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流体输配管网试题及答案


一、 什么是枝状管网?什么是环状管网?分别画一个枝状管网和一个环状管网的 示意图,说明其主要区别。 (10 分) 二、高层建筑竖向液体输配管网为什么要竖向分区?画出 1 个竖向分区的示意 图,说明其作用。 分) (5 三、说明公式 Pml ? Rm ? l 的使用条件。为什么不同的管网, ? 的计算公式可能会 不相同?(5 分) 四、简述均匀送风管道设计的原理和主要步骤。 (10

分) 五、影响建筑排水管网的排水能力的主要因素有哪些?怎样提高排水能力? 六、以气力输配管网为例,描述气—固两相流管网的水力特征。气—固两相流管 网水力计算的主要特点是什么?(10 分) 七、写出比转数 n s 的数学表达式。比转数 n s 有什么应用价值?高比转数泵与风 机和低比转数泵与风机有什么主要区别?(10 分) 八、某空调冷冻水管网的循环水泵转速 2900 r min ,所配电机功率 2.2KW。流 量—扬程性能如下表:
流量( m h ) 扬程( m )
3

7.5 22

12.5 20

15 18.5

管网在设计工况下运行时,流量为 15 m 3 h ,扬程为 18.5 m 。 (1) 画出设计工况下水泵的性能曲线和管网特性曲线,并标出工况点。 (2) 在部分负荷时,只需流量 7.5 m 3 h 。有哪些方法可将管网流量调节到 7.5 m 3 h ? (3) 哪种方法最节能?为什么? 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 4000 m 3 h , #、 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 m h ) ( 设计流速( m s ) 计算阻力( p a )
3

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

一、枝状管网:管网有起点和终点、主管和支管,如图 1; 环状管网:管网起点和终点重合,构成闭合回路,如图 2;

图1

图2

区别: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进行分 区。以高层建筑给水为例,竖向按串联式分为高、中、低三区,如图 3。水 箱 1、2、3 分别向低、中、高三区供水,各区管网中的静水压力都适中,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,

运行稳定可靠。 三、公式 Pml ? Rm ? l 的使用条件为:管网特性(如:管道材料、断面尺寸、连接 方式等)不变,并且流体密度和流速也不随流程变化。 从流体力学知识知: ? 是雷诺数和相对粗糙度的函数,即: ? ? f ?Re, K ? , d 在不同的流态下,? 的计算式不同。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。

四、均匀送风管道设计的原理: 保证各送风口流量系数相等,并且使各送风口处 静压相等, 使两送风口间的动压降等于两送风口间的流动阻力。实现均匀送 风的主要步骤: a. 根据送风量确定送风口个数、间距、风口风量等,画出均匀送风系统图, 对各段编号; b. 选定系统起始端静压、动压,计算初始全压,确定初始断面尺寸; c. 计算第 1、2 风口间阻力,求出风口 2 处全压 Pq 2 ; d. 根据 Pq 2 计算风口 2 处动压 Pd 2 ,求风口 2 处断面尺寸; e. 计算风口 2—3 间阻力,求出风口 3 处全压 Pq 3 ; f. 根据 Pq 3 计算风口 3 处动压 Pd 3 ,求出风口 3 处断面尺寸; g. 其余类推,参照步骤 c~d。 五、影响建筑排水管网排水能力的主要因素有: 管径、 过水断面与管道断面之比、 管网壁粗糙度。要提高其排水能力,应想法稳定排水立短中的压力,减小其 压力波动。可从以下两方面入手: (1) 减小终限流速。具体措施有:增加管内壁粗糙度;立管上隔一定 距离(如 5 层)消能;在横支管与立管连接处采用特殊构造,发 生溅水现象, 减小水下降流速;横支管排出水流沿切线进入立管, 使水旋流而下;对立管作特殊处理,增加水与管内壁的附着力。 (2) 减小水舌阻力系数。具体措施有:设置通气立管;在横支管上设 单路进气阀;在横支管与立管连接处设挡板;横支管与立管错开 半个管径连接,水流沿切线方向进入立管;立管与横支管连接处 采用形成水舌面积小,两侧气孔面积大的斜三通或异径三通。 六、气固两相流体管网的水力特征: 管网中流动介质为物料与空气形成的两相流体; 物料颗粒在悬浮状态下进行输送; 输送管内气固两相的运动状态随气流速度和料气比的不同而改变,可能出现 悬浮流、底密流、疏密流、停滞流、部分流和柱塞流等几种不同的输送状态; 两相流的流动阻力比单相流的阻力要大,并且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增大先增大, 再减小,最后再增大。 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, 物料被看作是一种特殊的流体, 利用单相流的阻力公式进行计算, 两相流的阻力可以看作是单相流的阻力与物料颗粒引起的附加阻力之和,计 算中在阻力系数加入料气比 ? 1 项。

