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高中虚数公式蒸汽管路计算公式

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2020-10-03 20:55
tags:蒸汽流量计算公式

上海学校排名-中国五大淡水湖是哪五个

2020年10月3日发(作者:全山石)
9.1 蒸汽网路系统

一、 蒸汽网路水力计算的基本公式

计算蒸汽管道的沿程压力损失时,流量、管径与比摩阻三者的关系式如

R = 6.88×10
-3
×K
0.25
×(G
t
2
ρd
5.25
), Pam (9-1)
d = 0.387×[K
0.0476
G
t
0.381
(ρR)
0.19
], m (9-2)
Gt = 12.06×[(ρR)
0.5
×d
2.625
K
0.125
], th (9-3)
式中 R —— 每米管长的沿程压力损失(比摩阻), Pam ;
G
t
—— 管段的蒸汽质量流量,th;
d —— 管道的内径,m;
K —— 蒸汽管道的当量绝对粗糙度,m,取K=0.2mm=2×10
-4
m;
ρ —— 管段中蒸汽的密度,Kgm
3

为了简化蒸汽管道水力计算过程 ,通常也是利用计算图或表格进行计算。
附录9-1给出了蒸汽管道水力计算表。
二、蒸汽网路水力计算特点
1、热媒参数沿途变化较大
蒸汽供热过程中沿途蒸汽压力P下降,蒸汽温度T下降,导致蒸汽密度
变化较大。
2、ρ值改变时,对V、R值进行的修正
在蒸汽网路水力计算中,由于网路长,蒸汽 在管道流动过程中的密度
变化大,因此必须对密度ρ的变化予以修正计算。
如计算管 段的蒸汽密度ρ
sh
与计算采用的水力计算表中的密度ρ
bi
不相同,则应按 下式对附表中查出的流速和比摩阻进行修正。
v
sh
= ( ρ
bi
ρ
sh
) · v
bi
ms (9-4)
R
sh
= ( ρ
bi
ρ
sh
) · R
bi
Pam (9-5)
式中符号代表的意义同热水网路的水力计算。
3、K值改变时,对R、L
d
值进行的修正
(1)对比摩阻的修正、

1
当蒸汽管道的当量 绝对粗糙度K
sh
与计算采用的蒸汽水力计算表中的
K
bi
=0.2 mm不符时,同样按下式进行修正:
R
sh
=(K
sh
K
bi
)
0.25
· R
bi
Pam (9-6)
式中符号代表意义同热水网路的水力计算。
(2)对当量长度的修正
蒸汽管道的局部阻力系数,通常用当量长度表示,同样按下式进行
计算。即
L
d
= Σξ·dλ= 9.1·(d
1.25
K
0.25
)·Σξ (9-7)
室 外蒸汽管道局部阻力当量长度L
d
值,可按附录5-2热水网路局部阻力
当量长度表示 。但因K值不同,需按下式进行修正。
L
sh.d
= (K
bi
K
sh
)
0.25
·L
bi.d
= (0.50.2)
0.25
·L
bi.d

=1.26· L
bi.d
m

式中符号代表意义同热水网路的水力计算。
当采用当量长度法进行水力计算,蒸汽网路中计算管段的总压降









ΔP = R(L + L
d
) = RL
zh
Pa (9-9)
式中 L
zh
—— 管段的折算长度, m。
【例题9-1】蒸汽网路中某一管段,通过流量G
t
=4.0 th ,蒸汽平均密度
ρ=4.0 kgm
3

