流体输配管网

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+(V2-V1)/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。

2

2

1

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, Pzhi不变。Q1～Q4独用管段资用压力随着△Pi1增大而减小，Q1～Q4均减少；

三、泵与风机的理论扬程方程为：HT?HT?1u2T?vu2T，这有何指导意义？ g1?u2T?vu2T?u1T?vu1T?。请回答：在什么条件下理论扬程方程可简化为：g1u2T?vu2T。这说明在泵或风机的设计时，使g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?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?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。 ??2g2g2gNN拉萨?成都?1。 ?拉萨答：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

2

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)Ⅱ’ 30201000Ⅱ A Ⅰ 102030Q(m3/h)

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7.5mh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；

‘

3c.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

3

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（m3h） 设计流速（ms） 计算阻力（pa） 1—4 4000 6 180 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 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?5523mh。

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

(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

4

3333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

2）流量当量直径DL：假设某一圆形风管中的空气流量与矩形风管中的空气流量相等，且两者的单位长度摩阻相等，

(ab)0.625DL?1.30.25(a?b)则该圆形风管的直径就称为矩形风管的流量当量直径：

3）查平均摩阻线算图时要注意的对应关系：采用流速当量直径时，必须用矩形风管的流速去查阻力；采用流量当量直径时，必须用矩形风管的流量去查阻力。

十一、有一台单级水泵，其进口直径D1=600 mm，工作地点的大气压力为标准大气压力，输送常温清水，其工作流量Q=0.8m3 / s，允许真空高度[ Hs]=3.5 m，吸水管水头损失?hs?0.4m，试问：如果水泵的轴线标高比吸水面（自有液面）高出3 m，该水泵能否正常工作？为什么？ 答：v1?Q?D142?0.8?4?2.83 m / s，最大允许安装高度为：

?0.622?Hss???Hs??v1??hs2g 2.832 ?3.5??0.4?2.69 m2g如果水泵的安装高度为3 m，则超过了上述允许安装高度，会使水泵产生气蚀，水泵不能正常工作。

习题课（二）

1. 有一转速为1480r/min的水泵，理论流量Q=0.0833m3/S, 叶轮外径D2=360mm, 叶轮出口有效面积A=0.023 m2, 叶片出口

0??30安装角2，试作出口速度三角形。假设流体进入叶片前没有预旋运动，试计算此泵的理论压头HT?。

解：泵和风机的理论扬程：

2u2QT11 HT=u2vu2=u2(u2?vr2cot?2)=?cot?2

gggg??b2D2先求：vr2：

vr2?Q/A?0.0833/0.023?3.62m/s u2?代入得：

HT=

?D2n60?3.14*0.36*1480/60?27.9m/s

1u2(u2?vr2cot?2)=1/9.8*（27.9*27.9—27.9*3.62*cot300）=61.2m g复习：速度三角形，流量、周向速度公式

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2. 已知：某水泵的性能曲线用如下多项式表示：H=A1?Q2?A2?Q?A3

其中，A1、A2、A3为已知数值的系数。求：这样的两台水泵并联及串联时联合工作性能曲线的数学表达式； 解：（1）两台相同的水泵并联运行时，联合运行的性能曲线可由相同扬程下流量加倍的方法获得，因此有： H=A/4*Q2+ A2/2*Q+A3

（2）两台相同的水泵串联运行时，联合运行的性能曲线可由相同流量下扬程加倍的方法获得，因此有： H=2*A1Q2+ 2*A2Q+2*A3 复习：联合运行曲线绘制

（串联时：H?2H,Q'?Q; 并联时：H?H，Q'?2Q）

3. 某闭式空调冷冻水管网并联有两台相同的循环水泵。单台水泵性能参数如下：转速2900r/min，所配电机功率2.2kW。流量——扬程性能如下表：

参数序号 流量(m3/h) 扬程(m) 1 7.5 22 2 12.5 20 3 15 18.5 ''管网中开启一台水泵时，流量为15 m3/h，扬程为18.5m。 （1）写出单台水泵运行时水泵的性能曲线和管网特性曲线；

（2）若管网只需流量10 m3/h，拟采用：1）关小调节阀门；2）调节水泵的转速的办法来实现。求出采用这两种调节方法后水泵的工况点。采用关小调节阀的方法时，管网的阻抗值应增加多少？采用调节转速的方法时，转速应为多少？比较采用这两种方法耗用电能的情况；

（3）若管网需要增加流量，让这两台水泵并联工作，管网系统流量能否达到30m3/h？此时每台水泵的流量和扬程各是多少？ 解：（1）S=H/Q2=18.5/(15)2=0.082h2/m5;

把性能参数代入：H=A1?Q2?A2?Q?A3得：

?22?A1?7.52?A2?7.5?A3?2?20?A1?12.5?A2?12.5?A3 ?18.5?A?15?A?15?A123?(1)-(3)式： 2??7.5A2?168.75A1 (2)-(3)式： 1.5??2.5A2?68.75A1

相减消去A2得： -2.5=37.5A1 即：A1 =-0.06667 A2=1.233333 A3=16.5 得泵的性能曲线：H=-0.06667Q2+1.233333Q+16.5 管网的性能曲线：H=0.082 Q2

（2）A. 关小阀门时，泵的性能曲线不变。

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输出流量为10m/s时，H=-0.06667*10*10+1.233333*10+16.5=22.17 管网的阻抗=22.17/（10）2=0.2217，增加的阻抗0.2217-0.082=0.1397 由于阀门关小额外增加的压力损失为：22.17-0.082*10*10=13.96667

??rQH/2.2?9.8*15*1000/(2.2*3600)?34.33%

耗用电能：N=Ne/34.33%=10*9.8*22.17/0.3433=1.758

B. 调节转速时，管网的性能曲线不变。

输出流量为10m/s时, H=0.082*10*10=8.2 相似曲线：H=(H’/Q’2)Q2=0.082 Q2

2??H?0.082Q相似工况点：? 2?Q?1.233333Q?16.5?H??0.06667 H= 4.220, Q=15.47 n’=(Q/Q’)n=(10/15.47)*2900=1875

耗用电能：N=Ne/34.33%=10*9.8*8.2/0.3433=0.65

（3）并联运行时：

H=-0.06667/4*Q2+1.233333/2*Q+16.5=-0.01667 Q2+0.616667 Q +16.5 与管网特性曲线联立得：Q=16.42 H=22.13268 复习：联合运行特性

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