流体输配管网参考试卷

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。（5分） 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？

（10分）

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ns的数学表达式。比转数ns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2900rmin，所配电机功率2.2KW。流量—扬程性能如下表： 流量（m3h） 7.5 22 12.5 20 15 18.5 扬程（m） 管网在设计工况下运行时，流量为15m3h，扬程为18.5m。 （1） 画出设计工况下水泵的性能曲线和管性曲线，并标出工况点。

（2） 在部分负荷时，只需流量7.5m3h。有哪些方法可将管网流量调节到7.5m3h？ （3） 哪种方法最节能？为什么？

（20分）

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4000m3h，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？

（20分）

管段 设计流量（m31—4 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 h） 4000 6 180 设计流速（ms） 计算阻力（pa）

《流体输配管网》课程试题（B卷）参

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。

图3

三、公式PmlRml的使用条件为：管性（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,Kd，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Pq2； d. 根据Pq2计算风口2处动压Pd2，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Pq3；

f. 根据Pq3计算风口3处动压Pd3，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： a. 增加管内壁粗糙度；

b. 立管上隔一定距离（如5层）消能；

c. 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； d. 横支管排出水流沿切线进入立管，使水旋流而下； e. 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： a. 设置通气立管；

b. 在横支管上设单路进气阀； c. 在横支管与立管连接处设挡板；

d. 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；

e. 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：

a. 管网中流动介质为物料与空气形成的两相流体； b. 物料颗粒在悬浮状态下进行输送；

c. 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；

d. 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。

Q2七、nsn3。比转数ns是表明泵与风机性能参数n、Q、p的综合特性指标；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、

P41压力低，叶轮出口相对宽度八、（1）

b2b大；低比转数的风机，说明流量小、压力高，叶轮出口相对宽度2小。高低比转数的泵与风机其性能曲线形状也有差异。 D2D2Ⅱ A

H(pa)Ⅱ’

30201000102030Q(m3/h)Ⅰ

图中Ⅰ为水泵性能曲线；Ⅱ为管性曲线；交叉点A为工况点。

‘

（2）调节管网流量到7.5m3h的方法有：a.改变管性曲线（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610pa，考虑10%的富裕量，风机全压p1.1610670pa；系统所有风量之和为15000m3h，考虑10%的富裕量，选用风机风量Q1.115000165000m3h。

（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4000m3h时，可知p14180pa；因为管段1—4与管段2—4并联，所以p24180pa；

从而，对管段2—4有：S2460002120；S24Q24180；计算可得Q247348m3h。

2 管段4—5中风量Q457348400011348m3h；从而，同理可计算得到p45pa。 p145180244pa

p35244pa

从而，同理可计算得到Q355523m3h。

综上，当1#风口风量为4000m3h时，2#为7348m3h，3#为5523m3h。

(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。

重庆大学《流体输配管网》课程考试题A卷

建筑环境与设备工程专业适用

（120分钟）

一、简答（45分）

1、流体输配管网有那些基本构成？简述它们各自的功能和相互关系。（5分） 2、通风空调的风管系统和燃气输配管网，有哪些共同处？有哪些区别？（5分）

3、建筑热水供暖管网系统与空调冷冻水管网系统的共同点是什么？不同点是什么？（5分）

4、哪些类型的管网要设排气装置？排气装置设在管网的什么位置？哪些类型的管网要设排液装置？排液装置设在管网的什么位置？（5分） 5、假定流速法和压损平均法这两种管网水力计算方法的共同点是什么？不同点是什么？各适用于什么情况的水力计算？（10分）

6、如图所示的管网内是否存在流动动力？若存在，请计算动力大小，并标明实际流动方向。若不存在动力，请说明理由。G——冷源4h3hA2hB1hG 7、（5分） A、一般通风系统风管内空气流速的变化范围是多少？ B、含尘风管内空气流速的变化范围是多少？ C、气力输送管道内空气流速变化范围是多少？ D、热水采暖管道内水流速度变化范围是多少？

