1、流体输配管网主要知识点学习指导第1章到第八章流体输配管网主要知识要点学习指导与本专业有关的流体输配管网，种类很多，技术繁杂。同时，平台课的教学计划学时又非常有限。流体输配管网课程共48学时，其中理论教学为44学时，实验4学时。若采用原来专业课的教学方法，面面俱到，讲授新构成的平台课程，难以获得好的教学效果。流体输配管网课程的两个关键是：（）必须把本专业各类流体输配管网共同的技术原理和方法讲深、讲透，讲完整，即构造一个共性体系；（）要注意平台课沟通基础课与专业课的桥梁作用，不能脱离具体的工程实践，讲成纯粹的网络理论。共性原理要能解决个性（具体管网）问题。-课前准备由于要联系具体的工程管网，这就要
2、求学生在学习本门课程前，对实际的管网有基本的了解。学生在本门课程之前，要学习制图、建筑环境与设备工程概论、流体力学等课程和进行认识实习。可在认识实习任务书中，给学生下达如下任务：认真观察13个不同的流体输配管网，并绘制出管网轴测图。管网类型不限。要求学生结合建筑环境与设备工程概论课程学习的知识和流体输配管网教材的第一章，根据自己所观察的实际工程的流体输配管网，回答以下问题：（1）该管网的作用是什么？（2）该管网中流动的流体是液体还是气体？还是水蒸气？是单一的一种流体还是两种流体共同流动？或者是在某些地方是单一流体，而其他地方有两种流体共同流动的情况？如果有两种流体，请说明管网不同位置的流体种类
3、、哪种流体是主要的。（3）该管网中工作的流体是在管网中周而复始地循环工作，还是从某个（某些）地方进入该管网，又从其他地方流出管网？（4）该管网中的流体与大气相通吗？在什么位置相通？（5）该管网中的哪些位置设有阀门？它们各起什么作用？（6）该管网中设有风机（或水泵）吗？有几台？它们的作用是什么？如果有多台，请分析它们之间是一种什么样的工作关系（并联还是串联）？为什么要让它们按照这种关系共同工作？（7）该管网与你所了解的其他管网（或其他同学绘制的管网）之间有哪些共同点？哪些不同点？如果认识实习安排在本课开课前一学期，可将这个与认识实习结合。通过这个作业，使学生对流体输配管网的组成、功能有初步的认识
4、，并引发学生对管网的一些共性进行思考。第一章 流体输配管网型式与装置本章教学内容与特点分析：介绍工程中的各类流体输配管网；介绍流体输配管网功能与作用、型式、主要组成部件与装置；分析总结流体输配管网的共性；归纳基本概念。本章的教学思路是从个别到一般，从具体到抽象，从实际到理论；讲授特点是描述性介绍与总结归纳相结合。引言：列举自然界中的流体输配管网如人体呼吸系统、血液循环系统、植物的水分输送系统、江河系统等；工程中的流体输配管网如西气东输、城市和建筑供热管网与给排水管网、空调通风管网等，说明本课程的普遍意义和重要作用，激发学生的学习兴趣。本章的内容主要是给学生看的，没有必要逐一描述讲解本章教材中的
5、各种管网型式与装置。可以在学生所完成的认识实习的基础上，直接总结归纳本章的知识要点。当然也可以从教材中选讲少数具体管网，从中归纳总结知识要点。宜气体、液体、多相流管网选讲一个，也可以是教师最熟的或学生最感兴趣的。在教学中举例认识了以下管网。、厨房排烟管网系统。依照人们为实现排烟的目的如何安装各种装置、构建管网、完善功能的线索，引导学生认识管网的组成、功能。紧接着对管网组成的进行归纳：管道系统动力调控装置末端设备。通过对该管网特点的分析，引出开式管网、枝状管网、汇流与分流等概念。、西气东输接续管网介绍管网的组成。结合管网分析，建立管网分级、环状管网的概念。、建筑物采暖系统按照自然循环采暖系统机械
