y轴上有一截距，反映了外界环st 头H。设涡流修正系数k=0.77,理论压头H为多少,(提示:T,T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 PPv的压力作用，管网处于稳定运行工况时，先求出口绝对速度的径向分速，作出速度三角形。) 与流量变化无关。>0ststr2 答:管网系统中泵(风机)的工况点是泵或风机在管网中的实际工时，需要提供压力能量克服其影响;当<0时，它可以为管网流Pst作状态点。将泵或风机实际性能曲线中的 Q-H(或Q-P )曲线，与动提供能量。管网流动所需能量的另一部分用来克服流体沿管网流其所接入的管网系统的管网特性曲线，用相同的比例尺、相同的单动产生的阻力，与流量的平方成正比。当泵或风机的工况沿广义管位绘在同一直角坐标图上，两条曲线的交点，即为该泵(风机)在网特性曲线变化时(如调节泵或风机的转速，不改变管网特性曲线)，该管网系统中的运行工况点，如图6-2(a)中，曲线I为风机的Q-P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曲线，曲线II为管网特性曲线。A点为风机的工况点。在这一点上，管网，流动所需的全部能量为流体沿管网流动产生的阻力，与流量泵或风机的工作流量即为管网中通过的流量，所提供的压头与管网的平方成正比，当泵或风机的工况沿管网特性曲线变化时遵守相似通过该流量时所需的压头相等。 泵或风机的相似律。 6-6 什么是泵或风机的稳定工作区,如何才能让泵或风机在稳定工6-4 什么是系统效应,如何减小系统效应, 作区工作, 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答:如果泵或风机的Q,H(P)曲线是平缓下降的曲线，它们在管状况一般与性能试验时不一致，将导致泵(风机)的性能发生改变网中的运行工况是稳定的。如果泵或风机的Q,H(P)曲线呈驼峰(一般会下降)。例如，入口的连接方式不同于标准试验状态时，形，则位于压头峰值点的右侧区间是稳定工作区，泵或风机在此区则进入泵、风机的流体流向和速度分布与标准实验有很大的不同，间的运行工况是稳定的;而在压头峰值点的左侧区间则是非稳定工因而导致其内部能量损失增加，泵、风机的性能下降。由于泵、风作区，泵或风机在此区间设备的工作状态不稳定。泵或风机具有驼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，峰形性能曲线是其产生不稳定运行的原因，对于这一类泵或风机应导致泵(风机)的性能下降被称为“系统效应”。 使其工况点保持在Q,H(P)曲线的下降段，以保证运行的稳定性。 减小系统效应最主要的方法是在泵或风机的进出口与管网连接 6-7 试解释喘振现象及其防治措施。 时采用正确的连接方式，如进出口接管保证足够长的直管段、选择答: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，正确的流动转弯方向、采用专门的引导流体流动的装置等。 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”。 6-5 什么是管网系统中泵(风机)的工况点,如何求取工况点, 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这种效应称为“气蚀”。气蚀是气穴现象侵蚀叶片的结果。在气蚀稳定区工作;2)采用旁通或放空法。当用户需要小流量而使设备工开始时，即为气蚀第一阶段，表现在泵外部是轻微噪音、振动(频率况点移至非稳定区时，可通过在设备出口设置的旁通管(风系统可可达600~25000次/s)和泵的扬程，功率有些下降。如果外界条件促设放空阀门)，让设备在较大流量下的稳定工作区运行，而将需要使气蚀更加严重时，泵内气蚀就进入第二阶段，气蚀区突然扩大，的流量送入工作区。此法最简单，但最不经济;3)增速节流法。