(1)如选用φ108×4的管子,试计算其比摩阻R值。
(2)如要求控制比摩阻R在200Pam以下,试选用合适的管径。
【解】(1)根据附录11—1的蒸汽管道水力计算表(ρ
bi
=1.0 kgm
3
),查
出当Gt=4.0th,公称直经DN100时,
R
bi
= 2342.2 Pam ;v
bi
= 142 ms
管段流过蒸汽的实际密度ρ
sh
=4.0 kgm
3
。需要 进行修正,得出实际
的比摩阻R
sh
和流速v
sh
值为
v
sh
= ( ρ
bi
ρ
sh
) · v
bi
= (14)×142 = 35.5 ms
R
sh
= ( ρ
bi
ρ
sh
) · R
bi
= (14)×2342.2 = 585.6 Pam
(2)根据上述 计算可见,在相同的蒸汽质量流量G
t
和同一管径d条件下,流
过的蒸汽密度越大,其 比摩阻R及流速v值越小,呈反比关系。因此,在蒸
汽密度ρ=4.0kg m
3
,要求控制的比摩阻为200Pam以下,因表中蒸汽密度

2
为ρ=1.0 kg m
3
,则表中控制的比摩阻值,相应为200×(41)= 800 Pam
以下。
根据附录9—1,设ρ=1.0 kg m
3
,控制比摩阻R在800Pam 以下,
选择合适的管径,得出应选用的管道的公 称直径为DN125mm,相应的R
bi
值及
v
bi
值为
R
bi
= 723.2 Pam ;v
bi
= 90.6 ms
最后,确定蒸汽密度ρ=4.0 kg m
3
时的实际比摩阻及流速值。
R
sh
= ( ρ
bi
ρ
sh
) · R
bi
= (14)×723.2 = 180.8 Pam < 200
Pam
v
sh
= ( ρ
bi
ρ
sh
) · v
bi
= (14)×90.6 = 22.65 ms
三、蒸汽网路水力计算方法
1、准确的计算方法 ——按管段取蒸汽的平均密度
ρ
pj
= (ρ
s
+ ρ
m
) 2, kgm
3
(9-10)
式中 ρ
s
、ρ
m
——分别为计算管段始端和末端的蒸汽密度,
kgm
3

逐段进行计算
特点:该方法较准确 的计算管段节点蒸汽参数(P
s
、T
s
),计算较准
确。
2、简略计算方法——对整个系统取蒸汽平均密度
ρ
pj
= (ρ
s
+ ρ
m
) 2, kgm
3
(9-11)
式中 ρ
s
、ρ
m
——分别为系统始端和末端的蒸汽密度, kgm
3

特点:该方法计算误差比较大,但计算工作量小。
3、按一定管长取管段始端的密度
具体取法:每隔50米管长取始端蒸汽的密度,逐段进行计算。
特点:该方法计算的准确性介于上述两者之间。
4、蒸汽网路水力计算的任务
要求选择蒸汽网路各管段的管径,以保证各热用户蒸汽流量的使用
参数的要求
四、计算步骤(准确的计算方法)

1.根据各热用户的计算流量,确定蒸汽网路各管段的计算流量:
a.各热用户的计算流量,应根据各热用户的蒸汽参数及其计算热负荷,按下
式确定

3
Gˊ= AQˊ r, th (9-12)
式中

示;


Gˊ—— 热用户的计算流量,th;
Qˊ—— 热用户的计算热负荷,通常用GJh,MW或Mkcalh表
r —— 用汽压力下的汽化潜热,kJkg或kcalkg;
A —— 采用不同计算单位的系数,见下表
Qˊ-GJh = Qˊ-MW = 10
6
W Qˊ-
10
9
Jh r-kJkg Mkcalh=10
6
kcalh
r-kJkg r-kcalkg
A 1000 3600 1000
b.蒸汽网路中各管段的计算流量是由该管段所负担的各热用户的计算 流量之
和来确定。但对蒸汽管网的主干线管段,应根据具体情况,乘以各热用户的
同时使用系数 。
2.确定蒸汽网路主干线和平均比摩阻
主干线 应是从热源到某一热用户的平均比摩阻最小的一条管线。
主干线的平均比摩阻,按下式求得
R
pj
= ΔP ∑L(1+α
j
), Pam (9-13)
式中 ΔP — 热网主干线始端与末端的蒸汽压力差, Pa;
∑L — 主干线长度, m;
α
j
— 局部阻力所占比例系数,可选用附录9-3的数值。
3.进行主干线管段的水力计算
a、假定管段末端的压力:
计算每米管长的压力降 ΔP ∑L ;Pam
其中ΔP :主干线始、末端的压力差,Pa。
计算管段末端的压力 P
m
= P
s
-(ΔP ∑L)L
1