七、 n s ? n

Q2 。比转数 n s 是表明泵与风机性能参数 n 、Q 、 p 的综合特性指标; 3 P4

1

可用来划分泵与风机的类型, 反映叶轮的几何形状以及用来指导泵与风机的相似 设计;高比转数的风机,说明风机的流量大、压力低,叶轮出口相对宽度
b2 大; D2

低比转数的风机,说明流量小、压力高,叶轮出口相对宽度 的泵与风机其性能曲线形状也有差异。
H(pa)
30 20 10 0 0 10 20 30 Q(m3/h)

b2 小。高低比转数 D2

Ⅱ’ A





八、 (1) 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。 (2) 调节管网流量到 7.5 m 3 h 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。 (3)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。 九 、 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 ? 610 pa , 考虑 10%的富裕

量, 风机全压 p ? 1.1 ? 610 ? 670 pa ; 系统所有风量之和为 15000 m 3 h , 考虑 10% 的富裕量,选用风机风量 Q ? 1.1 ? 15000 ? 165000 m 3 h 。 (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 4000 m 3 h 时, 可知 ?p1?4 ? 180 p a ;因为管段 1—4 与管段 2—4
并联,所以 ?p 2? 4 ? 180 p a ; 从 而 , 对 管 段 2 — 4 有 : S 2?4 ? 6000 ? 120 ; S 2? 4 ? Q2? 4 ? 180 ; 计 算 可 得
2
2

Q2?4 ? 7348 m 3 h 。

? 管段 4—5 中风量 Q4?5 ? 7348 ? 4000 ? 11348 m 3 h ;从而,同理可计算得
到 ?p 4?5 ? 64 pa 。

? ?p1? 4?5 ? 180 ? 64 ? 244 p a ? ?p3 ?5 ? 244 p a
从而,同理可计算得到 Q 3?5 ? 5523 m 3 h 。 综上,当 1#风口风量为 4000 m 3 h 时,2#为 7348 m 3 h ,3#为 5523 m 3 h 。 (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。 一、什么是开式管网?什么是闭式管网?各举两例。 分) (5 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) 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?\ 五、确定图中管网的最不利环路。 分) (5

六、泵与风机的理论扬程方程为: H T ?

1 ?u 2T ? vu 2T ? u1T ? vu1T ? 。请回答:在什么 g 1 u 2T ? vu 2T ,这有何指导意义? g

条件下理论扬程方程可简化为: H T ?

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( p a ) 流量( m h )
3

530 1990

510 2540

490 2820

460 3090

410 3370

当 1 台风机运行时,风量为 2820 m 3 h 。问; (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? 九、 流体输配管网为什么要进行水力计算?水力计算有哪些主要步骤?不同流体 的输配管网,水力计算的主要区别是什么?(15 分) 十、写出泵与风机的流量系数、全压系数、功率系数。写出流量、全压、功率换 算公式。分析泵与风机提高转速后有哪些利弊?(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、Q1~Q4 怎样变化,说明理由。

一、开式管网——与大气直接相通的管网,如;建筑给排水管网、冷却水管网; 闭式管网——不与大气直接相通的管网,如:空调冷冻水管网、热水采暖管网; 二、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。 三、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。 四、管内流速的取定,对系统的经济性和技术性都有关系。合理的管内流速能够 保证系统正常、经济地运行,达到设计的流量要求。确定管内流速应考虑以 下几个因素:

(1)管内流体种类 济性

不同流体的流速范围不同,取定合理的流速范围; (2)经

流速大,管道断面小,占用空间小,基建费用少,但相应系统阻力大, 流速的选定与阻力、噪声都

动力消耗多,运行费用高;反之亦然。从而,在选择流速时,应使初投资和 运行费的综合效果最佳。 (3)运行可靠性 噪声。 空调风管和除尘风管内流速相比,除尘风管流速高。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 声要求和风量分配平衡,大多属低速风管。 五、最不利环路:通风管网:1—2—3—4—7 或 1—2—5—6—10;燃气管网: a—b—e—f—j 六 、 当 进 口 切 向 分 速 度 vu1T ? v1T cos? 1 ? 0 时 , 理 论 扬 程 方 程 可 简 化 为
HT ? 1 这说明在泵或风机的设计时, 使进口绝对速度 v 1 与圆周速度 u 1 u 2T ? v u 2T 。 g