此这时泵的扬程、功率及效率将急剧下降，最终导致停止出水。 方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可见，泵内部压力最低值低于被输送液体工作温度下的气化压力是曲线，使之工作状态点进入稳定工作区来避免喘振。 发生气蚀现象的原因。泵的安装位置距吸水面越高、泵的工作地点 6-8 试解释水泵的气蚀现象及产生气蚀的原因。 大气压力越低、泵输送的液体温度越高，发生气穴和气蚀现象的可答:水泵工作时，叶片背面靠近吸入口处的压力达到最低值(用 表能性越大。为避免发生气穴和气蚀现象，必须保证水泵内压力最低示)，如果 降低到工作温度下的饱和蒸汽压力(用 表示)时，液点的压力 高于工作温度对应的饱和蒸汽压力，且应保证一定的富裕体就大量汽化，溶解在液体里的气体也自动逸出，出现“冷沸”现值，工程中一般用允许吸上真空高度或气蚀余量来加以控制。 象，形成的汽泡中充满蒸汽和逸出的气体。汽泡随流体进入叶轮中 6-9 为什么要考虑水泵的安装高度,什么情况下，必须使泵装设在压力升高区域时，汽泡突然被四周水压压破，流体因惯性以高速冲吸水池水面以下, 向汽泡中心，在汽泡闭合区内产生强烈的局部水锤现象，其瞬间的答:若水泵内部压力最低值低于被输送液体工作温度下的气化压力，局部压力，可以达到数十百万帕。此时，可以听到汽泡冲破时的炸则会发生气蚀现象，使水泵损坏。水泵的安装位置距吸水面的高度裂噪音，这种现象称为气穴。在气穴区域(一般在叶片进口的壁面)，对水泵内部的压力有直接影响，为避免发生气蚀现象，需要考虑水金属表面承受着高频的局部水锤作用，经过一段时间后，金属就产泵的安装高度，保证水泵内压力最低点的压力 高于工作温度对应的生疲劳，其表面开始呈蜂窝状;随之，应力更为集中，叶片出现裂饱和蒸汽压力，且应保证一定的富裕值。 缝和剥落。当流体为水时，由于水和蜂窝表面间歇接触之下，蜂窝对于有些轴流泵，或管网系统输送的是温度较高的液体(例如的侧壁与底之间产生电位差，引起电化腐蚀，使裂缝加宽。最后，供热管网、锅炉给水和蒸汽管网的凝结水等管网系统)，对应温度几条裂缝互相贯穿，达到完全蚀坏的程度。水泵叶片进口端产生的 下的液体汽化压力较高;或吸液池面压力低于大气压而具有一定的对于有些轴流泵，或管网系统中输送的是温度较高的液体，或吸液真空度，此时，水泵叶轮往往需要安装在吸水池水面以下。 池面压力低于大气压而具有一定的真空度，对于这类泵常采用“气 6-10 允许吸上真空高度和气蚀余量有何区别与联系, 蚀余量”确定它们的安装位置: P,P答:水泵吸入口断面的真空度称为吸上真空高度，为保证水泵不发vo H,，[,h]，,hgs生气蚀，需要控制水泵的吸上真空高度低于某个限制值，这个限制r 值即为离心式水泵生产厂家给定的允许吸上真空高度;而气蚀余量式中，为工作流体的气话压力，为吸水水池液面的压力，HPPgvo则是水泵吸入口的总水头距离泵内压力最低点发生汽化尚剩余的水 头(即实际气蚀余量)，为保证不发生气蚀，此剩余水头必须大于为吸水水池液面减去水泵轴线标高之差。 规定的必须气蚀余量[?h] (吸入口至压力最低点的压力损失加上吸上真空高度和实际气蚀余量之间存在如下联系: 一定的安全余量)。可见，允许吸上真空高度和必须气蚀余量是从2PPv,av1不同的角度来控制水泵不发生气蚀的条件。 hH,，,，s,2g对于吸升液体的离心式水泵，常允许采用吸上真空高度[H] 控s 制水泵的实际安装高度。利用允许吸上真空高度，按如下计算式确可见，用允许吸上真空高度和必须气蚀余量来控制水泵的安装位置，定水泵的最大安装高度[H]: 在本质上是一致的。 ss 6-11 在实际工程中，是在设计流量下计算出管网阻力，此时如何2v1确定管网特性曲线, [H],[H],,,hssss2g ,PS,答:可根据各管段的计算阻力和计算流量，利用公式 求出i2,h式中， v为水泵吸水口的断面平均速度，为吸水管路的压力损1Qsi失。 S,,S各个管段的阻抗，然后按照串联管段总阻抗 、并联管段chii水泵实际安装高度H应遵守H<[H]。 