6、循环采暖系统蒸汽采暖系统的次序进行介绍，结合前面的有关概念如支状与环状、开式管网等概念进行分析，并引出闭式系统的概念、同程式与异程式系统的概念；对比自然循环与机械循环，归纳动力源的种类；认识管网工作中的流体相变现象，认识特殊功能设备“疏水器”。、城市供热管网与建筑物采暖的整体供热系统介绍系统的组成。结合讲解，进一步深化学生对支状与环状、开式与闭式等概念的认识。介绍一次网与二次网的概念以及管网之间的连接，简要分析采用不同连接方式的原因。重点阐述上下级管网之间“水力相关性”的概念。、气力输送系统介绍系统组成，分析其特点。重点讲述多相流的概念。教学手段：描述介绍的管网用多媒体图片展示给学生。 任务：
7、管网共性归纳从以下方面：）管网的功能：输、配流体（简要引申：输送能量）；）管网的基本组成：管道、动力、调控、相关装置；）管网的基本类型：按管内流体与管外流体的关系、动力的性质、流向的确定性、流程路径长短；）管网的分级与连接：水力相关与否等分类。要求学生看书、查阅参考材料，结合认识实习，通过对具体管网特性的分析和不同管网共性的总结，深化对管网组成、功能及相关概念的认识。第二章气体输配管网水力特征与水力计算主要知识：重力、压力及重力和压力综合作用的种气体管流的水力特征；流体输配管网水力计算的基本原理和方法，相关概念，环路与环路位压，阻力平衡，动静压的相互转换。讲授以分析为主。气体管网的水力特征气体
8、管流的动力分析（）断面之间的能量方程，（管段中设置动力H全压）H全压=(H22g-H2ag +P2+1/2u22)-(H11g-H1ag +P1+1/2u12)+P12 -(压力形式能量方程,单位帕)依次分析：）竖向开口管道；）形竖向开口管道；）竖向闭式管网从流动能量方程直接引出压力管流水力特征；重力和压力综合作用的管流水力特征。重点分析位压，引出环路的概念及环路位压的计算通式；动力可以来源于管内外的密度差，也可来自于两段连通竖管的密度差。分析全压差；归纳出：气流从一个断面流到另一个断面的动力，压力流、重力流、综合作用（注意重力与压力作用方向一致或相反对流动动力的影响）；强调动力阻力平衡的概念
9、；动压静压相互转换的概念。（）小结：）气体管网的动力构成及对气流运动的作用；）动力源。 气体输配管网阻力分析在回顾流体力学知识的基础上进行。（）阻力构成：沿程摩擦阻力，局部阻力。（）沿程摩擦阻力简要分析沿程摩擦阻力产生的原因。计算通式 对于管道材料、断面尺寸、流体密度及流量不变化的一段，有： 分析：密度变化的情况。引向工程实际，工程中造成密度变化的案例（海拔高度、环境温度、工作压力等）。分析： 的影响因素。指出：公式繁多，不同的情况应有不同的计算公式，应用时要注意公式、图表的使用条件。（学生结合作业自己查找公式、图表，不详细介绍）明确提出，不要死记硬背公式，更要强调实际工程千变万化，往往和公式
10、、图表条件不一致。“修正”的重要性和方法。引导学生认识到“修正”是科学和工程技术的重要方法，从死板的形而上学到科学的辩证的准确，即含有允许误差的精确。（）局部阻力简要分析局部阻力产生的原因。分析：局部阻力系数的影响因素。引向工程实际。指出查找局部阻力系数的资料来源，强调应注意对应的动压；简要分析局部阻力之间的相互影响，引申出管道设计布置时的注意事项。管内流速分析指出：设计流体输配管网是为了输送要求的流量，因此，管内流速是设计者可以主观确定的一个参数。强调是一个十分重要的技术经济参数，主观确定不是随意确定，要从技术经济和环境等方面综合分析才能确定合理的流速。分析：流速值不同产生的影响：阻力，稳定