8、水泵距吸入端自由水面的高度为什么有？安装高度受哪些因素的影响？（5分）

二、某水泵的样本Q—H—N特性见下表：

a、水泵转速n增加50%，Q—H—N怎样变化？实际工程中能否实现？为什么？ b、水泵直径减小20%，Q—H—N怎样变化？实际工程中能否实现？为什么？（10分）

12sh-6B型水泵的特性表 Q（m3/h） 0 720 900 H（m） 72 67 57 A、B——换热器（从环境吸热）（5分）

N（kW）

151 180 200 三、某管网使用风机一台。在全压为1000Pa时，管网流量为10000m3/h，现需将流量提高到15000 m3/h，决定增加一台相同的风机。问新增加的风机是与原风机并联运行好，还是串联运行好？画出两台风机联合运行曲线和管性曲线进行分析。（15分）

1台风机的特性表

P（Pa） 2250 1000 10000 605 11000 Q（m3/h） 7500 四、如图A、B两点压差为定值△PAB=2000Pa不变。在设计流量GI=GII=GIII=1000 m3/h时，阻力△PAA1=△PA1A2=△PA2A3=200Pa；△PB3B2=△PB2B1=△PB1B=150Pa。请画出此管网的压力分布图。现用户II开大阀2，将自己流量GII增加到1500 m3/h。此时△PA2B2 =1000 Pa，这时管网的压力分布图将怎样变化？并请计算I、III的水力失调度。（10分）

AA1A2A3IⅡⅢBB1B2B3 五、简述风机性能试验的基本方法。你的风机性能试验是否成功？若成功，请分析结果的误差，指出造成误差的主要原因。若失败，请分析失败的技术原因，提出改进意见。（8分） 六、（12分） 如图所示为某实际流体输配管网的网络图。各分支的阻抗为：S（1）=2.2，S（2）=2.3，S（3）=2.4，S（4）=0.2，S（5）=0.3，S（6）=0.4（单位：kg/m7）。该网络图没有节点流量。在分支③上设有流体输配动力，在其合理的工作范围输出流量和压力的函数关系为：P3250V350V3480 Pa 试建立求解该网络图分支流量V（V1,V2,…V6）的计算机分析模型。

（1）建立节点流量平衡方程组。（用矩阵形式表示，并列写出系数矩阵A´。）

（2）选出该网络图的最小阻抗生成树，据此列写该网络图的回路矩阵Cf，并建立回路压力平衡方程组。

（3）将所有分支流量用余支流量（回路流量）的线性组合表示出来。并据此将（1）、（2）建立的方程组简化为只有余支流量（回路流量）未知数的回路压力平衡方程组。 （4）对于（3）所建立的非线性方程组，提出一种数值求解的思路。

224512133

七、附加题：

请用方框图和简明扼要的文字，表述《流体输配管网》的知识体系。（10分）

（120分钟） 一、简答（60分）

1、燃气输配管网是开式还是闭式？上下级管网之间采用直接连接还是间接连接？燃气输配管网为何有的采用环状，有的采用枝状？（5分）

2、建筑排水管网内是液体单相流还是液——气两相流？建筑排水管网的流动障碍主要是什么？克服障碍、增强管网排水能力的关键技术措施是什么？（3、图中所示，（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）（i）哪些是直接连接？哪些是间接连接？直接连接和间接连接的主要差别是什么？（5分）

5分） 4、蒸汽疏水器的作用是什么？用在什么样的管网上？装在什么位置？（5分）

5、流体输配管网水力计算的基本原理是什么？为什么具有共同基本原理的流体输配管网没有统一的水力计算图表？你有什么编制统一的水力计算图表的思路？（（5分）+（5分）） 6、不同的流体输配管网的水力计算区别在哪些地方？使用水力计算公式和图表要注意哪些问题？（5分）

7、如图所示的管网内是否存在流动动力？若存在，请计算动力大小，并标明实际流动方向。若不存在动力，请说明理由。G——热源 A、B——换热器（向环境散热）（5分）

ABG8、（5分） E、建筑给水管道内水流速度变化范围是多少？ h1h2h3h4 F、低压蒸汽供暖系统，管道内蒸汽速度变化范围是多少？ G、室内高压蒸汽供暖系统，管道内蒸汽速度变化范围是多少？ H、室外热水供热管网管内水流速度变化范围是多少？