有关,选定的流速应使阻力容易平衡,达到设计的流量,并且尽量减少运行

之间工作角 ? 1? 90 0 时,可以获得最大的理论扬程,流体按径向进入叶片的流道。 七、泵与风机性能试验的标准方法:采用吸入式试验装置,吸入管前端微压计用 来测风量 Q,风机吸入口前的微压计测入口静压,用来计算全压 P。电机电路上 连接功率表用来计算轴功率 N,电机轴头上用闪光测速仪测转速 n 。试验步骤: (1)试验前先检查仪表,使之处于正常状态,关闭吸风口,启动风机,待正常 运转后打开全部吸风口面积,开始测定。 (2)记录最大流量 Q max 下的各参数 P1 、
Pst1 、 N电 、 n ; (3)在节流网处用贴纸片的方法,改变流量 Q(从 Q max 逐渐减小

到 0) ,不少于 7 次流量调整。在不同的流量下,记录各自 P1 、 Pst1 、 N电 、 n 并 记录各自进气参数(干球温度和大气压力) 。 (4)测定完毕,关闭吸风口和微压计,停机整理仪器。 (5)整理实验数据,将结果换算成标准状态的性能曲线图或表。 在风机吸入管段中设置阻尼网地的作用是使进口气流均匀稳定,设置蜂窝 器的作用是将大旋涡变成小旋涡,并对气流进行梳直导向,减小进气扰动涡流对 性能的影响。 八、 (1)3 台风机并联运行性能表 全压
3

530

510 2540 7620

490 2820 8460

460 3090 9270

410 3370 10110

单台流量(m /h) 1990 并联流量(m3/h) 5970

(2)按上述性能表作出性能曲线,对并联运行进行工况分析。
700 600 500 400 300 200 100 0 0 2000

H(pa)

A

管网特性曲线

单台曲线

并联曲线

4000

6000

8000

10000

12000 Q(m3/h)

图中 A 点为工作状态点,从图中知 3 台并联运行风量约为 3600 m3/h;每台 风量各 1200 m3/h,可见并联运行时总风量小于单台运行风量的 3 倍,但比单台 运行风量大。 九、流体输配管网进行水力计算的原因:根据设计要求的流量分配,通过水力计 算,确定管网各管段的管径或断面尺寸,计算出各管段阻力,求得管网的特性曲 线,为管网动力设备的选定作准备。同时,通过水力计算也可以提高管网运行的 可靠性和经济性。 水力计算的主要步骤有: (1)绘制管网轴侧图,对管段进行标定端号; (2) 确定合理的管内流速; (3)根据流量和流速,确定各管段断面尺寸; (4)计算各 管段阻力; (5)对各并联环路进行阻力平衡计算和调整; (6)计算管网总阻力, 求取管网特性曲线; (7)根据管网特性曲线, 要求输送流体流量及种类、性质 等因素,确定管网动力设备。 不同流体的输配管网,水力计算的方法基本相同,其主要的区别有(1)不 同管网对阻力平衡的效核。有的管网需要阻力平衡计算,有的则不需要。需要进 行阻力平衡计算的管网,其不平衡率要求也不尽相同; (2)不同管网对流体流速 要求不同; (3)不同管网对局部阻力的处理不尽相同,有的采用阻力系数,有的 采用当量长度; (4)不同管网对单位长度比摩阻要求不尽相同。 十、流量系数: Q ?
Q
2 D2 u2

?
4

全压系数: P ?

P 2 ?u2
? ?

功率系数: N ?

?

PQ

?

?

102 N

?
4

2 D2 u 2 ? 3

?D ? Q n ? ? 2' ? ? ' 流量换算公式: ?D ? n Q ? 2 ?
2 p ? ? D2 ? ? n ? 全压换算公式: ' ? ' ? ' ? ? ' ? p ? ? D2 ? ? n ? ? ? 3 N ? ? D2 ? ? n ? ? '? ? '? 功率换算公式: ' ? ' N ? ? D2 ? ? n ? ? ? 5 2

3

泵与风机提高转速后,可以提高流量和扬程(或全压) ,但转速提高后功率 也显著增加,使电机有烧毁的危险。

十一、风机进出口与弯头连接使风机性能下降,其原因是: 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,增加了对叶轮的冲撞,增加了流动阻力,降低了风机 功率。 除此之外, 由于进口流场不均, 进口切向分速度 风机扬程将不可能达到理论最大扬程,导致风机性能降低。 十二、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 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。

, 此时按欧拉方程,

1、 图中的供热管网与用户管网的连接方式, 哪些是直接连接?哪些是间接连接?

