流体输配管网 - 习题课1+2

选择题

1.在下列答案中选择： 属于流体输配管网基本组成中的末端装置。 A．燃气罩 B. 锅炉 C. 管道 D. 阀门 2. 在下列答案中选择： 属于闭式管网。

A．建筑给排水管网 B. 燃气管网 C. 通风管网 D. 蒸汽供热管网

3．以厨房排烟管网为例，当没有开启排风机、且未设防倒流阀，夏季室外空气经竖井进入室内。其原因是： 。

A．竖井中密度高于空气密度 B. 竖井中密度低于空气密度 C. 竖井中密度等于空气密度 D. 竖井中密度大于等于空气密度

g(?1??2)(H2?H1)??P1?2?P1-2为闭式管一个循环的流动阻力；ρ1、ρ2分别为闭式管两立管中流体的密度；H1、H2分别为闭式管底部和顶部位置高度；g为重力加速度。

4．在管道内流体流动时，可以通过改变流速，在一定范围内调整 。 A．静压 B. 温度 C. 密度 D. 全压

5．已知管网系统的布置、风道断面的尺寸和通风系统的动力设备，验证各末端设备的风量是否满足要求和动力匹配是否合理，此种计算属于 。

A．校核计算 B. 设计计算 C. 设计或校核计算 D. 设计校核计算 6．管网中流体稳定流动的条件是管网的流动动力 管网流动总阻力。 A．大于 B. 小于 C. 等于 D. 小于等于 7. 几乎不会发生电机超载现象。（P162）

A．后向型叶片 B. 前向型叶片 C. 径向型叶片 D. 每种叶片都

8. 离心式泵与风机的工作过程：流体受到离心力的作用——经叶片被甩出叶轮——挤入机（泵）壳——流体压强增高——排出——叶轮中心形成真空——外界的流体吸入叶轮——不断地输送流体。

计算与说明题：

一、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？

答：两系统所需水泵扬程不相同。热水采暖系统是闭式管网，给水系统是开式管网。开式管网水泵扬程应包括高差，而闭式管网水泵扬程不含次项。因此，即使其他条件相同，热水采暖系统和给水系统水泵扬程也不相同。 复习：开式管网与闭式管网的区别 闭式管网压能与阻力特点：

H=Z2-Z1+(P2 -P1)/r+(V22-V21)/2g+h12

? 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。 开式管网与闭式管网其他区别：

供暖空调冷热水管网中通常会有少量气体（空气）产生，这些气体汇集后会减少管道的过流断面，甚至产生气塞，影响管网的正常运行，加快管网的腐蚀。因此，通常需要对气体进行集中排放，排气装置设在系统的最高处。建筑给水管网是开式管网，各水龙头防水时，管

网中的气体可一并排出，因此给水管网不需要设排气装置。

二、图中阀A、B、C分别关小后，流量Q、Q1~Q4怎样变化，说明理由。

答：阀门A关小后，管网总阻抗增大，水泵扬程不变时，系统总流量Q减少，并联支路Q1～Q4各段资用压力减小，Q1～Q4均减少；

阀门B关小后，管网总阻抗增大，因此总流量Q减小；管网压降递度减小，Q1、Q3、 Q4

上的资用压力均增大，因此流量Q1、Q3、 Q4均增大；而Q2由于阀门B的节流而减少，其减少量大于Q1、Q3、 Q4的总增加量，才能使Q减少；

阀门C关小后，同理Q减小，因总流量减少后，Q1、Q2资用压力增大，而Q3、 Q4资用压力降低，故Q1、Q2增大，Q3、Q4减少，并且Q3、Q4减少量大于Q1、Q2增加量，才能使Q减少。 复习：资用压力、并联管路阻力平衡 独用管段资用压力Pi2=Pzhi -△Pi1

水泵扬程不变时, zhi不变。Q1～Q4独用管段资用压力随着

P

△Pi1增大而减小，Q～Q均减

1

4

少；

1三、泵与风机的理论扬程方程为：HT??u2T?vu2T?u1T?vu1T?。请回答：在什么条件下理论

g1扬程方程可简化为：HT?u2T?vu2T，这有何指导意义？

g1答：当进口切向分速度vu1T?v1Tcos?1?0时，理论扬程方程可简化为HT?u2T?vu2T。这说

g明在泵或风机的设计时，使进口绝对速度v1与圆周速度u1之间工作角?1?900时，可以获得最大的理论扬程，此时流体按径向进入叶片的流道。 习题5-17第二问：

U1=9.2; W1=5;

0??901因W1》U1，能使工作角的速度三角形不存在。

四、有两个完全相同的机械通风管网，一个在成都，一个在拉萨。这两个管网运行时，风机

的转速也相同。问：两个管网的风量是否一样？风机耗用的电功率呢？

答：因管道系统相同，匹配的风机也相同，风量相同。成都的这个管网耗用的电功率大。因

N?为这两个管网运行时，风机的工况相似。根据相似率，Q成都?Q拉萨；成都?成都?1。

N拉萨?拉萨复习：性能参数Q，H，N、工作状态点

222u2?u12w12?w2v2?v12五、简述欧拉方程HT?的物理意义。 ??2g2g2g答：第一项是离心力作功，使流体自进口到出口产生一个向外的压能增量；第二项是由于叶片间流道展宽、相对速度降低而获得的压能增量，它代表叶轮中动能转化为压能的份额。由于相对速度变化不大，故其增量较小；第三项是单位重量流体的动能增量。

