管道比摩阻的快速计算
区域供热2000.2期
在供热工程设计中,管道比摩阻的计算是必不可少的重要的程序。比摩阻的取值直接影响到热网的水力工况及工程造价,它的技术性、经济性都比较强,是一个重要的设计参数。比摩阻的计算一般采用查表法或公式法。
查表法,就是在设计手册的/网络水力计算表0中,根据所设计的流量,选取对应的管径,直接查出比摩阻的数值。公式法,就是利用比摩阻的公式进行计算:先计算出管道摩擦系数K值,再求出比摩阻R。
K值可用尼古拉兹公式计算:
K=1/(1.14+21g@d/k)2
管道比摩阻R用下列公式计算:
R=6.25@10-2@K/Q@G2/d5
式中:K-管道摩擦系数;
d-管道内径m;
G-管道介质流量t/h;
Q-介质密度kg/m3;
k-管壁绝对粗糙度m;
R-管段比摩阻Pa/m;
查表法和公式法在使用上都存在一定弊病。查表法,由于/网络水力计算表0中管道规格较少,特别是大管径的比摩阻一般设计手册中都很少见,而且表中流量数值的/空档0较多,查出的比摩阻数值大都是近似值,这就使计算误差很大,造成实际的运行工况与设计工况不相符。采用公式法计算,虽然不受管径和流量的限制,计算也很精确,但计算太繁琐,速度太慢,所以除了计算特殊的管径、流量采用公式法外,一般很少采用。
本文介绍一种比摩阻快速计算方法。管道的比摩阻与管段的阻力特性系数和流量的平方均成正比关系。
即:R=SG2Pa/m
式中:S-管段的阻力特性系数
Pa/(m3h)2
表一列出了常用各种规格管道的比摩阻快速计算公式。
用表一的快速计算公式,管径DN25-DN1200m m之间任何流量的比摩阻都可精确、快速计算出来。
例1已知:室外蒸汽网,管径DN300m m,流量G=20T/h,求R=?
计算:R=0.37953@202=151.8Pa/ m
例2已知:室外热水网设计流量120T/h,如果要求R不大于80Pa/m,应选多大管径的管道?
根据快速计算公式:S=R/G2=80/ 1202=0.005555
查快速计算公式S接近于0.005555的管径为DN200的管道,其S=0.00422
此时R=0.00422@1202=60.768Pa/m <80Pa/m,符合选用要求。
管道比摩阻的快速计算
青岛热电集团有限公司刘振
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采用快速计算公式,计算速度要比常规公式法快几十倍,此方法不但快速、准确,而且公式可以记在日记本或电子笔记本上随身携带,现场计算非常方便,是查表
法和公式法不能比拟的。快速计算公式笔者已应用多年,实践证明确实准确、快捷、方便,收到了事半功倍的效果。
管道比摩阻的快速计算
区域供热2000.2期 在供热工程设计中,管道比摩阻的计算是必不可少的重要的程序。比摩阻的取值直接影响到热网的水力工况及工程造价,它的技术性、经济性都比较强,是一个重要的设计参数。比摩阻的计算一般采用查表法或公式法。 查表法,就是在设计手册的/网络水力计算表0中,根据所设计的流量,选取对应的管径,直接查出比摩阻的数值。公式法,就是利用比摩阻的公式进行计算:先计算出管道摩擦系数K值,再求出比摩阻R。 K值可用尼古拉兹公式计算: K=1/(1.14+21g@d/k)2 管道比摩阻R用下列公式计算: R=6.25@10-2@K/Q@G2/d5 式中:K-管道摩擦系数; d-管道内径m; G-管道介质流量t/h; Q-介质密度kg/m3; k-管壁绝对粗糙度m; R-管段比摩阻Pa/m; 查表法和公式法在使用上都存在一定弊病。查表法,由于/网络水力计算表0中管道规格较少,特别是大管径的比摩阻一般设计手册中都很少见,而且表中流量数值的/空档0较多,查出的比摩阻数值大都是近似值,这就使计算误差很大,造成实际的运行工况与设计工况不相符。采用公式法计算,虽然不受管径和流量的限制,计算也很精确,但计算太繁琐,速度太慢,所以除了计算特殊的管径、流量采用公式法外,一般很少采用。 本文介绍一种比摩阻快速计算方法。管道的比摩阻与管段的阻力特性系数和流量的平方均成正比关系。 即:R=SG2Pa/m 式中:S-管段的阻力特性系数 Pa/(m3h)2 表一列出了常用各种规格管道的比摩阻快速计算公式。 用表一的快速计算公式,管径DN25-DN1200m m之间任何流量的比摩阻都可精确、快速计算出来。 例1已知:室外蒸汽网,管径DN300m m,流量G=20T/h,求R=? 计算:R=0.37953@202=151.8Pa/ m 例2已知:室外热水网设计流量120T/h,如果要求R不大于80Pa/m,应选多大管径的管道? 根据快速计算公式:S=R/G2=80/ 1202=0.005555 查快速计算公式S接近于0.005555的管径为DN200的管道,其S=0.00422 此时R=0.00422@1202=60.768Pa/m <80Pa/m,符合选用要求。 管道比摩阻的快速计算 青岛热电集团有限公司刘振 -19-