1-热源的加热装置;2-网路循环水泵;3-补给水泵;4-补给水压力调节器;5-散热器;6-水喷射器;7-混 合水泵;8-表面式水-水换热器;9-供暖热用户系统的循环水泵;10-膨胀水箱;11-空气加热器;12-温度 调节器;13-水-水式换热器;14-储水箱;15-容积式换热器;16-下部储水箱;17-热水供应系统的循环水 泵;18-热水供应系统的循环管路

答:(a)(b)(c)是直接连接,(d)(e)(f)(g)(h)(i)是间接连 接。 2、蒸汽供暖系统中疏水器起什么作用?它通常设置在系统的什么位置? 答:疏水器的作用是阻止蒸汽逸漏,迅速排除管道或用热设备中的凝水。通常设 置在用热设备的出口、 蒸汽干管一定距离的最低点、 水平蒸汽管道上升转弯处等。 3、什么是开式管网?什么是闭式管网?试分别举出两个工程应用实例。 答:开式管网与环境相通,具有进口和出口,它的源或汇是环境空间。环境空间 的流体从管网的进口流入管网;管网内的流体从出口排出管网,进入环境空间。 通风管网、燃气管网、建筑给排水管网等属于开式管网。环境空间的流体与管内 流体水力相关, 环境空间的流体状态与流动状况直接影响管网内流体的流动。闭 式管网与外界环境空间在流体流动方面是隔绝的。 管网没有供管内流体与环境空 间相通的进出口。 它的源和汇通常是同一个有限的封闭空间。环境空间的流体状 态与流动情况对管网内的流体流动和流动所需的动力没有直接的影响, 管网内外 流体之间是水力无关的。供热管网、空调工程的冷热水管网等都属于闭式管网。 4、流体输配管网的基本功能是什么?怎样才能实现流体输配管网的基本功能?

答: 基本功能是按照一定的要求实现流体的输送和分配。要实现流体输配管网的 基本功能, 需要正确设计管道系统;合理配置动力及保证管网正常运行和便于检 测、调控的装置,按照正确的手段进行运行调控。 5、管网中流体流动受到的摩擦阻力受哪些因素的影响?怎样计算摩擦阻力? 答:管道的形状、尺寸、粗糙度;管内流体的物理性质、流动状态等因素的影响。 计算的基本公式是:

摩擦阻力系数受流态的影响, 工程中常使用经验和半经验公式计算。不同的工程 管网, 可利用已有的图表进行摩擦阻力计算,但应注意制定图表的条件及修正方 法。 6、哪些流体输配管网的管内流速不能过大,要限制上限流速?哪些流体输配管 网的管内流速不能过小,要规定下限流速? 答:要限制上限流速管网如供热管 网、空调冷冻水管网、空调送风管网,因为流速太高,噪音大,阻力大,在蒸汽 管网中,限制流速过大还为了避免产生水击。在排水管网的横管中、除尘管网中 要限制下限流速,是为了顺利排走杂质和粉尘。(补充说明:管内的流速对管网 的技术经济性有较大的影响。 流速高, 管道断面小, 占用的空间小, 材料耗用少, 建造费用小;但是管网阻力大,动力消耗增大,运行费用增加,且增加噪声。若 流体中含有粉尘等杂质, 会增加设备和管道的磨损。 反之, 管内流速低, 阻力小, 动力消耗少;但是管道断面大,材料和建造费用大,占用的空间也大。一些管网 中过低或过高的流速还会影响管网的正常运行,因此,必须通过全面的技术经济 比较选定合理的流速,在设计时,可依据规范标准,参考同类工程的经验数据确 定。) 7、假定流速法和压损平均法这两种水力计算方法各自的基本特点是什么?各适 用于什么样的情况? 答:假定流速法的特点是,先按技术经济要求选定管内流速,再结合所需输送的 流量,确定管道断面尺寸,进而计算管道阻力,得出需要的作用压力。假定流速 法适用于作用压力未知的情况。压损平均法的特点是,将已定的总作用压力,按 干管长度平均分配给每一管段, 以此确定管段阻力,再根据每一管段的流量确定 管道断面尺寸。 当管道系统所用的动力设备型号已定,或对分支管路进行压损平 衡计算,此法较为方便。 8、如图所示的空调送风管网,A、B、C 三个风口完全相同。A 风口处管内的静压 为 100Pa, 若要保证 3 个送风口的送风量相同, C 风口处的管内静压应为多少? B、 如何才能使 B、C 风口处的管内静压达到要求值?