9、泵与风机的主要性能参数有哪些？影响性能的主要因素有哪些？（5分）

11、某管网的实际流量低于要求的流量。有哪些措施可以使实际流量达到要求？（5分）

12、风机进出口与管网的连接状况为什么会影响到风机的性能？连接时怎样才能避免降低风机的性能？（5分）

二、某风机的样本Q—P—N特性见下表：

a、风机转速n减低50%，Q—P—N怎样变化？实际工程中能否实现？为什么？ b、这台风机在青藏高原运行时，性能会发生什么变化？（5分）

4-84NO10E型风机的特性表 Q（m3/h） 13857 P（Pa） N（kW） 421 2.0 17398 390 2.2 20401 356 2.48 三、某管网使用水泵一台。总流量为 200m3/h时，管网总阻力是10m；管网进出口高差10m。现需将管网总流量增加50%，决定增加一台相同的水泵。问新增加的水泵是并联运行好，还是串联运行好。画出两台水泵联合运行曲线和管性曲线进行分析。（10分）

1台水泵的特性表

H（m） 32.5 20 200 11 220 Q（m3/h） 150 四、如图A、B两点压差为定值△PAB=2000Pa。设计总流量G=3000 m3/h时，各分支流量相等。管路压降△PAA1=△PA1A2=△PA2A3=160Pa，△PB3B2=△PB2B1=△PB1B=140Pa。请画出此管网的压力分布图。现用户III关闭阀3，这时管网的压力分布图将怎样变化？此时△PA3B3为多少？并请计算I、II的水力稳定性。（10分） AA1A2A3IⅡⅢBB1B2B3 五、简述管道性能试验的基本方法。你的管道性能试验是否成功？若成功，请分析结果的误差，指出造成误差的主要原因。若失败，请分析失败的技术原因，提出改进意见。（8分） 六、（12分） 如图所示为某实际流体输配管网的网络图。各分支的阻抗为：S（1）=2.2，S（2）=2.3，S（3）=0.2，S（4）=0.3，S（5）=0.4。（单位：kg/m7）。该网络图1、4节点分别有节点流量，大小方向如图。该网络没有流体输配动力。 试建立求解该网络图分支流量V（V1,V2,…V5）的计算机分析模型。

（1）建立节点流量平衡方程组。（用矩阵形式表示，并列写出系数矩阵A´。）

（2）选出该网络图的最小阻抗生成树，据此列写该网络图的回路矩阵Cf，并建立回路压力平衡方程组。

（3）将所有分支流量用余支流量（回路流量）的线性组合表示出来。并据此将（1）、（2）建立的方程组简化为只有余支流量（回路流量）未知数的回路压力平衡方程组。 （4）对于（3）所建立的非线性方程组，提出一种数值求解的思路。