管路阻力计算和水泵选型
2.1水系统管路阻力估算、管路及水泵选择 a)确定管径 一般情况下，按5℃温差来确定水流量（或按主机参数表中的额定水流量），主管道按主机最大能力的总和估算，分支管道按末端名义能力估算。根据能力查下面《能力比摩阻速查估算表》，选定管型。 b)沿程阻力计算 根据公式沿程阻力=比摩阻×管长，即H y=R×L，pa，计算时应选取最不利管路来计算：第一步：采用插值法计算具体的适用比摩阻，比如能力为，范围属于“6＜Q≤11”能力段，K r=，进行插值计算。 R=104+（）×= pa/m 第二步：根据所需管长计算沿程阻力，假设管长L=28m，则 H y= R×L=×28= pa= kpa c)局部阻力计算 作为估算，一般地，把局部阻力估算为沿程阻力的30-50%，当阀门、弯头、三通等管件较多的时候，取大值。实际计算采用如下公式： Hj=ξ*ρv2/2，ξ---局部阻力系数，ρv2/2---动压 ρv2/2动压查表插值计算，ξ局部阻力系数参考下表取值：
d)水路总阻力计算及水泵选型 水路总阻力包括：所有管道的沿程阻力、阀门、弯头、三通等管件的局部阻力、室外主机的换热器阻力（损失）、室内末端阻力（损失），后面两项与不同的主机型号和末端相关。计算式为： H q=H y+H j+H z+H m+H f H z——室外主机换热器阻力，一般取7m水柱 H m——室内末端阻力 H f——水系统余量，一般取5m水柱； 总阻力计算完成后，就可以根据总阻力选取流量满足要求的情况下能提供不小于总阻力扬程的水泵来匹配水系统。选取水泵时要根据“流量——扬程曲线”来确定，但扬程和流量不能超出所需太大（一般不超过20%），避免导致出现水力失调和运行耗能较高。 水系统的沿程阻力和局部阻力与系统水流量和所采用的管径相关，流量、管径及所使用各种配件的多少决定总阻力，流量取决于主机能力（负荷）及送回水温差，流量确定的情况下，管径越大，总阻力越小，水泵的耗能越小，但管路初投资会增大。 PE-RT地暖管的规格（参考）（红色字的为推荐使用规格、计算基准） ?计算例 现有项目系统图如下：
供热管网各参数计算常用公式
供热管网各参数计算 常用公式
供热管网各参数常用计算公式 1比摩阻R （P/m ）——集中供热手册P 196 R = 6.25×10-2×52d G ρλ 其中：λ—— 管道摩擦系数（查动力管道手册P345页） λ= 1/（1.14+2×log K d ）2 G —— 介质质量流量（t/h ） 或：R=d 22 λρν=6.88×10-3×25.525 .02d K G ρ ρ—— 流体介质密度（kg/m 3） d —— 管道内径（m ） K ——管内壁当量绝对粗糙度（m ） 2、管道压力降△P （MPa ） △P = 1.15R （L+∑Lg ）×10-6 其中：L —— 管道长度（m ） ∑Lg ——管道附件当量长度（m ） 3、管道单位长度热损q （W/m ） q = 其中：T 0 —— 介质温度（℃） λ1 —— 内层保温材料导热系数（W/m.℃） λ2 —— 外层保温材料导热系数（W/m.℃） D 0 —— 管道外径（m ） D 1 —— 内保温层外径（m ） D 2 —— 外保温层外径（m ） α—— 外表面散热系数[α=1.163×（10+6?）] ?—— 环境平均风速。预算时可取α=11.63 Ln —— 自然对数底 4、末端温度T ed （℃） 2122011012121)16(D D D Ln D D Ln T αλλπ++-
T ed = T 0 - GC L L q g 310)(-?+ 其中：T 0 —— 始端温度（℃） L —— 管道长度（m ） Lg —— 管道附件当量长度（m ） G —— 介质质量流量（t/h ） C —— 介质定容比热（kj / kg.℃） 5、保温结构外表面温度T s （℃） T s = T a + α π2D q 其中：Ta ——环境温度（南方可取Ta =16℃） 6、管道冷凝水量(仅适用于饱和蒸汽)G C （t/h ） G C = γ3 106.3-?qL 其中：γ——介质汽化潜热（kj / kg ） 7、保温材料使用温度下的导热系数λt （W/m.℃） λt =λo +2 )(B A T T K + 其中：λo ——保温材料常态导热系数 T A —— 保温层内侧温度（℃） T B —— 保温层外侧温度（℃） K —— 保温材料热变系数 超细玻璃棉K=0.00017 硅酸铝纤维K=0.0002 8、管道直径选择d （mm ） 按质量流量计算：d = 594.5 ωρG 按体积流量计算：d = 18.8ωνG 按允许单位比摩阻计算：d = 0.0364×52 R G ?νλ 其中：G —— 介质质量流量（t/h ） G v —— 介质体积流量（m 3/h ） ω —— 介质流速（m/s ） ρ —— 介质密度（kg/m 3）
供热管网各参数计算常用公式