答:要使 3 个送风口的送风量相同,B、C 风口处的管内静压近似等于 100Pa。

9、现场测得水泵的扬程和流量低于厂家样本给出的性能,能否断定该水泵为不 合格产品?为什么? 答: 不能。 因为厂家样本给出的性能参数是在规范规定的状态和测试条件下试验 得出的,当水泵的使用条件与试验条件不一致时,水泵的性能不一样。 10、在非典流行期间,迫切需要增加室内的通风换气量。你有哪些方法增加已有 通风管网的送风量?说明你的理由。 答:开大管网上的阀门;更换风机,分析新风机在管网中工作的工况点,确认其 可提供更大的风量。 11. 如何区分枝状管网与环状管网? 答: 枝状管网与环状管网应根据管网中流动路径的确定性进行区分。管网的任一 管段的流向都是确定的,唯一的,该管网属于枝状管网。若管网中有的管段的流 动方向是不确定的,存在两种可能,该管网属于环状管网。 12. 为什么要对燃气管网按照输气压力进行分级? 答:燃气管道漏气可能导致火灾、爆炸、中毒及其它安全事故。燃气管道的气密 性与其它管道相比,有特别严格的要求。管道中压力越高,管道接头脱开或管道 本身裂缝的可能性和危险性也越大。因此,燃气管道按输气压力分级。不同压力 等级,对管道材质、安装质量、检验标准和运行管理的要求也不同。 13. 热水采暖重力循环和机械循环比较,各有哪些优点和缺点? 答:重力循环系统 优点: 系统简单,运行节能,无水泵运行噪声; 缺点: 系统作用范围小,容易出现水力失调,热源机房位置受限。

机械循环系统 优点: 系统作用范围广,并联支路水力平衡容易调节,热源机房位置灵活; 缺点: 系统比重力循环系统复杂,运行有水泵能耗和噪声。 14. 简要分析管内流速取值对管网设计的影响。 答:管内的流速对管网的技术经济性有很大的影响。流速高,管道断面小,占用 的空间小,材料耗用少,建造费用小;但是系统的阻力大,动力消耗增大,运行 费用增加, 且增加噪声。 若流体中含有粉尘等, 会增加设备和管道的磨损。 反之, 流速低,阻力小,动力消耗少;但是管道断面大,材料和建造费用大,占用的空 间大。流速过低还会使粉尘、杂质沉积而堵塞管道。因此,必须通过全面的技术 经济比较选定合理的流速。 15. 有两个完全相同的机械通风管网(即管道系统相同,匹配的风机也相同), 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: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, 。

16. 简述欧拉方程

的物理意义。

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。 17. 什么是水力失调?哪些原因会导致水力失调? 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。水力失调的原因 主要是:(1)管网中流体流动的动力源提供的能量与设计不符。例如:风机、泵 的型号、规格的变化及其性能参数的差异,动力电源电压的波动,流体自由液面 差的变化等。(2)管网的流动阻力特性发生变化,即管网阻抗变化。如管材实际 粗糙度、存留于管道中杂质,管段长度、弯头、三通及阀门开度改变等局部阻力 的增减等,均会导致管网实际阻抗与设计计算值偏离。 18. 如图是某蒸汽供暖系统供汽干管的一部分, 蒸汽从 A 点供向 D 点。 简要说明: (1)AB、CD 管段坡度方向? (2)疏水器的作用?

(3)管段 AB、BC 内蒸汽流速哪个可取得大些,为什么? (4)为节省投资,图中疏水器在什么条件下可采用水封代替?

答:(1)AB 管段坡度方向为 A 高 B 低;CD 管段坡度方向为 C 高 D 低。 (2) 疏水器的作用: 管网每次开始运行时可排除管道内空气和其它不凝性气体; 管网在运行中可排除积聚在疏水器前的凝结水,同时阻止蒸汽排出管网。 (3) 管段 AB 内蒸汽流速可比 BC 内取得大些,因为管段 AB 内蒸汽和凝结水同向 流动而 BC 内蒸汽和凝结水逆向流动,AB 内发生水击现象的可能小于 BC 管段。 (4)当疏水器前蒸汽压力较小,可采用水封代替疏水器以节省投资,此时水封 高度必须大于蒸汽压力所对应的水柱高度。 19. 绘制一个自己熟悉的流体输配管网,说明该管网中各组件的名称和作用。 答:如图 1-1-2 所示:

各组件作用:1——空气入口;2——保证管网正常工作的附属设备;3——为流 体流动提供动力;4——为流体流动提供流场(流道);5——末端装置(出风口) 20. 什么是水力失调?哪些原因会导致水力失调? 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。水力失调的原因 主要是:(1)管网中流体流动的动力源提供的能量与设计不符。例如:风机、泵 的型号、规格的变化及其性能参数的差异,动力电源电压的波动,流体自由液面