11、性，噪声，造价，能耗等。引向工程实际，可用工程案例分析。 流体输配管网水力计算的基本原理与方法本章重点。引言：基本目的保证流体的输送、分配。直接目的为保证要求的总流量和流量分配，确定管道尺寸和动力大小或判断已有的管道尺寸和动力大小是否满足流体输配的要求。基本原理（）管段的阻力包含沿程摩擦阻力与局部阻力；（）串联管路总阻力各个串联管段阻力之和；（）不包含动力源的并联管段阻力相等；这是引言流体力学的理论。（）闭合环路阻力与动力的代数和为零。终点强调这是基本规律，若违背它，则环路流量必然发生变化，自动满足这一规律，但这时的流量不是设计的流量。基本类型及计算目标（）设计性计算：已知管网布置、管网各处的
12、流量需求。确定管网所有管道的断面；确定管网对动力的需求。（）校核性计算：已知管网布置、结构尺寸、动力一般也是确定的。确定管网各处的流量需求是否得到满足。常用方法（）假定流速法。介绍基本步骤；强调关键参数：流速；指出适用条件动力大小待定。举工程实例。（）压损平均法。介绍基本步骤；强调关键参数：平均压损；指出适用条件资用压力已定。举工程实例。（）静压复得法。介绍基本思路；强调关键参数：出口静压；指出适用条件要求均匀分配流量。举工程实例。气体输配管网的水力计算开式、支状、不可压缩、无位压的例子例采用假定流速法。重点强调流速的选取、最不利环路的概念、阻力平衡。要求学生学习例，对困难学生加强课后辅导答疑
13、。均匀送风管道分析实现均匀送风的技术原理。要求学生结合作业学习例，对困难学生加强课后辅导答疑。开式、有位压的气体管道水力计算复习位压的概念及其在管道流动中的作用。举例分析建筑燃气管网中的动力情况（例子：某“上有九重天，下有十八地狱”的楼房）。要求学生结合作业学习例，引导学生思考建筑燃气管网为什么可以不进行阻力平衡(有位压+,-)，灌输工程概念。对困难学生加强课后辅导答疑。第三章液体输配管网的水力特征与水力计算在教学中要突出与气体管网的区别、特殊性、特点，同时也要提炼二者的共性。水力特征断面之间的水力特征分析两断面之间的能量方程：认为u2=u1 H扬程 =(Z2+P2/)-(Z1+P1/)+hw
14、 (液柱高度形式能量方程,单位mH2O) H扬程g =(Z22g+P2)-(Z11g+P1)+hw.g (压力形式能量方程,单位帕) -（）液体管网的Z2g、 Z1g位压作用很强。（强调这是液体管网与气体管网之间的主要区别之一，或是液体管网的主要水力特征之一。）则：不考虑液体密度变化时，根据（）有：2=1 H扬程g =(Z2g+P2)-(Z1g+P1)+hw.g -（）开式液体管网的水力特征开式管网，当管网进口与出口均与大气相通时，有：P2= P1 H扬程 =(Z2)-(Z1)+hw - （）即动力用来克服流动阻力（包括进、出口损失）和提升液体。若进口是密闭有压空间或与连接在上一级管网，则应根
15、据（）式确定。闭式液体管网的水力特征（）复述环路、闭式管网的概念。再次提醒不要混淆闭式管网与环状管网的概念。（）重力循环闭式管网环路的水力特征以热水采暖管网为例进行分析。环路位压动力： 指出与气体环路遵循同一规律，是二者的共性。环路循环方向。包含共同管段的不同环路的环路位压。这是难点，也是要提炼的共性，结合具体管网图分析。并联管段的资用动力。并联管段的流量分配规律。强调并联管段的资用动力不同时的流量分配特点。这是难点，也是要提炼的共性，结合具体管网图分析。（）机械循环闭式液体管网的水力特征环路动力阻力平衡关系： 指出同样适用于气体管网，是共性。并联管段的资用动力课堂思考：冷热源在管网的不同位置