2310kg/s11432510kg/s4 二、（共15分）如图是某热水供暖管网图。水泵运行时，测得各管段流动阻力ΔP12=ΔP23=ΔP34=5000 Pa , ΔP1’2’=ΔP2’3’=ΔP3’4’=5000 Pa , ΔP11’=25000 Pa , ΔP44’=65000 Pa 。测得用户A、B、C流量均为20 m3/h ，不考虑管网泄露。求： （1） 水泵运行时的流量和扬程？（3分） （2） 开大调节阀c，绘制管网调节前后动水压图和静水压图，说明用户A、B、C流量将如何变化？（6分） （3） 如果测得开大调节阀c后用户C的流量为30 m3/h ，调节c后ΔP44’=45000 Pa求此时用户A、B的流量各是多少？此时水泵的流量和扬程是多少？（6分） 重庆大学《流体输配管网》 课程试题（B 卷） 题号 一 二 三 得分 一 简答题（共40分） 学院 专业 年级、班 学号 姓名 四 五 六 七 八 九 十 总分 1. 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？（5分） 2. 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。（5分） 3. 什么是水力失调？哪些原因会导致水力失调？（5分） 4. 为什么要对燃气管网按照输气压力进行分级？（5分） 5. 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？（5分） 6. 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？（5分） 7. 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？（5分） 8. 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？（3分） （2） 地漏与排水立管间设置水封有什么作用？（2分） 命 题人： 审题人： 命题时间： 三、（15分）如图所示机械通风管网，环境温度20℃，大气压力101325Pa。在设计 流量下，经计算，管段3、4、5的压力损失分别为P31Pa,P470Pa,P5300Pa， 除尘器压力损失为300Pa。 （1）确定管段1、2的管径。管段的局部阻力均按沿程阻力的50%计算，风速范围应重庆大学教务101325在8~16m/s，管内及环境气体密度可按计算，单位kg/m3，比摩阻计算公287T式Rm0.00965d1.2171.5v，单位Pa/m，d为风管直径，m；v为风速m/s。(10分) （2）确定风机所需的额定流量和全压。(5分) A 处制 50.000m 五、（共10分）如图所示流体输配管网图，各分支的阻抗为：15.000m伞形罩a=60°2500m3 /hl=15m,t=180°CS13.2,S23.3,S33.4,S40.2,S50.3,S60.4（单位：kg/m7）。所有节点的节点l=45m,t=20°C53除尘器5.000m风机1l=11m,t=100°Cl=6m,t=20°C流量均为零。在分支③上设有机械动力，在其合理的工作流量范围，输出全压P3和流量Q3的函数关系为：P3250Q350Q3480 Pa。试建立求解该管网分支流量Q（Q1,Q2,…Q6）的方程组。 （1）写出基本关联矩阵Bk，建立节点流量平衡方程组。（4分） 第三题图 （2）选出管网图的最小阻抗生成树，写出回路矩阵Cf，建立回路压力平衡方程组。（4分） （3）将回路压力平衡方程组转化为只有余枝流量未知数的方程组。（2分） 222.000ml=8m,t=40°C设备密闭罩1000m3 /h 学院 专业 年级、班 学号 姓名 4四、（共20分）某闭式水管网系统并联有两台相同的循环水泵。单台水泵在额定转速2900r/min时的Q—H性能曲线为图中曲线I。管网中开启一台水泵时，流量为130 m3/h，扬程为26mH2O。 （1）在图中，作图求解开启一台水泵时的工况点。（4分） （2）若管网只需流量70 m/h，拟采用：关小管路中阀门或调节水泵转速的办法来实现。在图中，作图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。水泵效率取为75%。（10分） （3）不改变管网，让两台水泵共同工作，在图中，作图求解此时管网的总流量、每台水泵工况点及流量和扬程。（6分） 324511323 H(mH O)2403020100

重

I庆大学教

01002003Q(m /h) 务处

制

一、简要回答以下各题。（共45分）

1. 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？（5分）

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。

2. 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。（5分）

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）

3. 什么是水力失调？哪些原因会导致水力失调？（5分）

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。

4. 为什么要对燃气管网按照输气压力进行分级？ （5分）

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。

5. 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？（5分）

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。

6. 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？（5分）

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。

7. 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？（5分）

答：不能，会发生气蚀。该水泵最大安装高度是[Hss]=3.5-0.4-3/2/9.807=2.m。而实际安装高度大于最大安装高度。

2

8. 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：

（3） 下雨时，排水立管内水流可能经历哪些流动状态？（3分） （4） 地漏与排水立管间设置水封有什么作用？（2分）

A （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。

二、（共15分）如图是某热水供暖管网图。水泵运行时，测得各管段流动阻力ΔP12=ΔP23=ΔP34=5000 Pa , ΔP1’2’=ΔP2’3’=ΔP3’4’=5000 Pa , ΔP11’=25000 Pa , ΔP44’=65000 Pa 。测得用户A、B、C流量均为20 m3/h ，不考虑管网泄露。求： （4） 水泵运行时的流量和扬程？（3分）

（5） 开大调节阀c，绘制管网调节前后动水压图和静水压图，说明用户A、B、

C流量将如何变化？（6分）

（6） 如果测得开大调节阀c后用户C的流量为30 m3/h ，调节c后ΔP44’=45000 Pa求此时用户A、B的流量各是多少？此时水泵的流量和扬程是多少？（6分） （1） 水泵运行时的流量为A、B、C流量之和，扬程为最不利环路各段阻力之和。即：