差的变化等。(2)管网的流动阻力特性发生变化,即管网阻抗变化。如管材实际 粗糙度、存留于管道中杂质,管段长度、弯头、三通及阀门开度改变等局部阻力 的增减等,均会导致管网实际阻抗与设计计算值偏离。 21. 为什么要对燃气管网按照输气压力进行分级? 答:燃气管道漏气可能导致火灾、爆炸、中毒及其它安全事故。燃气管道的气密 性与其它管道相比,有特别严格的要求。管道中压力越高,管道接头脱开或管道 本身裂缝的可能性和危险性也越大。因此,燃气管道按输气压力分级。不同压力 等级,对管道材质、安装质量、检验标准和运行管理的要求也不同。 22. 开式液体管网与闭式液体管网的水力特征最主要的区别是什么? 答: 开式液体管网有进出口与大气相通,重力对循环流动产生的作用力近似为进 出口之间的液柱与管外相同高度的空气柱的压力差; 而闭式液体管网中仅由管网 内部液体密度的差异造成,显然前者大得多。 23. 什么是调节阀的工作流量特性?在串联管道中, 怎样才能使调节阀的工作流 量特性接近理性流量特性? 答:所谓调节阀的工作流量特性是指调节阀在前后压差随流量变化的工作条件 下,调节阀的相对开度与相对流量之间的关系。在有串联管路的场合,增大阀权 度可使工作流量特性更为接近理性流量特性。 24. 某水泵从开敞的水池中抽水, 设计的吸水管中的流速是 3m/s, 阻力 0.4mH2O。 水泵的轴线位置比水面高出 3m。水泵的允许吸上真空高度[Hs]=3.5m。该水泵能 否正常工作?为什么? 答:不能,会发生气蚀。该水泵最大安装高度是 [Hss]=3.5-0.4-32/2/9.807=2.64m。而实际安装高度大于最大安装高度。 25. 如图是某建筑雨水及阳台地漏排水系统原理图。 屋顶雨水经雨水收集口流入 排水立管,阳台积水经阳台地漏流入排水立管,地漏与排水立管间设置水封,排 水在 A 点以后排入市政下水道。问: (1) 下雨时,排水立管内水流可能经历哪些流动状态?) (2) 地漏与排水立管间设置水封有什么作用?

答:(1)随着排水量的不断增大,雨水排水立管内可能经历的流动状态有附壁 螺旋流、水膜流和水塞流等三种流态; (2)水封的作用:防止市政下水道内的臭味溢入各层阳台,尤其是夏季晴天时。 26. 什么是风机的喘振现象?如何有效防止喘振现象的发生? 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,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”。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曲线, 使之工作状态点进入稳定工作区来 避免喘振。 27. 试分析管网水力计算时平均比摩阻的取值对管网设计及运行的影响。 答:平均比摩阻的取值对管径的选取具有很大的影响,是一个技术经济问题。如 选用较大的比摩阻值,则管径可减小,管网系统初投资降低;但同时管道内的流 速较大,系统的压力损失增加,水泵的动力消耗增加,运行费增加。反之,选用 较小的比摩阻值, 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, 系统的压力损失减小,水泵的动力消耗小,运行费低。 28. 如图所示,若 1、2 断面处的两个侧孔形式与面积完全相同,怎样才能实现 这两个侧孔均匀送风?

答: (1)保持两侧孔静压相等,应有 系数相等,在 保持

。 (2)保持两侧孔流量



=0.1~0.5 范围内,孔口流量系数近似为常数。 (3)要


,必须使

29. 有 A、B 两台离心式水泵,其中 A 水泵的比转数为 150,B 水泵的比转 数为 50。说明这两台水泵在几何形状和性能特点上的差别。 答:(1)A 水泵的相对宽度 大,外形比较“宽胖”,而 B 水泵则相反;

(2)A 水泵的流量大,压力低;B 水泵则相反。 30. 什么是系统效应? 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(一般会下降)。例如,入 口的连接方式不同于标准试验状态时,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, 因而导致其内部能量损失发生变化(一般情况为能量损 失增加),泵、风机的性能下降。由于泵、风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, 导致泵 (风机) 的性能下降被称为 “系统效应” 。 31. 何为管网的水力稳定性?如何提高管网的水力稳定性? 答:管网中各个管段或用户,在其它管段或用户的流量改变时,保持本身流量不 变的能力,称其为管网的水力稳定性。通常用管段或用户规定流量 Qg 和工况变 动后可能达到的最大流量 Qmax 的比值 y 来衡量管网的水力稳定性,即 y=Qg/Qmax=1/xmax。

因 提高管网水力稳定性的主要方法是相对 地减小网路干管的压降,或相对地增大用户系统的压降。 32. 指出双管热水采暖系统垂直失调的主要原因和防止失调的措施。 答: 同一竖向的各层房间的室温不符合设计要求, 出现上、 下层冷热不匀的现象, 称作系统垂直失调。 双管系统的垂直失调,是由于各层所在环路的重力作用循环

