流体输配管网课后习题答案详解

教学大纲与教学基本要求

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。结合第一章学习的知识，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： 图图1-1-2 图1-2-14（a） 图1-3-14(b)

号

问输配空气 输配生活给水 生活污水、废水排放 （1）

问气体 液体 液体、气体多相流，液（体为主 2） 问从一个地方流入管网，其他地方流从一个地方流入管网，

从一个地方流入管网，其（出管网 其他地方流出管网 3他地方流出管网 ） 问（4） 问（5） 问（6

入口1及出口5与大气相通

末端水龙头与大气相通

顶端通气帽与大气相通

第 1章 流体输配管网的类型与装置

通常在风机进出口附近及各送风口处设置阀门，用于调节总送风量及各送风口风量

1台风机，为输送空气提供动力 各立管底部、水泵进出口及整个管网最低处设有阀门，便于调节各管段流量和检修时关断或排出管网内存水

1台水泵，为管网内生活给水提供动力

无阀门

无风机、无水泵

）

问与燃气管网相比，流体介与消防给水管网相比，流体介质均与气力输送系统相比，（质均为气体，但管网中设为液体，但生活给水管网中末端为都是多相流管网，但流7施不同。 水龙头，消防给水管网末端为消火体介质的种类及性质） 栓。 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。 1-3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：

组成 管道 动力装置 调节装置 末端装置 附属设备 作用 为流体流动提为流体流动调节流量，开直接使用流体，为管网正常、

供流动空间 提供需要的启/关闭管段是流体输配管安全、高效地

动力 内流体的流动 网内流体介质工作提供服

的服务对象 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。 [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ΔP=SQ2+Pst； 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

（1）按流体介质

（2）按动力性质 （3）按管内流体与管外环境的关系

（4）按管内流体流向的确定性

（5）按上下级管网的水力相关性

类型及工程应用例子

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 重力循环管网：自然通风系统 机械循环管网：机械通风系统 开式管网：建筑排水管网 闭式管网：热水采暖管网 枝状管网：空调送风管网

环状管网：城市中压燃气环状管网

直接连接管网：直接采用城市区域锅炉房的热水采暖管网，如图1-3-4，a,b,d,e,f

间接连接管网：采用换热器加热热水的采暖管网，如图1-3-4，c,g,h.

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/m,可求得各温度下空气的密度分别为：

3

15℃：

= =1.225 kg/m

3

35℃：

= =1.145 kg/m

3

25℃： 因此：

= =1.184 kg/m

3

夏季空调送风与室内空气的密度差为1.225-1.184=0.041kg/m

3

冬季空调送风与室内空气的密度差为1.204-1.145=0.059kg/m

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？

3

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？

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

——送风口孔口面积，m2；

——送风管内静压，Pa；

——送风口计算送风量 ，m3/h；——送风口流量系数；

——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（2）保持送风各送风口面积不变；

（3）保持送风管的面积F和各送风口流量系数不变；

（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。

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，调整各送风口流量系数

使之适应

的变化，维持

不变；

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

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处管内静压

、送风口流量系数

、送风口

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

相等。

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

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