Pa

9-14



通常从热源出口的总管段 开始进行水力计算。热源出口蒸汽的参数为已知,
现需先假设该管段末端蒸汽压力,ρ
m
=(ΔP ∑L)L由此得出该管段蒸汽的平
均密度ρ
pj

ρ
pj
= (ρ
s
+ ρ
m
) 2, kgm
3
(9-15)
式中 ρ
s
、ρ
m
—— 计算管段始端和末端的蒸汽密度, kgm
3

4.确定管径(通过水力计算表由G、R
pj
查出
d、R值)
a. 根据该管段假设的蒸汽平均密度ρ
pj
和按式9-13确定的平均比摩阻R
pj
值,
将此R值换算为蒸汽管路水力计算表ρ
bi
条件下的平均比摩阻R
bi ·pj
值。通常
水力计算表采用ρ
bi
= 1 kgm
3
,得
R
bi·pj
R
pj
= ρ
pj
ρ
bi

R
bi·
R
pj

pj
= (ρ
pj
ρ
bi)
·
b.根据计算管段的计算流量和水力计算表ρ
bi
条件下得出的R
bi·p j
值,按水力
计算表,选择蒸汽管道直径d、比摩阻R
bi
和蒸汽在管道内 的流速v
bi

采用的计算单


4
c.根 据该管段假设的平均密度ρ
pj
,将从水力计算表中得出的比摩阻R
bi
和v
bi
值,换算为在ρ
pj
条件下的实际比摩阻R
sh
和流速 v
sh

R
sh
=R
bi(
ρ
bi
ρ
pj
),Pam ; v
sh
=
vbi(
ρ
bi
ρ
pj
),ms。
蒸汽在管道内的最大允许流速,按《热网规范》,不得大于下列规定
过热蒸汽:公称直径DN>200mm时,80ms
公称直径DN≤200mm时,50ms
饱和蒸汽:公称直径DN>200mm时,60ms
公称直径DN≤200mm时,35ms
5.计算管段的局部阻力当量长度及管段压力降
a.按所选的管径,计算管段的局部阻力总当量长度L
d
.
由局部阻力系数查附录5-2,注意K值引起的修正。
b. 计算管段的实际压力降,ΔP
sh
= R
sh
·(L+L
d
) Pa。
6.较核管段的平均密度
a.计算管段末端的压力值 P
m
ˊ = P
s
- ΔP
sh

Pa

9-16



查得相应
Pm
ˊ条件下的
ρ
ˊ
m
值。

b.计算管段的平均密度 ρˊ
pj
= (ρ
s
+ ρˊ
m
) 2 , kg m
3

9-17


c.与开始假设平均密度ρ
pj
进 行比较,如两者相等或差别很小,则该管段的水力
计算过程结束,进行下一管段的计算,如两者差别较大 ,则应重新假设ρ
pj

然后按同一计算步骤和方法进行计算,直到两者相等或差别很 小为止,重新
假设的ρ
pj
= ρˊ
pj
。由此蒸汽网路主干线所有管段逐次进行水力计算。
7.分支管路的水力计算(计算方法同上)
由主干线计算结果而确定支线始端压力;由用户用汽压力确定支线末端压
力,重复步骤(2)-(6)。
五、计算例题
【例题9-2】 某工厂区蒸汽供热管网,其平面布置图见下图。锅炉出口
的饱和蒸汽表压力为10bar。各用户系统所要求的蒸汽表压力及流量列于图
9-1上。试进 行蒸汽网路的水力计算。主干线不考虑同时使用系数。
图 9-1 例题9-1附图
【解】从锅炉出口到用户3 的管线为主干线
则 R
pj
= ΔP∑L(1+α
j
) = [(10 - 7)×10
5
] [(500+300+100)(1+0.8)] =
185.2 Pam
式中 α
pj
= 0.8,采用附录9-3的估算数值。
1.已知锅炉出口的蒸汽压力,进行管段1的水力计算
首先计算锅炉出口的管段。预 先假设管段1末端的蒸汽压力。假设
时,可按平均比摩阻,按比例给定末端蒸汽压力。
如 P
m1
= P
s1
– ΔP·L
1
∑L = 10 – (10-7)×500 900 =