16、时的循环流动方向。课堂小结：动力阻力平衡；环路；资用动力的概念。 水力计算开式液体管网的水力计算假定流速法。实质与气体管网相同，是共性。特别是与建筑燃气管网共性多，在对流体输配的要求上具有相似的特点；而与通风空调风管系统的主要差别也是在对流体输配的要求上，由此造成水力计算细节上的差异。教育学生工程上要重视服务对象的要求的特点，是工程师素质的培养。以建筑给水管网为例，介绍这类管网水力计算的特点：（）计算流量考虑同时使用系数（）阻力平衡的特点一般不进行平衡。（引申：为什么？）学生自学例。重力循环闭式管网的水力计算以双管系统为例。（）计算资用动力最小、最远环路的资用动力。（）确定该环路管径，讲解平均
17、比摩阻的概念。（）计算各个管段的阻力。（）计算其他环路。重点讲清：并联管段的资用动力的确定方法。机械循环闭式管网的水力计算（）计算最不利环路的阻力已知流量假定流速选择管径计算阻力（）确定管网循环动力（）计算其他环路。计算资用动力选择管径计算阻力进行阻力平衡。小结：水力计算的共性与差异，假定流速法的基本步骤；阻力平衡的实质。章总思考题：从管网的构成、装置；水力特征；水力计算方法对工程中的各类管网进行分析总结。重点在从特殊性中提炼共性基本的规律、原理、方法等。第四章多相流管网的水力特征与水力计算本章可以部分或全部不讲。水力特征的重点是同一管道中，不同密度的流体之间的相互影响阻碍与拖动作用；水力计算
18、的重点是：如何借用单向流（气或液）管网的水力计算方法，混合密度、非主流体对主流体的阻力。4液气两相流的水力特征与水力计算液气两相流管网的水力特征（）无相变， ，重点研究以液体运动为主体的流动，如建筑排水管网。（）横管内的流动。讲解现象，分析竖管转向横管的能量方程。水封的概念。（）竖管内的流动。分析管内压力变化和水流状态，重点分析保证正常排水和增大排水能力的关键技术原理。建筑排水管网的水力计算提要：非满管流、通气管系设计、横管与立管的区分等特性。主要学生自学。汽液两相流管网的水力特征与水力计算有相态的变化。以蒸汽供热管道为例。水力特征蒸汽主动，凝结水从动。液相的惯量大。在转弯处可能产生水击。避免
19、水击的技术措施：尽量采用汽水同向流动。室内低压蒸汽管网水力计算近似按汽体单相流处理。简要分析理由。分析：流动的动力入口的蒸汽压力；指出适合动力已定的情况，适合的水力计算基本方法压损平均法。分析：密度变化的处理。基本公式：-查表计算，注意控制参数的取值。室内高压蒸汽管网水力计算基本原理同低压蒸汽管网。，简要分析理由。室外蒸汽供热管网计算原理与热水管道一致。计算采用查表方法。注意修正：密度修正；值修正。以上学生自学例题。通过课后作业加强学生理解和实际动手设计计算能力。凝结水管网的水力特征与水力计算（）水力特征以包括各种流动状况的凝结水回收系统为例，分析各段的流动特征。重点讲解乳状混合物两相流段。处