作用动力不同而引起的。防止的方法可以是:(1)各个环路通过选择管径或调 节实现动力和阻力平衡,使运行流量达到设计流量;(2)根据各层的实际流量 设置相应的散热器面积。 33. 膨胀水箱有什么作用?膨胀水箱在管网中常设置在什么位置? 答:(1)膨胀水箱的作用是用来贮存液体输配管网中冷热水由于水温上升引起 的膨胀水量。此外,它还兼有从管网排气、向管网补水、恒定管网定压点压力等 作用。 (2)膨胀水箱的膨胀水管与水系统管路连接,在重力循环系统中,常接在供水 立管的顶端;在机械循环系统中,一般接在水泵入口管上。 34. 室内燃气输配管网水力计算与通风空调管网水力计算相比,有哪些重要特 点? 答:室内燃气输配管网水力计算与通风空调管网水力计算相比的重要特点: (1) 计算管段的流量需要考虑同时使用系数; (2) 管段阻力构成除局部阻力、沿程阻力外,还包括由燃气密度和空气密度 差引起的附加压头; (3) 不强调并联支路的阻力平衡,但需要检查管网最大压降是否超过允许阻 力;( (4) 最不利环路通常是包括燃气向下流动的环路; (5) 局部阻力的计算按当量长度处理计入总阻力; (6) 管网介质的流速不同于通风空调管网。 35. 汽-液两相流管网中“二次蒸汽”是如何形成的?该管网中疏水器有什么作 用?疏水器常设于管网的哪些位置? 答: (1)汽-液两相流管网中高温凝结水由于流动阻力或流经疏水器、局部阻力 较大的构件等,造成凝结水温度高于该压力下的饱和温度,因而重新汽化,形成 了“二次蒸汽”; (2)疏水器的作用是允许凝结水通过、阻止蒸汽通过,同时 允许空气等不凝性气体通过, 尤其是排除系统在初始运行时管网内的空气;(3) 疏水器常设置的位置有:用汽(热)设备出口、供汽干管向上拐弯处、供汽立管 底部、回水干管终端、分汽缸排水口等。

36. 实际风机运行全压和风量低于欧拉方程推导的 HT∞和 Q T∞,简述造成这种差异 的主要原因。 答:主要原因是: (1) 欧拉方程假定叶片数量无限多,叶片厚度无限薄,而实际风机叶片数量 有限并且具有厚度, 造成流体在叶轮内的轴向涡流且减少了流体过流面积,使得 风机的全压和流量均有所降低;(2 分) (2) 欧拉方程假定流体流动为理想的无能量损失的过程,而实际风机运行存 在流动损失、泄露损失、轮阻损失、机械传动损失等多种损失,使实际效率比理 想效率低,全压和风量也有所降低;(2 分) (3) 风机的实际运行过程中存在“系统效应”的影响,即风机的实际安装条 件不利于风机进出口的流动而造成明显的性能下降,使得风机全压和风量降低。 (2 分) 37.为什么要控制吸上式水泵的吸上真空高度[HS]?什么是水泵的汽蚀余量 ? 实际应用中控制 Hs 和 比[HS]和[ ]大还是小? 答:控制水泵的吸上真空高度[HS],是为了保证水泵内压力最低点(K 点)处压 力高于工作温度下的饱和蒸汽压力,避免水泵发生气穴和气蚀;水泵的汽蚀余量 就是水泵入口处所剩下的 (总) 水头距离水泵内发生汽化所剩余的水头值。 = ;实际应用中控制 HS [HS],控制 [ ]。

38.什么是水力失调?产生水力失调的原因有哪些?水力失调的不利影响有哪 些? 答: 流体输配管网中管段的实际运行流量与对应的设计流量不一致的现象称为水 力失调。产生水力失调的原因包括:管网设计过程中未平衡各分支的阻力,不平 衡率超过规定值; 管网的动力设备实际运行参数远离设计选定的工作参数;管网 实际流动阻力与设计计算的阻力相差较大; 人为地对管网阀门进行误调节造成流 量分配偏离设计值等。 水力失调造成各管段实际运行能量偏离设计流量,达不到 设计的各管段流量分配的目的, 影响管网运行的可靠性;水力失调还可能造成管 网和设备的损坏。 39.什么是调节阀的理想流量特性?什么是阀权度 SV?实际应用中 SV 常控制在 什么范围内?SV 取得过高有什么影响?