5
8.33 bar
将此假设的管段末端压力P
m
值,列入表9-1,第8栏中。
2.根据管段始、末端的蒸汽压力,求出该管段假设的平均密度
ρ
pj
= (ρ
s
+ ρ
m
) 2 = (ρ
11
+ ρ
9.8.33
) 2
= (5.64 + 4.81) 2= 5.225 kgm
3

3.将平均比摩阻换算为水力计算表ρ
bi
= 1kgm
3
条件下的等效值,即
R
bi·pj
= ρ
pj
· R
pj
= 5.225 × 185.2 = 968 Pam
将R
bi·pj
值列入表内。
4.根据R
bi·pj
的大致控制值,利用附录9-1,选择合适的管径
对管段1:蒸汽流量G
t
= 8.0 th,选用管子的公称直径DN150mm,
相应的比摩阻及流速值为:
R
bi
= 1107.4 Pam ;v
bi
= 126 ms
将此值分别列入表9-1中11和12栏中。
5.根据上述数据,换算为实际假设条件下的比摩阻及流速值
R
sh
= (1 ρ
pj
) R
bi
= (1 5.225) × 1107.4 = 211.9 Pam
v
sh
= (1 ρ
pj
) v
bi
= (1 5.225) × 126 = 24.1 ms
6.根据选用的管径DN150mm,按附录5-2,求出管段的当量长度L
d
值及其折
算长度L
zh

管段1的局部阻力组成有:1个截止阀,7个方形补偿器(锻压弯头)。
查附录5-2
L
d
= (24.6 + 7×15.4) × 1.26 = 166.8 m
管段1的折算长度 L
zh
= L + Ld = 500 + 166.8 = 666.8 m
将L
d
及L
zh
值分别列入表5和6栏中。
7.求管段1在假设平均密度ρ
pj
条件下的压力损失,列入表第15栏中。
ΔP
sh
= R
sh
· L
zh
= 211.9 ×666.8 = 141295 Pa ≈ 1.41 bar
8.求管段1末端的蒸汽表压力,其值列入表第16栏中

m
= P
s
– ΔP
sh
= 10 – 1.41 = 8.59 bar
9.验算管段1的平均密度ρˊ
pj
,是否与原先假定的平均蒸汽密度ρ< br>pj
相符
ρˊ
pj
= (ρ
s
+ ρˊ
m
) 2 = (ρ
11
+ ρ
9.59
) 2
= (5.64 + 4.93) 2 = 5.285 kgm
3

原假定的蒸汽平均密度ρ
pj
= 5.225 kgm
3
,两者相差较大,需重新
计算。
重新计算时,通常都以计 算得出的蒸汽平均密度ρˊ
pj
,作为该管
段的假设蒸汽平均密度ρ
pj。再重复以上计算方法,一般重复一次或两次,
就可满足ρˊ
pj
= ρ
pj
的计算要求。
管段1得出的计算结果,列在表9-1中。假设平均蒸汽密度ρ
pj
=
5.285 kgm
3
,计算后的蒸汽平均密度ρˊ
pj
= 5.29 kgm
3
。两者差别很小,
计算即可停止。
10.计算结果得出管段1末端蒸汽表压力为8.6bar,以此值作为管段2的始