20、理方法：两相流简化为单向流。关键：混合物密度的计算方法。（）水力计算学生自学例、例。气固两相流的水力特征与水力计算水力特征（）悬浮速度与沉降速度的概念（）流动的推动力（）气流遇到的阻力流态与阻力特征分析关键参数（）料气比（）输送速度（）速比阻力计算关键思路：总阻力气流流动阻力物料阻力以喉管阻力为例进行简要分析。第五章泵与风机的理论基础本章重点：工程中有关使用泵与风机的理论离心式泵与风机的基本理论离心风机讲解离心风机的结构。离心水泵比较离心风机与离心水泵的结构不同之处。思考：为什么离心式风机不需要轴封？以上两项内容，可在认识实习中进行。离心式泵与风机的工作原理及性能参数工作原理简要介绍工作原理。
21、指出：水泵工作前需要灌满水。性能参数（）流量。提示：流量随工作条件变化会发生变化。（）全压与扬程。提示：扬程是能量的概念，不能简单认为是“能把水抽多高”。辨析：一台额定流量120kg/h、扬程50m的水泵，一定能把120kg/h的水抽升50m高吗？（）功率。有效功率 ，轴功率 。注意功率与流量及扬程的关系。（）效率（）转速基本方程欧拉方程绝对速度、相对速度、牵连速度的关系流体在叶轮中运动的速度三角形速度三角形；绝对速度沿径向与周向的分解。欧拉方程（）基本假定恒定流；不可压缩；理性流动（忽略流动能量损失）；叶片无限多，无限薄。（）建立方程依据动量矩定理，流体进出口动量矩变化等于外力矩。故得：-，
22、即为欧拉方程。讨论：欧拉方程）此为理论扬程关系式，忽略了内部叶轮运动过程，它只与进出口速度三角形有关。） 与密度无关。欧拉方程的修正点假设的前两项成立。叶片有限的修正。简要讲解“轴向涡流”的概念。，环流系数修正。泵与风机的损失与效率流动损失及效率泄漏损失及效率轮阻损失及效率泵与风机的功率与效率分清有效功率、内功率、轴功率、配用电机的概念。性能曲线及叶型对性能的影响三条曲线（） ；（） ；（） ；叶型对性能的影响分析前向、径向、后向型叶片的 及 曲线。分析前向、径向、后向型叶片的全压构成特点。主要分析动压成分及对性能的影响。泵与风机的实际性能曲线理论曲线欧拉方程；实际性能曲线按标准试验方法测定的
23、曲线，包含泵与风机自己的损失；管网中的性能曲线包含管网对泵、风机的影响。示例：离心风机性能曲线的大致形状。泵与风机的性能试验方法（学生实作试验）测定得到产品样本、性能曲线（表）、铭牌参数。提示学生：试验系统是按尽可能避免管网对泵与风机性能影响组成的，试验中注意这些措施。引导学生思考，当不满足标准的试验条件时，测出的性能曲线（表）会有什么变化？这有什么工程意义？相似律与比转数重点内容。相似原理（）相似条件几何相似；运动相似；动力相似。关系：通过几何相似和动力相似达到运动相似。分析动力相似：主要作用的动力；动力变化是否已不影响所研究的问题（如自模区）。（）入口速度三角形相似由入口速度三角形相似推出
24、流量系数相等。由此得到离心式泵与风机相似的条件归结为：几何相似、流量系数相等、雷诺数和欧拉数相等。相似律的应用（重点讲解，示例）（）全压系数及相似风机（泵）的全压、扬程换算关系（）功率系数及相似风机（泵）的功率换算关系（）效率相等。（）性能曲线无因次化。相似风机（泵）的无因次性能曲线相同。应用及换算关系。（）同一水泵（风机）变化运行条件的性能参数换算比转数比转数的定义式。双进风（液）、两级串联的泵与风机的比转数计算式。比转数的应用：划分泵（风机）的类型，用于泵与风机选型；反映几何形状；用于泵与风机设计。学生自学其他常用泵与风机。第六章管网系统水力工况分析管网特性曲线相关概念与原理回顾能量方程：