ssssss 1压)变化与转速变化的平方成正比，功率变化与转速变化的三次方,,22S,(,S)总阻抗 求出管网的总阻抗S，同时根据管网的实际bi成正比。”这种说法对吗,为什么, i 情况求出P ，进而确定出管网的特性曲线。 答:这种说法是片面的。泵(或风机)在管网中的工况点由管网特st 6-12 两台水泵(或风机)联合运行时，每台水泵(或风机)功率如性和泵(或风机)的性能共同决定。泵(或风机)采用调节转速的何确定, 方法进行流量调节时，流量变化与转速变化成正比，扬程(全压)答:确定每台水泵(或风机)功率的步骤如下:1)确定多台水泵(或变化与转速变化的平方成正比，功率变化与转速变化的三次方成正风机)的联合运行总性能曲线;2)求出联合运行工况点;3)求出比，是泵(或风机)性能变化的相似律，是相似工况点之间性能参联合运行时每一台水泵(或风机)的运行工况点，获得它们各自的数的变化关系。当管网中的泵(或风机)采用调节转速的方法进行输出流量和全压，按下式计算功率: 流量调节时，调节前后的工况点不一定是相似工况点，因此这种说 QP法不一定对。 N,KW 6-19 水泵轴线标高130m，吸水面标高126m，出水池液面标高170m，10003式中， Q为某台水泵(或风机)的工作流量，m/s;P 为该台水泵吸入管段阻力0.81m，压出管段阻力1.91m。试求泵所需的扬程。 (或风机)的工作全压，Pa。 解:水泵所需扬程应为(出水池液面标高-吸水面标高)+吸入管段6-14 什么是泵(或风机)的相似工况点, 阻力+压出管段阻力，即: 答:对于几何相似的泵(或风机)，如果雷诺数相等或流动处于雷m H,(170,126)，0.81，1.91,46.72诺自模区，则在叶片入口速度三角形相似，也即流量系数相等时， 流动过程相似，对应的工况点为相似工况点，性能参数之间满足相故，水泵所需扬程为46.72mHO。 23似律关系式。 6-20 如习题图6-1所示的泵装置从低水箱抽送容重=980kgf/m的液 6-15 有人说:“当管网中的泵(或风机)采用调节转速的方法进体，已知条件如下: x,0.1m，y=0.35m，z=0.1m，M1读数为 223行流量调节时，按照相似率，流量变化与转速变化成正比，扬程(全1.24kgf/cm，M2读数为10.24kgf/cm，Q,0.025m/s，η=0.80。 试求此泵所需的轴功率为多少,(注:该装置中两压力表高差为y,980，92.19，0.025HQkW ,,,27.68N，z,x) ,102102，0.80习题图6-1 3解:水泵的扬程应为其出口和进口之间的测压管水头之差。压力表6-21 有一水泵装置的已知条件如下:Q,0.12m/s，吸入管径D, 3的读数反映了压力表位置静压，压力表与管道连接处测压管水头应0.25m，水温为40?(容重γ=992kgf/m)，[Hs],5m，吸水面标高 为压力表读数与位置水头之和。则水泵扬程应为:102m，水面为大气压。吸入管段阻力为0.79m。试求:泵轴的标高 最高为多少,如此泵装在昆明地区，海拔高度为1800m，泵的安装 H,(H，Z),(H，Z)M2M2M1M1位置标高应为多少,设此泵输送水温不变，地区海拔仍为102m ， 但系一凝结水泵，制造厂提供的临界气蚀余量为?h,1.9m，冷凝min式中 、分别为压力表读数折合成液柱高度的压力。因 HH2M1M2水箱内压强为0.09kgf/cm。泵的安装位置有何限制, 10.24解:(1)此水泵在管网中的允许吸上真空高度4H,，10,104.49m M2[H′]=[H]-(10.33-h)+(0.24-h)m，H=10.40m，h ssavsv980 1.24=7.5KPa=0.765m，则 4H,，10,12.65m M1[H′]=[H]-(10.33-h)+(0.24-h)=5-(10.33-10.40)+(0.24-0.765) ssav980 = 4.55m H,(H，Z),(H，Z),(H,H)，(Z,Z)则 M2M2M1M1M2M1M2M1 Q0.12v,,,2.44m/s吸水管的平均速度 m/s 122 ,(104.49,12.65)，(0.35，0.1,0.1),92.19,D,0.25 44水泵轴功率: 则泵的允许安装高度[H]为 ss 泵在当地输送清水时的最大安装高度。