Q=20X3=60 m3/h, H=5000x3x2+25000+65000=120000 Pa （2）开大调节阀C后，水压图如下，实线表示调节前动水压图，虚线表示调节后动水压图，静水压图在调节前后不变，如j—j所示。由于调节后管网总阻抗变小，总流量将变大。调节后供、回干管水压线均比调节前变陡，A、B用户资用压力减少，流量将变小；又由于总流量增大，故C用户流量将增大。 （3）节前后管段3—4阻抗不变，设ΔP34为调节后管段3—4阻力，对管段3—4有： 5000=S34X202 ‘ΔP34= S34X252 ‘解得ΔP34=7812.5 Pa ‘’同理管段3—4调节后阻力也为7812.5 Pa ‘‘‘’因为 管段3—3与管段4—4、3—4、3—4并联 ‘所以管段3—3调节后阻力为7812.5X2+45000=60625 Pa ‘管段3—3调节前阻力为5000X2+65000=75000 Pa 用户B调节后流量QB=

‘

‘‘

‘6062520=17.98 m3/h

75000对管段2—3、2—3 ，调节后的阻力均为（25+17.98）2/（20+20）2 X5000=5772.8 Pa

‘

所以管段2—2调节后阻力为5772.8X2+60625=72171 Pa

‘

管段3—3调节前阻力为5000X4+65000=85000 Pa 用户A调节后流量QA=

‘

7217120=18.43 m3/h

85000调节后管网总流量Q=25+17.98+18.43=61.41 m3/h

‘’

对管段2—1—1—2，调节后管段阻力为

‘

61.412(5000225000)=366 Pa 602最不利环路总阻力为366+72171=108835 Pa 即开大调节阀C后，当用户C流量为25 m3/h 时

水泵流量变为61.41 m3/h ，水泵扬程变为108835 Pa 。

三、如图所示机械通风管网，环境温度20℃，大气压力101325Pa。在设计流量下，经计算，管段3、4、5的压力损失分别为P31Pa,P470Pa,P5300Pa，除尘器压力损失为300Pa。（15分）

（1）确定管段1、2的管径。管段的局部阻力均按沿程阻力的50%计算，风速范围应在8~16m/s，管内及环境气体密度可按101325计算，单位kg/m3，比摩287T阻计算公式Rm0.00965d1.217v1.5，单位Pa/m，d为风管直径，m；v为风速m/s。

（2）确定风机所需的额定流量和全压。 50.000m15.000m伞形罩a=60°2500m3 /hl=15m,t=180°Cl=45m,t=20°C53除尘器5.000m风机1l=11m,t=100°Cl=6m,t=20°C22.000m设备密闭罩1000m3 /hl=8m,t=40°C4 解（1）选择1-3-4-5为最不利环路。计算管段1的压力损失。用假定流速法，假定流速14m/s，则 Qv250020.6944m3/s;d0.6944/140.251m，取为0.25m。实际流速36000.694414.15m/s。则管段1的压力损失：

0.25240.009650.7790.251.21714.151.5151.5138.6Pa

最不利环路的重力作用力：

PGzbl0.7799.80710001.2049.807(45)1.2049.8073541.7Pa则管网的需用压力：

Pq138.6170300300(41.7)1014.3Pa

管段2所在环路的重力作用力为零。

管段2的资用动力=138.641.7180.3Pa,RmpjQ180.320.03Pa/m;将vd261.代入，Rm0.01525d5.007Q1.5，则可求出d0.152m，取为0.15m,则实际

Rm0.015251.2040.155.007(1000/3600)1.521.63Pa/m,压力损失194.7Pa，

显然，不平衡率<10%；风速为15.7m/s，符合要求。

（2）管段2的实际压力损失大于根据最不利环路计算结果确定的资用动力，因此应按管段2所在环路的总阻力确定风机应有的额定全压：

194.7+1+70+300+300=1028.7Pa，考虑10%的余量，风机应有的额定全压为1131.6Pa；流量考虑5%的余量，风机应有的额定流量为3675m3/h。

四、（共20分）某闭式水管网系统并联有两台相同的循环水泵。单台水泵在额定转速2900r/min时的Q—H性能曲线为图中曲线I。管网中开启一台水泵时，流量为130 m3/h，扬程为26mH2O。

（1）在图中，作图求解开启一台水泵时的工况点。（4分）

（2）若管网只需流量70 m3/h，拟采用：关小管路中阀门或调节水泵转速的办法来实现。在图中，作图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。水泵效率取为75%。（10分） （3）不改变管网，让两台水泵共同工作，在图中，作图求解此时管网的总流量、每台水泵工况点及流量和扬程。（6分） 答：（1）管网的总阻抗是S260.001538mH2O/(m3/h)2，作管性曲线，2130与一台水泵性能曲线的交点a为工况点。