25、两断面之间的能量方程：认为u2=u1H扬程g =(Z22g+P2)-(Z11g+P1)+hw.g (压力形式能量方程,单位帕)-（）（）液体管网的位压作用很强。动压所占比例很小，不考虑液体密度变化时，则：H扬程g =(Z2g+P2)-(Z1g+P1)+hw.g -（）开式管网，当管网进口与出口均与大气相通时，有：P2=P1H扬程g =(Z2g)-(Z1g)+hw.g -（）闭式液体管网有：H扬程g =hw.g -（）分析：（）式表明的是一个环路的动力与阻力平衡的概念；若在闭式管网中的一个局部的两个断面，应使用（2）式，此时应计算 ， 。引申：某个管段设置动力，但动力决不只是作用在该管段，该管段
26、消耗的动力一定和它的流动阻力相等，此时该管段出口断面一定还有相当的剩余能量。（）气体管网H全压g =(Z22g+P2+1/22u22)-(Z11g+P1+1/21u11)+hw.g 常见空调通风管网，忽略位压时，H全压g =(P2+1/22u22)-(P1+1/21u11)+hw.g -（）从一个大空间到另一个大空间，忽略动压，则：H全压g =(P2)-(P1)+hw.g -（）沿一个闭合回路：H全压g =hw.g-（）式（）、（）分别与（）、（）有相同的形式。（）、（）何以看做是（）、（）的特例。它们表达了特定的流体输配管网中动力与阻力的关系；或者说，需求的动力随流量变化的关系。以上内容，由
27、于学生对能量方程比较熟悉，快速、讲清楚即可。管网特性曲线重点内容。示例管网特性曲线图。阻抗定义式： 计算式分为质量流量阻抗和体积流量阻抗。简要分析影响阻抗的因素，指出在流动的阻力平方区，阻抗只由管路条件决定。管路串联阻抗： ；管路并联阻抗： 管网系统压力分布本章重点。学生会绘制压力分布图、结合压力分布图对管网进行分析；并加深对管网水力特征的认识。液体管网的水压图（由于本章最开始回顾了能量方程，学生流体力学也学过，所以直接讲工程应用中的水压图分析原理与方法，略去教材能量方程的相关内容。）（）表达式：式（）；简要示例一个管段。（）水压图的工程用途（讲清楚）。（）示例讲解：室内热水供暖管网的水压图。
28、通过对比分析定压点的位置对管网水压图和运行工况的影响，进一步加深学生对水压图及其用途的认识。气体管网的压力分布图（）表达式：压力流管网，有式（）。学生已经熟悉全压、静压、动压等概念，直接应用，不再讲解。但应再次强调：动压和静压可以相互转换。（）通风管路的压力分布图示例讲解。结合压力分布图的分析，进一步深入理解以下内容：动压静压相互转换；动力与阻力平衡；局部阻力与沿程阻力；气体管路的压力分布特性。水泵的安装高度的确定此处属于水压图分析在工程问题中的实际应用，讲清楚气蚀的概念、水泵的安装高度的计算方法，第七章中不再讲解。此处只分析吸入管路中的能量变化，不详细讲水泵内部的能量变化。实际气蚀余量应大于
29、允许临界气蚀余量。从而限制了水泵的安装高度。工程中直接计算此限制高度值。对自由液面提升的情况，限制泵前真空度即允许吸上真空高度，从而使水泵内部压力最低点保持一定的气蚀余量：注意不同使用情况应对 修正。热水管路，采用灌注式，则：讲一个计算例题。热水网路的水压图设计与分析本章的难点。热水网路为闭式循环管网系统。整个热水管网包括一次网和二次网。我们此处分析的是一次网。由于此内容是与专业课供热工程相关联的内容，教材用单线表示一次网，讲解时画出对应的双线系统图。阐明：）是对热水网路的水压状况进行规划设计。干线布置及水力计算已完成。）室内采暖系统水压图学习时，已经了解到静水压线的高度对系统水压的影响很大，确定其高度是一个关键步骤。）静水压线的设计要考虑全局，兼顾各种因素。（）热水网路对压力状况的