答: (1) 调节阀的理想流量特性就是指阀门前后压差在阀门调节过程中保持固定 不变,此时流经调节阀的介质相对流量与调节阀相对开度之间的特定关系; (2) 阀权度 SV 指调节阀全开时调节阀前后压差( 的总压差( + )的比值。即:SV= )与调节阀及管道构成

(3) 实际应用中 SV 常控制在 0.3~0.5 范围内。 (4) SV 取得过高,说明阀门上的压力损失( )较大,阀门能量损失多,不 利于节能; 且阀门调节能力过强, 调节阀的开度改变易引起管网流量及压力波动。 40. 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。 1. 某泵当流量 q=35m3/h 时的扬程为 H=62m,用转速为 1450r/min 电动机拖动, 此时轴功率 P=7.6kW,当流量增加到 q=70m3/h 时原动机的转速提高到多少才 能满足要求?此时扬程、轴功率各是多少?
解:有同一台水泵在不同转速下工作,符合相似条件,前后工况满足相似原理有一下关系: (Q1:Q2)=(D1:D2) *(n1:n2) (H1:H2) =(D1:D2) *(n1:n2) (N1:N2)=(D1:D2)*(n1:n2) n2=Q2/Q1*n1=70/35*1450=2900r/min H2=(n2/n1) *H1=(2900/1450)2*62 =248m N2=(n2:n1) *N1=8*7.6=60.8kW
3 2 3 2 2 3

(3 分) (3 分) (3 分) (2 分) (2 分) (2 分)

一给水管路如图所示,已知干管流量 Q=100L/s,各管段长度及管径如图所标,求 各管段流量 Q1,Q2,Q3 以及 A,B 两节点间的水头损失 HAB?三段管子的比阻(单 位管长在单位流量下的沿程水头损失)分别是 A1=2.752s /M ,A2=1.025s /M , A3=9.029s / M
2 6 2 6 2 6

解:该管路既串联又并联。流量关系,水头关系分别为: Q=Q1+Q2,Q2=Q3 HAB=A1*L1*Q1 = A2*L2*Q2 + A3*L3*Q3
2 2 2 2

联立上述方程有 A1*L1*(Q-Q2) =(A2*L2+A3*L3)Q2
2

2

带入已知数据 2.752*1000*(0.1-Q2) =(1.025*500+9.029*500)Q2 解 2275 Q2 +550.4Q-27.52=0
2

2

得到 Q2=42.5L/s,(4 分)Q1=57.51L/s,(4 分)Q3=Q2=42.5L/s(4 分) HAB=A1*L1* Q1 =2.752*1000*0.0575*0.0575=9.0988M(3 分)
2

3. 某 闭 式 水 管 网 系 统 并 联 有 两 台 相 同 的 循 环 水 泵 。 单 台 水 泵 性 能 参 数 如 下 : 转 速
1200r/min,流量——扬程性能如下表: 流量(m3/h) 扬程(m) 100 65 125 50 150 18

管网中开启一台水泵时,流量为 150 m3/h,扬程为 18m:

(1)画图求解开启一台水泵时的工况点。 (2)若管网只需流量 100 m3/h,拟采用:关小调节阀门或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后水泵耗用电能的情 况。

(3)若管网需要的流量增加,不改变管网特性,让两台水泵并联工作,管网系统流量能否 达到 300 m3/h?此时每台水泵的流量和扬程各是多少?(画图分析) 答:(1)如图,曲线 I 是管网特性曲线,曲线 II 是单台水泵性能曲线。开启一台水泵时的 工况点是点 1。

(2)关小阀门前管网的总阻抗是:

S0 ?

18 ? 8 ? 10 ? 4 m /( m 3 / h) 2 2 150 ,关小阀门后的管网特

性曲线是曲线 III,工况点是点 2,流量 100 m3/h,扬程 65m;管网的总阻抗变为:

S1 ?

65 ? 6.5 ? 10 ?3 m /( m 3 / h) 2 ?3 3 2 100 2 。阻抗应增加: 5.7 ? 10 m /( m / h) 。采用转速调节时,

在横坐标 Q ? 100 m3/h 处作垂线,与管网特性曲线 I 的交点为 3,是调小转速后应达到的工

H?
况点。过点 1 作相似工况曲线

H1 Q Q12 ,它与管网特性曲线 I 重合,与水泵的性能曲线的

H3 ?
交点是 1。点 3 与点 1 是相似工况点,该点扬程应为:

H1 2 Q3 ? 8m Q12 ,转速应为:

n3 ?

Q3 N 3 Q3 H 3 100 8 n1 ? ? 1200 ? 800r / min ? ? Q1 150 。 调小转速与关小阀门所耗电能之比:N 2 Q2 H 2 65

(3)首先作出两台水泵并联运行性能曲线,图中曲线 III。管网特性曲线仍为 I,此时工况 点是点 4,总流量 255 m3/h,扬程 48m,此时单台水泵工作在点 5,流量是 127.5 m3/h。


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