6
端蒸汽表压力值,按上述计算步骤和方法进行其它管段的计算。
主干线的水力计算结果见表所列。用户3入口处的蒸汽表压力为
7.24bar,稍有富裕。
主干线水力计算完成后,即可进行分支线的水力计算。以通向用户1的分支
线为例,进行水力计算。
11、分支线的水力计算
(1).根据主干线的水力计算 主干线与分支线节点的蒸汽表压力为8.6 bar,
则分支线4的平均比摩阻为
R
pj
= [(8.6 – 7.0)×10
5
] [120(1 + 0.8)] = 704.7Pam
(2).根据分支管始、末端蒸汽压力,求假设的蒸汽平均密度
ρ
pj
=(ρ
9.6
+ ρ
8.0
) 2 = (4.94 + 4.16) 2 = 4.55 kgm
3

(3).将平均比摩阻Rpj值换算为水力计算表ρbi = 1kgm
3
条件下的等效

R
bi·pj
= ρ
pj
· R
pj
= 4.55 × 740.7 = 3370 Pam
(4).根据ρ
bi
= 1kgm
3
的水力计算表,选择合适的管径
蒸汽流量G
4
= 3.0 th,选用管子DN80mm,相应的比摩阻及流速为
R
bi
= 3743.6 Pam ; v
bi
= 158 ms
(5).换算到在实际假设条件ρ
sh
下的比摩阻及流速值
R
sh
= (1 ρ
pj
) · R
bi
= (1 4.55 ) × 3743.6 = 822.8 Pam
v
sh
= (1 ρ
pj
) · v
bi
= (1 4.55 ) × 158 = 34.7 ms
(6).计算管段4的当量长度及折算长度
管段4的局部阻力的组成:1个截止阀、1个分流三通、2个方形补
偿器。
当量长度 L
d
= 1.26 (10.2 + 3.82 +2 × 7.9) = 37.6 m
折算长度 L
zh
= L + L
d
= 120 + 37.6 = 157.6 m
(7).求管段4的压力损失
ΔP
sh
= R
sh
· L
zh
= 822.8 × 157.6 = 129673 Pa ≈ 1.3bar
(8).求管段4的末端蒸汽表压力

m
= P
s
– ΔP
sh
= 8.6 – 1.3 = 7.3 bar
(9).验算管段4的平均密度ρˊ
pj

原假定的蒸汽平均密度ρ
pj
= 4.55kgm
3
,ρ
pj
与ρˊ
pj
相差较大,
需再次计算。再次计算结果列入表中。最 后求得到达用户1的蒸汽表压力为
7.32bar,满足使用要求。
(10).通向用户2分 支管线的管段5的水力计算,见水力计算表所示。用户
2处蒸汽表压力为7.15bar,满足使用要求 。
室外高压蒸汽网路水力计算表

8.5 室内低压蒸汽供暖系统路的水利计算方法和例题

7
一、室内低压蒸汽共暖系统水力计算原则和方法
在低压蒸汽供暖系统中,靠锅炉出口处蒸汽本身的压力,使蒸汽沿管道
流动,最后进入散热器凝结放热。

1.水力计算原则
蒸汽在管道流动时 ,同样有摩擦压力损失△P
y
和局部阻力损失△P
j

计算蒸汽管道内的单位长度摩擦压力损失(比摩阻)时,同样可利用
达西·维斯巴赫公式进行计算。即
R=(λd)·(ρv
2
2) Pam
式中符号同前。
在利用上式为基础进行水力计算时,虽然蒸汽的流量因沿途凝结而< br>不断减少,蒸汽的密度也因蒸汽压力沿管路降低而变小,但这变化并不大,
在计算低压蒸汽管路时 可以忽略,而认为每个管段内的流量和整个系统的密
度ρ是不变的。 在低压蒸汽供暖管路中,蒸汽的流 动状态处于紊流过度区,
其摩擦系数λ值可按第四章公式进行计算。室内低压蒸汽供暖系统管壁的粗糙度K=0.2mm。
附录8-3给出低压蒸汽管径计算表,制表时蒸汽的密度取值0.6Kgm
3