若实际安装高度超过此最大22v2.44/1 安装高度时，该泵能否正常工作,为什么, [H],[H],,,h,4.55,,0.79,3.45mssss2g2，9.807解:该水泵吸入管中的平均速度为 泵轴标高最高为102+3.45=105.45m。 Q0.88v,,,3.11m/s若安装在昆明地区，则h =8.67m， m/s。该水泵在当地输送清水时a122,D,，0.6[H′]=[H]-(10.33-h)+(0.24-h)ssav44=5-(10.33-8.67)+(0.24-0.765)=2.82m (2)则泵的允许安装高度[H]为 的最大安装高度为: ss 2222v2.44v3.11/11 [H],[H],,,h,2.82,,0.79,1.73m[H],[H],,,h,3.5,,0.4,2.61mssssssss2g2，9.8072g2，9.807泵轴标高最高为1800+1.73=1801.73m。 若实际安装高度超过此最大安装高度时，该泵不能正常，因为此时(3)取必须气蚀余量[Δh],Δh，0.3=1.9+0.3=2.2m，则该泵的泵内最低压力点的压力将可能低于该水温下的气化压力，可能发生min 气蚀现象。 灌注高度应满足 P,P0.097-1 应用并联管段阻抗计算式时，应满足什么条件, 4voH,，[,h]，,h,0.77,，10，2.2，0.79,2.85gs答:需要满足的条件是:并联管段的因流动造成的压力损失相等。r992 m 按照管网的能量平衡，并联管段所组成的闭合回路(如图a)，或 36-22 一台水泵装置的已知条件如下:Q=0.88 m/s，吸入管径D=0.6添加虚拟管段后形成闭合回路(如图b)，满足如下关系: 米，当地大气压力近似为1个标准大气压力，输送20?清水。泵的,P,,P,P,P,0P，为管段流动损失，为沿闭合回路方向GqG允许吸上真空高度为[Hs]=3.5m，吸入段的阻力为0.4m。求:该水 7-5 什么是调节阀的工作流量特性,在串联管道中，怎样才能使调的重力作用力，为沿闭合回路方向的全压动力。因Pq节阀的工作流量特性接近理性流量特性, 答:调节阀的工作流量特性是指调节阀在前后压差随负荷变化的工 ，若闭合回路的重力作用力=0及输入的全,,P,,P,,PP(1)(2)G作条件下，调节阀的相对开度与相对流量之间的关系。在串联管路 中，调节阀全开时阀前后压差与系统总压差的比值称为阀权度，阀压作用力=0 ，则有P权度值的范围是0~1，其值越接近1，调节阀的工作流量特性与理想q 流量特性越接近。 22， ,P,,P,SQ,SQ,Q,Q，Q(1)(2)1122127-10 什么是水力失调,怎样克服水力失调, 答:管网中的管段实际流量与设计流量不一致，称为水力失调。水11,,,222S,(S，S)可导出并联管段的阻抗计算式: 力失调的原因主要是:1)管网中的动力源提供的能量与设计不符，12 7-2 什么是液体管网的水压图,简述绘制水压图的基本步骤。 包括两个方面，一是动力源的实际工作参数与设计参数不符，一是答:在液体管网中，将各节点的测压管水头高度顺次连接起来形成的管网的设计动力与在设计流量下的动力需求不符，即管网的动力源线，称为水压曲线;水压曲线与管路中心线、水平距离坐标轴以及匹配不合理;2)管网的流动阻力特性发生变化，即管网阻抗与设计表示水压高度的纵轴组成的图形称为水压图。绘制水压图的步骤是:值不符。 (1)选取适当的水压基准面; 要克服管网的水力失调，必须首先使管网在各管段流量为设计(2)确定液体管网系统的定压点(压力基准点)及其测压管水头高值时，管网能够满足能量平衡，即所有环路中的动力与流动阻力相度; 平衡，这里的动力和阻力既包括管网内部的因素，也包括环境对管(3)根据水力计算结果，沿液体循环流动方向，顺次确定各管段起网的作用(如重力作用力因素等)，另外，由于实际运行条件的变 化(如管网安装状况、管道及设备的变化、用户流量调整等)使管止点的测压管水头高度; (4)顺次连接各点的测压管水头的顶端，即可获得系统的水压图。路阻抗发生变化，需要能够采取恰当的调节措施，使管网所有环路 在提供的动力与各管段流量为要求值时的阻力相平衡。 3(3)如果控制水泵进出口的压差恒定(P-P=50mHO)来控制水泵7-16 如习题图7-5所示的管网，在设计流量Q=Q=Q=240 m/h212IIIIII3的转速以满足用户的流量需求(三个用户均为167 m/h)，此时各时，各管段的流动阻力为:?H=?H=?H=5 mHO;AA1A1A2A2A32个用户仍需调小阀门。试求水泵此时的转速和消耗的功率，并计算 因各个用户关小阀门增加的功率损耗。 ?H=?H=?H=5 mHO，?H,10 mHO，?B3B2B2B1B1B2AB2(4)根据(1),(3)的计算结果，你能得到什么样的启示, 3解:(1)此时管网系统的总流量为500 m/h。水泵的性能曲线不变，H,10 mHO A3B32因此，水泵的工况点应调整到习题7-16解答图中的b点，水泵输出 。水泵转速为1450r/min，性能参数见表a: 扬程应为54.5 mHO，则管网系统的总阻抗 2 54.5 /,43,2S,,2.180，10mHO,(m/h) 22 表a 500 管网特性曲线为图中曲线II。水泵消耗的功率 参数序号 1 2 3 354.5，9807，500流量(m/h) 500 720 900 /N,,103.10KW 3600，0.72，1000扬程(mHO) 54.5 50 42 2 根据设计流量和压降，可计算出各管段的设计阻抗，列于表1。各效率(,) 72 80 80 干管不进行调节，阻抗不变，可按照调节后的流量计算出用户支路(1)由于负荷减小，三个用户均关小自己的阀门，将流量降低到 3调节后各干管的压降，列于表1。支路A3B3的压降等于调节后系统167 m/h， 求此时水泵的工况点，计算其消耗的功率。这时，各个 总压降-干管A-A3压降-干管B3-B压降-干管B-A压降。同理依次计用户支路的阻抗分别增加了多少,计算阀门上的功率损耗。 算支路A2B2、支路A1B1的压降，列于表1。根据用户支路调节后的(2)若用户阀门开度不变，依靠水泵变频调小转速来满足用户的流 3流量和压降，可计算出调节后的阻抗和阻抗的增量，见表1。管段量需求(三个用户均为167 m/h)，求此时水泵的转速和消耗的功 阻抗计算 表1 率。 管段 设计 设计 设计阻抗 调节后流量调节后压降 调节后阻抗 阻抗增加值 323323224.1，9807，500压降mHO 流量 O/( m/h) m/h mHO mHO/( m/h) mHO/( m/h) mH22222,N,103.1,,103.10,41.03,62.07KW3m/h 3600，0.80，1000 A-A1 5 720 9.64506E-06 500 2.41 未调节 0 (2)若用户阀门开度不变，依靠水泵变频调小转速来满足用户的流A1-A2 5 480 2.17014E-05 333 2.41 未调节 0 3量需求，此时管网工作在500 m/h，需要的扬程是24.1 mHO，即图2A2-A3 5 240 8.68056E-05 167 2.42 未调节 0 中c点，c点与a点为相似工况点，应用相似律关系式，转速应为:A1-B1 30 240 5.20833E-04 167 44.85 0.001608331 1.08750E-03 500500/A2-B2 20 240 3.47222E-04 167 40.04 0.001435757 1.08854E-03 n,n,，1450,1007r/min 0720720A3-B3 10 240 1.73611E-04 167 35.20 0.001262146 