（2）关小阀门时工况点是b，此时扬程36.5 mH2O，流量70m3/h，阻抗

S'36.532320.005911mHO/(m/h)，阻抗增加值：。调整0.007449mHO/(m/h)22270转速时工况点应为点c，此时扬程7. mH2O，流量70m3/h，过c作相似工况曲线HkQ2Hc2Q，与管性曲线重合，交水泵性能曲线a则c与a是相似2Qc工况点。所以转速应调至：n'7029001562r/min。功率相差：130980736.57098077.707363W。

36000.7536000.75（3）两水泵并联工作时的联合性能曲线是II，此时总工况点是d，管网总流量152m3/h，每台水泵工作在点e，流量76 m3/h。 H(mH O)240302636.535.6beadIII2010c7.0070761001301522003Q(m /h) 五、（共10分）如图4所示流体输配管网图，各分支的阻抗为：S（1）=3.2，S（2）=3.3，S（3）=3.4，S（4）=0.2，S（5）=0.3，S（6）=0.4（单位：kg/m7）。该管网图没有节点流量。在分支③上设有机械动力，在其合理的工作流量范围，输出全压和流量的函数关系为：P试建立求解该管3250Q350Q3480 Pa。网的分支流量Q（Q1,Q2,…Q6）的方程组。

（1）写出基本关联矩阵Bk，建立节点流量平衡方程组。（4分）

（2）选出管网图的最小阻抗生成树，写出回路矩阵Cf，建立回路压力平衡方程组。（4分）

（3）将回路压力平衡方程组转化为只有余枝流量未知数的方程组。（2分）

224511323 （1）以节点4为参考节点，基本关联矩阵和节点流量平衡方程组为： 101100;BQ0； Bk000111k110010（2）最小阻抗生成树由分支4、5、6组成。

S1Q122S2Q210011022;CS3Q3(250Q350Q3480)0 Cf010011f2SQ44001101SQ2552S6Q6（3）首先将分支4、5、6的流量用分支1、2、3表示。

Q4Q3Q1;Q5Q2Q1;Q6Q3Q2，代入回路压力平衡方程组即得。

一、简要回答以下各题。（40分）

1 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？（6分）

（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。（2分）

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分） （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。（2分）

2 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？（6分） （1） 计算管段的流量需要考虑同时使用系数；（2分）

（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

（3） （4） （5） （6）

加压头；（2分）

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；（2分） 最不利环路通常是包括燃气向下流动的环路；（1.5分） 局部阻力的计算按当量长度处理计入总阻力；（1.5分） 管网介质的流速不同于通风空调管网。（1.5分）

注：（1）~（3）每点2分，（4）~（6）每点1.5分，此外的答案灵活处理给分。 3、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。（5分）

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。

4、 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（写出3种原因即可）。（6分）

（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）

注：只答各种能量损失每点1分，此外的答案灵活处理给分。

5、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？（6分）

（1） 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。（2分）

（2） 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。（答任意两点得2分，此外的答案灵活处理给分）

（3） 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。（2分）

6、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？（7分）

（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分） （2） 阀权度SV指调节阀全开时调节阀前后压差（p1m）与调节阀及管道串联构成的总

压差（p1m+p2）的比值。即：SV=

p1m

p1mp2（3） 实际应用中SV常控制在0.3~0.5范围内。（1分）

（4） SV取得过高，说明阀门上的压力损失（p1）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。（2分） 7、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b2/D2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。

二、（8分）有一台单级水泵，其进口直径D1=600 mm，工作地点的大气压力为标准大气压力，输送常温清水，其工作流量Q=0.8m3 / s，允许真空高度[ Hs]=3.5 m，吸水管水头损失hs0.4m，试问：如果水泵的轴线标高比吸水面（自有液面）高出3 m，该水泵能否正常工作？为什么？ 解：v1Q2D140.842.83 m / s，最大允许安装高度为：

0.622HssHsv1hs2g 22.83 3.50.42.69 m2g如果水泵的安装高度为3 m，则超过了上述允许安装高度，会使水泵产生气蚀，水泵不能正常工作。