计算。
低压蒸汽供暖管路的局部压力损失的确定方法与热水供暖管路相
同,各构件的局部阻力 系数ζ值同样可按附录4-2确定,其动压头值可见附
录8-4。
在散热器入口处,蒸汽应有1500--2000Pa的剩余压力,以克服阀门
和散热器入口的局部阻力 ,使蒸汽进入散热器,并将散热器内的空气排出。

2.水力计算方法

在进行低压蒸汽供暖系统管路的水力计算时,同样先从最不利的管
路开始,亦即从锅炉 到最远散热器的管路开始计算。为保证系统均匀可靠地
供暖,尽可能使用较低的蒸汽压力供暖,进行最不 利的管路的水利计算时,
通常采用控制比压降或按平均比摩阻方法进行计算。
按控制比压降法是将最不利管路的每1m总压力损失约控制在
100Pam来设计。
平均比摩阻法是在已知锅炉或室内入口处蒸汽压力条件下进行计
算。
R
p·j
= α( P
g
– 2000 )∕∑L Pam (8-7)
式中 α---沿程压力损失占总压力损失的百分数,取α =60%;(见
附录4-8)
P
g
---锅炉出口或室内用户入口的蒸汽压力,Pa;

8
2000?? 散热器入口处的蒸汽剩余压力,Pa;
∑L ?? 最不利管路管段的总长度,m。
当锅炉出口或室内用户入口处蒸汽压力高时,得出的平均比摩 阻R
p·j
值会较大,此时控制比压降值按不超过100Pam设计。
最不 利管路各管段的水力计算完成后,即可进行其它立管的水力计
算。可按平均比摩阻法来选择其它立管的管 径,但管内流速不得超过下列的
规定最大允许流速(见《暖通规范》):
当汽、水同向流动时 30ms
当汽、水逆向流动时 20ms
规定最大允许流速主要是为了避免水击和噪声,便于排除蒸汽管路
中的凝水;因此,对汽水逆向流动时, 蒸汽在管道中的流速限制的低一些,
在实际工程设计中,常采用更低的流速,使运行更可靠些。
低压蒸汽供暖系统凝水管路,在排气管前的管路为干凝水管路,管
路截面的上半部为空 气,管路截面下半部流动凝水,凝水管路必须保证0.005
以上的向下坡度,属非满管流状态。目前, 确定干凝水管路管径的理论计算
方法,是以靠坡度无压流动的水力学计算公式为依据,并根据实践经验总 结,
制定出不同管径下所能担负的输热能力。
排气管后面的凝水管路,可以全部充满 凝水,称为湿凝水干管;其
流动状态为满管流。在相同热负荷条件下,湿式凝水管选用的管径比干式的< br>小。
低压蒸汽供暖系统干凝水管路和湿凝水管路的管径选择表可见附录
8-5。
二、室内低压蒸汽供暖系统管路水力计算例题
【例题 8-1】 图8-20为重力回水的 低压蒸汽供暖管路系统的一个支路。
锅炉房设在车间一侧。每个散热器的热负荷均为4000W。每根立 管及每个散
热器的蒸汽支管上均装有截止阀。每个散热器凝水支管上装一个恒温式疏水
器。总蒸 汽立管保温。
图 8-20 例题8-1的管路计算图
图上小圆圈内的数字表示管段号 。圆圈旁的数字:上行表示热负荷(W),下
行表示管段长度(m)。罗马数字表示立管编号。
要求确定各管段的管径及锅炉蒸汽压力。
【解】 1. 确定锅炉压力
根 据已知条件,从锅炉出口到最远散热器的最不利支管的总长度∑L=
80m。如按控制每米总压力损失( 比压降)为100Pam设计,并考虑散热器
前所需的蒸汽剩余压力为2000Pa,则锅炉的运行表压 力P
b
应为
P
b
= 80×100+2000 = 10 KPa
在锅炉正常运行时,凝水总立管在比锅炉蒸发面高出约1.0m下面的管段必

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