流体输配管网习题集第六章.doc

第6章? 泵、风机与管网系统的匹配 6-1 什么是管网特性曲线？管网特性曲线与管网的阻力特性有何区别与联系？ 答：枝状管网中流体流动所需的能量与流量之间的关系为，反映了外界环境对管网流动的影响，包含重力作用及管内流体与外界环境交界面的压力作用，当管网处于稳定运行工况时，与流量变化无关。为管网的总阻抗。将这一关系在以流量为横坐标、压力为纵坐标的直角坐标图中描绘成曲线，即为管网特性曲线，见习题6-1图。而管网的阻力特性则反映了管网中流体的流动阻力与流量之间的关系，可用 表示。当时，管网特性曲线为“狭义管网特性曲线”，与阻力特性曲线重合。 （a）广义管网特性曲线???????????????? （b）狭义管网特性曲线与阻力特性曲线 习题6-1图 管网特性曲线与阻力特性曲线 6-2 广义管网特性曲线与狭义管网特性曲线有何区别？ 答：广义管网特性曲线与狭义管网特性曲线分别如习题6-1图所示。广义管网特性曲线，反映在Y轴上有一截距，反映了外界环境对管网流动的影响，包含重力作用及管内流体与外界环境交界面的压力作用，管网处于稳定运行工况时，与流量变化无关。时，需要提供压力能量克服其影响；当时，它可以为管网流动提供能量。管网流动所需能量的另一部分用来克服流体沿管网流动产生的阻力，与流量的平方成正比。当泵或风机的工况沿广义管网特性曲线变化时（如调节泵或风机的转速，不改变管网特性曲线），工况点之间不满足泵或风机的相似律。而具有狭义管网特性曲线的管网，流动所需的全部能量为流体沿管网流动产生的阻力，与流量的平方成正比，当泵或风机的工况沿管网特性曲线变化时遵守相似泵或风机的相似律。 6-3 分析影响管网特性曲线的因素。 答：影响管网特性曲线的形状的决定因素是管网的阻抗S。S值越大，曲线越陡。当流量采用体积流量单位时，管段阻抗S的计算式为： ?? kg/m7 根据S的计算式可知，影响S值的参数有：摩擦阻力系数、管段长度、直径（或当量直径）、局部阻力系数、流体密度。其中取决于流态。由流体力学知，当流动处于阻力平方区时，仅与 （管段的相对粗糙度）有关。在给定管路条件下，若值可视为常数，则有。由此可知，当管网系统安装完毕，管长、管径、局部阻力系数在不改变阀门开度的情况下，都为定数，即S为定值，对某一具体的管网，其管网特性就被确定。反之，改变式中的任一参数值，都将改变管网特性。由于S正比于、，反比于，所以当管网系统较长、管径较小、局部阻力（弯头、三通、阀门等）部件较多、阀门开度较小、管内壁粗糙度较大、流体密度较大都会使S值增加，管网特性曲线变陡；反之则使S值减小，管网特性曲线变缓。在管网系统设计和运行中，都常常通过调整管路布置、改变管径大小或调节阀门的开度等手段来达到改变管网特性，使之适应用户对流量或压力分布的需要。 外界环境对管网流动的影响反映在项上，包含重力作用及管内流体与外界环境交界面的压力作用，在管网特性曲线图上反映在Y轴上有一截距，管网处于稳定运行工况时，与流量变化无关。重力或管内流体与外界环境交界面的压力作用与流体流动方向一致时，推动流体流动，反之则阻碍流体流动。 6-4 什么是系统效应？如何减小系统效应？ 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”。 减小系统效应最主要的方法是在泵或风机的进出口与管网连接时采用正确的连接方式，如进出口接管保证足够长的直管段、选择正确的流动转弯方向、采用专门的引导流体流动的装置等。 6-5 什么是管网系统中泵（风机）的工况点？如何求取工况点？ 答：管网系统中泵（风机）的工况点是泵或风机在管网中的实际工作状态点。将泵或风机实际性能曲线中的（或）曲线，与其所接入的管网系统的管网特性曲线，用相同的比例尺、相同的单位绘在同一直角坐标图上，两条曲线的交点，即为该泵（风机）在该管网系统中的运行工况点，如习题6-5图（1）中，曲线I为风机的曲线，曲线II为管网特性曲线。A点为风机的工况点。在这一点上，泵或风机的工作流量即为管网中通过的流量，所提供的压头与管网通过该流量时所需的压头相等。 习题6-5解答图（1） 风机在管网中的工况点 当管网有多台水泵或风机联合（并联或串联）工作时，应先求出多台水泵联合运行的总性能曲线，此总性能曲线与管网特性曲线的交点为管网系统的联合运行工况点；然后再求各台水泵或风机各自的工况点。此时应特别注意单台水泵或风机的性能曲线与管网特性曲线的交点不是该水泵在联合运行时