供热管网各参数常用计算公式 1比摩阻R （P/m ）——集中供热手册P 196 R = ×10-2×52d G ρλ 其中：λ—— 管道摩擦系数（查动力管道手册P345页） λ= 1/（+2×log K d ）2 G —— 介质质量流量（t/h ） 或：R=d 22 λρν=×10-3×25 .525 .02d K G ρ ρ—— 流体介质密度（kg/m 3） d —— 管道内径（m ） K ——管内壁当量绝对粗糙度（m ） 2、管道压力降△P （MPa ） △P = （L+∑Lg ）×10-6 其中：L —— 管道长度（m ） ∑Lg ——管道附件当量长度（m ） 3、管道单位长度热损q （W/m ） q = 其中：T 0 —— 介质温度（℃） λ1 —— 内层保温材料导热系数（W/m.℃） λ2 —— 外层保温材料导热系数（W/m.℃） D 0 —— 管道外径（m ） D 1 —— 内保温层外径（m ） D 2 —— 外保温层外径（m ） α—— 外表面散热系数[α=×（10+6?）] ?—— 环境平均风速。预算时可取α= Ln —— 自然对数底 4、末端温度Ted （℃） Ted = T 0 - GC L L q g 3 10)(-?+ 其中：T 0 —— 始端温度（℃） L —— 管道长度（m ） Lg —— 管道附件当量长度（m ） G —— 介质质量流量（t/h ） 2122011012121)16(D D D Ln D D Ln T αλλπ++-
C —— 介质定容比热（kj / kg.℃） 5、保温结构外表面温度Ts （℃） Ts = T a + α π2D q 其中：Ta ——环境温度（南方可取Ta =16℃） 6、管道冷凝水量(仅适用于饱和蒸汽)G C （t/h ） G C = γ3 106.3-?qL 其中：γ——介质汽化潜热（kj / kg ） 7、保温材料使用温度下的导热系数λt （W/m.℃） λt =λo +2 )(B A T T K + 其中：λo ——保温材料常态导热系数 T A —— 保温层内侧温度（℃） T B —— 保温层外侧温度（℃） K —— 保温材料热变系数 超细玻璃棉K= 硅酸铝纤维K= 8、管道直径选择d （mm ） 按质量流量计算：d = ωρG 按体积流量计算：d = ωνG 按允许单位比摩阻计算：d = ×52 R G ?νλ 其中：G —— 介质质量流量（t/h ） G v —— 介质体积流量（m 3/h ） ω —— 介质流速（m/s ） ρ —— 介质密度（kg/m 3） ΔR —— 允许单位比摩阻（Pa/m ） 9、管道流速ω（m/s ） ω= π ρ29.0d G 其中：G —— 介质质量流量（t/h ） ρ —— 介质密度（kg/m 3） d —— 管道内径（m ）
管路水力计算
一、管路水力计算的基本原理 1、一般管段中水的质量流量G，kg/h，为已知。根据G查询热水采暖系统管道水力计算表，查表确定比摩阻R后，该管段的沿程压力损失Py=Rl就可以确定出来。 局部压力损失按下式计算 （1） Σξ--------表示管段的局部阻力系数之和，查表可知。 可求得各个管段的总压力损失 （2） 2、也可利用当量阻力法求总压力损失： 当量阻力法是在实际工程中的一种简化计算方法。基本原理是将管段的沿程损失折合为局部损失来计算，即 （3） （4） 式中ξd——当量局部阻力系数。 计算管段的总压力损失ΔP可写成
（5） 令ξz h = ξd +Σξ 式中ξz h|——管段的这算阻力系数 （6） 又(7) 则（8） 设 管段的总压力损失 （9） 各种不同管径的A值和λ/d值及ξz h可查表。 根据公式（9）编制水力计算表。 3、当量长度法 当量长度法是将局部损失折算成沿程损失来计算的一种简化计算方法，也就是假设某一管段的局部压力损失恰好等于长度为ld的某段管段的沿程损失，即
（10） 式中ld为管段中局部阻力的当量长度，m。 管段的总压力损失ΔP可写成 ΔP = Py + Pj = Rl + Rld = Rlzh （11） 式中lzh为管段的折算长度，m。 当量长度法一般多用于室外供热管路的水力计算上。 二、热水采暖系统水力计算的方法 1、热水采暖系统水力计算的任务 a、已知各管段的流量和循环作用压力，确定各管段管径。常用于工程设计。 b、已知各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用压力。常用于校核计算。 c、已知各管段管径和该管段的允许压降，确定该管段的流量。常用于校核计算。 2、等温降法水力计算方法 2-1 最不利环路计算 （1）最不利环路的选择确定 采暖系统是由各循环环路所组成的，所谓最不利环路，就是允许平均比摩阻最小的一个环路。可通过分析比较确定，对于机械循环异程式系统，最不利环路一般就是环路总长度最长的一个环路。
水管摩擦阻力计算表