六、风机的实际性能曲线不同于理想性能曲线，这是如何造成的？

答：风机实际性能曲线不同于理想性能曲线，造成这种差异的原因有：

a 风机叶片数量与厚度不满足欧拉方程“叶片数量无限多，叶片厚度无限薄”的假设，实际风机叶片影响风机的流量和扬程；

b 流体流经风机进口至出口的整个流道中将产生流动损失、轮阻损失、泄露损失等多种损失，不满足欧拉方程“流动为理想流动”的假设；

C风机安装产生的局部损失，如进口气流有涡漩或预漩作用，使气流有冲击地进入叶片，降低了风机性能。

复习：欧拉方程假设条件、物理意义

七、在n=2900rpm的条件下实测一离心泵的结果为：Q=0.2m3/s，扬程H=100m，轴功率Ns=240kw，其输送流体的密度为1000kg/m3。

??试求:1）该泵的全效率?？已知机械传动效率m=90%，求该泵的内效率i 为多少？ 2）有一几何相似的水泵，其叶轮直径比上述泵的叶轮大一倍，输送流体的密度为960kg/m3，在n=2000rpm的条件下运行，求在效率相同的工况点的流量、扬程和有效功率各为多少？

答：1）泵的全效率?=（有效功率Ne）/（轴功率Ns）=（ρ.g.H.Q）/240=(1000×9.8×100×0.2)/240=0.8167，即为81.67%；

?? 泵的内效率i=?/m=0.8167/0.9=0.9074，即为90.74%。 2）根据相似律换算公式可得：

H/H’=(ρ/ρ’)(D2/D2’)2(n/n’)2=(1000/960)(1/2)2(2900/2000)2=0.5475；得：H’=182.6m Q/Q’=(D2/D2’)3(n/n’)=(1/2)3(2900/2000)=0.181；

得：Q’=1.105m3/s

Ne/Ne’=（ρ/ρ’).(D2/D2’)5.(n/n’)3=(1000/960).(1/2)5.(2900/2000)3=0.099； 得：Ne’=1979KW

复习：相似律、无因次数(P171)

八、问调节管网流量的方法有哪些？哪种方法最节能？为什么？

H(pa)30201000102030Q(m3/h)Ⅱ’ A Ⅱ Ⅰ

图中Ⅰ为水泵性能曲线；Ⅱ为管网特性曲线；交叉点A为工况点。

答：（1）调节管网流量到7.5m3h的方法有：a.改变管网特性曲线（可关小阀门）至性能

曲线Ⅱ‘；b.减小水泵转速n；c.采用水泵进口导流器调节；d.切削叶轮调节。

（2）在以上四种调节方法中，减小水泵转速的方法最节能。因为水泵功率N与转速n成三次方关系，n减小后，水泵功率下降非常明显；调节阀门开度则增加了额外的压力损失，水泵耗能有大部分消耗在阀门上，是不经济的；采用进口导流器调节，使进水产生预旋，会降低水泵的性能，增加进口损失，不如变速调节的节能效果好；采用切削叶轮的方法调节，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节。

复习：工况调节

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4000m3h，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？

管段 设计流量（m31—4 2—4 6000 6 120 4—5 10000 10 60 3—5 5000 8 200 5—6 15000 10 120 7—8 15000 12 250 h） 4000 6 180 设计流速（ms） 计算阻力（pa） 答：（1）最不利环路选择为：1—4—5—6—7—8，

最不利环路计算阻力：

?p??p1?4??p4?5??p5?6??p7?8?180?60?120?250?610pa，

考虑10%的富裕量，风机全压p?1.1?610?670pa；

系统所有风量之和为15000m3h，考虑10%的富裕量，选用风机风量

Q?1.1?15000?165000m3h。

（2）各设计风量不能实现，因为各并联环路未实现压力平衡。

当1#风口风量为4000m3h时，可知?p1?4?180pa；因为管段1—4与管段2—4并联，所以

?p2?4?180pa；

从而，对管段2—4有：S2?4?60002?120；S2?4?Q2?4?180；计算可得Q2?4?7348m3h。

2? 管段4—5中风量Q4?5?7348?4000?11348m3h；从而，同理可计算得到?p4?5?64pa。 ??p1?4?5?180?64?244pa ??p3?5?244pa

从而，同理可计算得到Q3?5?5523m3h。

综上，当1#风口风量为4000m3h时，2#为7348m3h，3#为5523m3h。

(3)运行中如要增加1#风口的排风量，可以提高风机转速或在保持风机全压和流量不变的前提下，关小并联支路2—4的阀门开度，增大支路2—4的阻力；当关小支路3—5的阀门开度时，同样也可以部分增大1#排风口风量（2#排风口风量也同时增加）；同时关小2—4、3—5支路阀门开度，则1#排风口增加排风量更加明显。

十、矩形风管水力计算中采用“流速当量直径”和“流量当量直径”，简述这两种当量直径的概念和计算方法，以及采用这两种当量直径查平均摩阻线算图时要注意的对应关系。 答：1）流速当量直径DV：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，且两者的单位长度摩阻相等，则该圆形风管的直径就称为矩形风管的流速当量直径：

DV?2aba?b

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