三. （10分）某具有狭义管性曲线的液体管网并联有两台相同的循环水泵，单台水泵在额定转速2900r/min时的Q—H性能曲线为图中曲线I。开启其中一台水泵以额定转速运行，流量为130 m3/h，扬程为26mH2O。不改变管网，让两台水泵以相同的转速共同工作。利用图解法求解： （1）两台水泵联合运行的性能曲线；（4分） （2）管网的总流量；（3分） （3）每台水泵的工况点。（3分）

H(mH O)240302010001002003Q(m /h) I解：（1）如下图，曲线II为两台水泵并联运行的性能曲线（在曲线I上任取3个以上的参数点，按等扬程、流量加倍的方法可获得对应的一组参数点，并光滑连接）；（2）管网的总阻抗是S26作管性曲线，0.001538mH2O/(m3/h)2，2130与曲线II的交点b为工况点两台水泵并联运行的工况点，管网总流量152m3/h；（3）过c作水平线，与曲线I的交点c是每台水泵工作点，流量76 m3/h。

H(mH O)2bca3Q(m /h)

五、（19分）某室外热水供热管网的供水干管布置如图所示。D、E、F为采暖热用户，其内部压力损失均为50000Pa，设计流量分别为20 t/h、14 t/h 、10 t/h，A为热源，其内部压力损失为100000Pa。

（1）简述进行该管网水力计算的步骤。

答：1）选最不利环路A-B-C-D，选定平均比摩阻，计算管径并选择与之相近的标准管径；计算各管段的实际比摩阻和压力损失；

2）进行支线BE和CF的水力计算。首先确定其资用动力；按照资用动力确定平均比摩阻，计算管径并选择与之相近的标准管径；计算各管段的实际比摩阻和压力损失。 3）计算管路的总压力损失，确定循环水泵所需的扬程。

（2）管段AB、BC、CD、BE的计算阻力分别为11130 Pa、12140 Pa、14627 Pa、24675 Pa，请完成管段CF的水力计算。CF管段的设计流量为10 t/h，长度为80m，局部阻力当量长度为18.6m。管径和比摩阻的计算公式如下：

K0.0476Gt0.381 （1） d0.387(Rm)0.19式中，d为管径，m；K为管壁的当量绝对粗糙度，K0.510m；950kg/m3；Gt为流量，t/h；Rm为比摩阻，Pa/m。

3Rm6.8810K30.25Gt2 （2）

d5.25解：CF管段的资用动力应为14627 Pa，管段的折算长度=80+18.6=98.6m，则其比摩阻可控制在14627/98.6148.3 Pa/m。按公式（1），计算管径

K0.0476Gt0.381(0.5103)0.0476100.381d0.3870.3870.068m，取d0.7m，则实

(Rm)0.19(950148.3)0.19际比摩阻：

Rm6.8810K30.25Gt2102330.256.8810(0.510)125.27Pa/m 5.255.25d9500.07PCF(8018.6)*125.2712352 Pa

（3）该管网的回水管路布置与供水管路完全相同，请确定该供热管网循环水泵所需的扬程。

FABCDE

解：循环水泵所需的扬程为热源内部的压力损失+管网供回水干管的压力损失+最不利热用户的内部压力损失=100000+（11130+12140+14627）2+50000=225794Pa，考虑15%的富裕系数，实际可按259663 Pa选择水泵。

六、（8分）如下图所示的流体输配管网图，各管段的阻抗（单位：kg/m7）为：S（1）=5.2，S（2）=5.3，S（3）=1.2，S（4）=1.3，S（5）=1.4。该管网图的1、4节点分别有节点流量，其大小方向如图示。试建立求解管段流量Q（Q1,Q2,…Q5）的方程组。

（1）建立矩阵形式表示的节点流量平衡方程组。

（2）选出管网图的最小阻抗生成树，写出回路矩阵Cf，建立矩阵形式的回路压力平衡方程组。 （3）将回路压力平衡方程组简化为只有余枝流量未知数的方程组。 2310kg/s11432510kg/s4 答：（1）以节点4为参考节点，节点流量平衡方程组如下： Q100Q21010100111Q30 11010Q40Q5（2）最小阻抗树由分支3、4、5组成。回路矩阵：

10110Cf；回路压力平衡方程组： 010115.2104Q125.3104Q22101101.2104Q20

30010111.3104Q241.4104Q52(3)