1.08854E-03 100750，9807，7203N,()，,41.06KW功率应为: B3-B2 5 240 8.68056E-05 167 2.42 未调节 0 c14503600，0.80，1000B2-B1 5 480 2.17014E-05 333 2.41 未调节 0 (3)如果控制水泵进出口的压差恒定(P-P=50mHO)来控制水泵212B1-B 5 720 9.64506E-06 500 2.41 未调节 0 3的转速，此时水泵工作的扬程应为50mHO、流量为500 m/h，即应2B-A 10 720 1.92901E-05 500 4.82 未调节 0 工作在图中d点。过d点作相似工况曲线， 管网在设计状况下的阻抗是5023,2H,kQ,k,,0.0002mHO(,m/h) 与管网特性曲线2250/,53,2500S,,9.645，10mHO,(m/h) 22720III重合，与水泵性能曲线交点e与d为相似工况点，应用相似律 设计状况下的管网特性曲线为图中曲线I。如果用户的阀门不关系式，水泵此时的转速: 3调节，管网工作在500 m/h的流量时，需要的扬程是24.1 mHO，2 Q500d即图中c点，该点与a点为相似工况点，效率近似相等。因此阀门n,n,，1450,1381r/min d0Q525上的功率损耗为: e 2)这种说法是不正确的。流量初始分配对环状管网的设计有着50，9807，500水泵此时的功率: N,,93.29KWd重要的影响。不同的流量初始分配方案，将影响管径选择、管网造3600，0.73，1000 价、动力匹配及运行费用、事故工况的可靠性等技术经济问题。目/阀门上的功率损耗 ,N,N,N,93.29,41.06,52.23KWdc前，针对城市给水、供热、燃气等管网的初始流量分配方法进行了 优化研究，但由于涉及的目标很多，没有统一的优化分配方案，因(4)通过以上计算，我们发现，当不调节水泵、仅管网通过关小阀 此流量初始分配带有一定的经验性。需要强调，初始流量分配是管门减小流量，阀门上的功率损耗最大;保持水泵输出压差不变、调 整水泵的转速以减小流量的方法，阀门上的功率损耗稍小，水泵节网设计时期望的流量输配方案，管网运行时的实际流量分配还要受电效果不明显;如果能够保持阀门开度不变、减小水泵的转速以调到管径及管网的各种设备、附件的具体配置的影响。 小流量，水泵的节电效果最明显，但应注意，这种情况下，各用户8-8比较环状管网水力计算与枝状管网水力计算的不同点。 的流量比例保持与设计流量下的比例一致。 答:在环状管网水力计算时，已知用户需要的设计流量和管网的布8-1什么是节点流量, 置，尚不能完全确定每个管段流量，无法确定这些管段的管径，也答:管网中，各管段的端点称为节点。从节点处流入或流出管网的无法计算流动阻力。须先对根据管网节点流量平衡原理进行管段初流量称为节点流量。应注意的是，流经节点处的管段流量不是节点始流量分配，按照要求的水力参数(如比摩阻)，选择管径。当选流量，因为它们在管网内部流动，并未流出管网，也不是从外界流择出各个管段的管径后，初始分配的管段流量一般不能满足管网的入管网。 能量平衡原理——回路压力平衡。需要依据节点流量平衡和回路压8-2环状干线的初始流量分配在环状管网水力计算中有什么作用,力平衡原理，重新计算各个管段的实际分配流量——即环状管网平“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差。平差工作结束之后，还要校核各管段的比摩阻、管网的后备能配。”这种说法正确吗,为什么, 力等，如不满足要求，还需调整部分管径，重新进行管网平差工作，答:1)选择管网各管段的管径时需要以流量为参考，故流量初始分直到满足设计要求为止。 配成为初定管径的依据。 枝状管网水力计算时，已知用户需要的设计流量和管网的布置， 就能完全确定每个管段流量，可按照要求的水力参数(如比摩阻)， 选择管径、计算阻力、进行压损平衡，为管网匹配动力。