DN15DN20DN25DN150DN200DN250DN300KW 0.6 2.3 3.6KW 666126719842828L 0.030.110.17L 31.860.594.7135R11439569R123715812096R218312086DN32R2295 196147118DN350KW 0.6 2.9 4.88.4KW 1337209329754211L 0.030.140.230.4L 63.899.9142201R124416311182R117613310787R2319 209150102DN40DN50R2218164131105DN400KW 3.8 6.110.513.823.0KW 14082200314344415468L 0.180.290.50.66 1.1L 67.2105150212261R124818012510175R11951481199684R2323 23115813193DN65R2241182145117103KW 7.112.616.627.745.7KW 14792305328946725740L 0.340.60.79 1.32 2.18L 70.6110157223274R125517614710677R121416213110593R2330 22518713295DN80R2266200160129113KW 14.719.332.353.275.4KW 15482430345749026013L 0.70.92 1.54 2.54 3.6L 73.9116165234287R123719314210382R1235178143115102R2DN100304 253179129102R2292 219176141124KW 13122.036.960.886.3KW 2535360351126285L 6.27 1.05 1.76 2.9 4.12L 121172244300R181256183133106R1194156126111R2101DN125328 233167133R2240192154135KW 14823041.568.397.0KW 2640377153426557L 7.0611 1.98 3.26 4.63L 126180255313R110277230167134R1211170137121R2 127 95 293 210 167 R2 261 209 168 147 动压Pd (Pa) 水流速v (m/s) 参数公称管径 DN（mm） L—流量（L/S） R1，R2—每米长水管的摩擦阻力（Pa/m）180 319 0.9 404 0.6 45 0.3 0.4 80 0.5 125 2.4 2875 2640 2.3 2.2 2416 2201 2.1 1996 2 1802 1.9 1.8 1617 动压Pd (Pa) 0.7 245 0.8 公称管径 DN（mm） L—流量（L/S） R1，R2—每米长水管的摩擦阻力（Pa/m）参数水流速v (m/s)
管道计算
管路长1000米，落差100米，水流量40立方每小时，求水泵，和管径 流量 Q=40m^3/h = 0.0111 m^3/s 3寸管,内径 D=75mm,管道糙率 n=0.012, 管道摩阻 S=10.3n^2/D^5.33=10.3*0.012^2/0.075^5.33=1469 水泵扬程 H=100+SLQ^2=100+1469*1000*0.0111^2 = 281 m 4寸管,内径 D=100mm,管道糙率 n=0.012, 流速V=4Q/（3.1416D^2)=1.41m/s 管道摩阻 S=10.3n^2/D^5.33=10.3*0.012^2/0.1^5.33=317 水泵扬程 H=100+SLQ^2=100+317*1000*0.0111^2 = 139 m 两种口径的管，差别巨大，应该用4寸管。3寸管水头损失很大，要求扬程太高，不合理。 所以水泵采用流量40立方每小时，扬程140 m左右，据此采购水泵。 若出口为大气压力，则可计算如下： DN100管道比阻 S=0.001736/D^5.3 = 8.79 流量 Q = 40m^3/h = 0.0111 m^3/s 水头损失 H =SLQ^2 = 8.79*1000*0.0111^2 = 1.08 m 供水断面压力 P = pgH = 1000*9.8*1.08 =10584 Pa 流速仅为0.354 m/s。管径可不必这么大。 工程上的办法是：找个管道水力计算表（一般热工书后附录都有），按实际流量先估计出一个管径查管道水力计算表，得出比摩阻，单位是Pa每米。乘以长度得出沿途阻力，沿途乘以0.5-0.9为局部阻力（根据弯头阀门管件得多少选取，超过200米就选0.5）.2个阻力加起来为管道阻力，泵杨程减去管道阻力，在考虑泵出口至管道终点位差，即为管道末端压力。 反复试算管径，直到管道末端压力符合你的工艺要求就可以了。 需要精确的就按水力计算公式计算。 摩阻就是管路阻力=沿程阻力+局部阻力单位是Pa