2.1 气体管流水力特征
2.1.1气体重力管流的水力特征
1. 竖直管（分析竖井热压通风问题）
竖直管内重力流的能量方程：
1212ρv 1+(γa -γ)(H 2-H 1) =P j 2+ρv 2+∆P 12 （2-1-1） 22
1212其中：P j 1, P j 2——静压；ρv 1, ρv 2——动压；(γa -γ)(H 2-H 1) ——位压，当管道内22P j 1+
外的气体密度相同时，位压为0，当密度差(ρa -ρ) 由温差造成的时候，工程上成为热压。
当断面1和断面2位于进口和出口处，这时P j 1=P j 2=0, v 1=0，式（2-1-1）简化为
(γa -γ)(H 2-H 1) =12ρv 2+∆P 12（2-1-2） 2
上式表面：流动阻力依靠位压克服。流动方向取决于管内外的密度差，若管道内的密度小（ρa
2.U 形管内的重力流
断面1和断面D 之间的能量方程：
P j 1+1212ρv 1+(γa -γ1)(H 1-H 2) =P jD +ρv D +∆P 1D （2-1-3） 22
断面D 和断面2之间的能量方程：
1212ρv D +(γa -γ2)(H 2-H 1) =P j 2+ρv 2+∆P D 2（2-1-4） 22
1212+ρv 2-ρv 1（2-1-5） 以上两式相加得：(γa -γ)(H 2-H 1) =∆P 1222 P jD +
该式表明：U 形管内的重力流与管道外的空气密度无关。流动动力取决于两竖直管累的气体密度差(ρ2-ρ1) 和管道高度(H 2-H 1) 之积。气体密度小的向上，密度大的气流向下。
3. 闭式循环管道
能量方程：(γ1-γ2)(H 2-H 1) =∆P 。该式表明：无机械动力的闭式管道中，l （2-1-6）
流动动力取决于竖管内气体密度差与竖管高度之积。密度大的气流向下，密度小的气流向上。
2.1.2气体压力管流水利特征
当管道内部、管道内外不存在密度差或者水平管网，则有(γa -γ1)(H 1-H 2) =0，即位压为0，此时式（2-1-1）简化为：P j 1+
移项得：P j 1-[∆P 12+(ρv 2-
全压P q =P j +1212ρv 1=P j 2+ρv 2+∆P 12（2-1-7） 2212212ρv 1)]=P j 2（2-1-8） 212ρv ，则上式变为：P q 1-P q 2=∆P 12（2-1-9） 2
结论：①位压为0的管道，两断面之间的流动阻力等于两断面间的全压差。②当管段没有外界动力输入时，下游断面的全压总是小于上游断面的全压。③上下游断面静压的关系：
当∆P 12+(ρv 2-1
2212ρv 1) >0时，下游断面的静压小于上游断面的静压，反之上游断面的2
静压大于等于下游断面的静压。
2.1.3压力和重力综合作用下的气体管流水利特征
由式（2-1-1）得：(P q 1-P q 2) +(γa -γ)(H 1-H 2) =∆P 12（2-1-10）
式中，(P q 1-P q 2) 表示压力作用，(γa -γ)(H 1-H 2) 表示重力作用。
结论：①位压驱动密度小的气体向上流动，密度大的气体向下流动，阻挡相反方向的流动。②若压力(P 则二者综合作用加强管内q 1-P q 2) 驱动的流动方向与位压的驱动方向一致，
气体流动，若驱动方向相反，则绝对值大的决定流动方向，绝对值小的成为流动阻力。
2.2流体输配管网的水力计算
2.2.1假定流速法的计算步骤
（1）绘制管网的轴测图，对各个管段进行编号，标出其长度和流量，确定最不利环路
（2）确定最不利管段的管内流体流速。查P 52~53的表2-3-1，表2-3-2和表2-3-3。
（3）根据各管段内的流量和确定好的流速，对矩形风管：A =L /v （当量直径D =
对圆形风管：d =2ab ），a +b 4L /πv ，依据管道尺寸设计标准确定最不利的管段断面尺寸，并计算出实际流速和动压。
（4）确定单位沿程摩擦阻力R m ，根据管段的情况查找相信的局部阻力系数
算沿程损失和局部损失，并计算管段的总阻力
（5）平衡并联管路。 在汇合点分别计算最不利环路的总阻力和分支管的阻力，若
则无需平衡，否则需要对分支管进行阻力平衡。 平衡公式：D ' =D (∑ξ，分别计∆P 1-∆P 2⨯100%
D ' ——调整后分支管的管径，mm ；D ——原设计管径，mm ；
∆P ——原设计的分支管阻力，Pa ；∆P ' ——要求达到的分支管阻力，Pa
（6）计算管网特性曲线。管网的特性曲线方程：∆P =SL ，S ——管网总阻抗，kg /m
2.2.2均匀送风管道设计（静压复得法）
（1）确定管道上孔口的出流速率v 0，并计算侧孔面积f 0=
327L 0L = 3600⨯v 03600⨯n ⨯v 0L ——总流量，m /h ；n ——孔口数
（2）计算静压流速v j =v 0/μ=v 0/0. 6，计算侧孔的静压P j =0. 5ρv j 2
（3）按v j /v d ≥1. 73的原则设定v d 1，确定出流角tan α=v j 1/v d 1，计算断面1的动压
2P d 1=0. 5ρv d 1=1，计算断面1的尺寸A L ，断面1 的全压P q 1=P j +P d 1 3600⨯v d 1
（4）计算管段1~2的摩擦阻力，已知风量为L -L 0，近似将断面1的尺寸作为管道的平均尺寸，查R m 1，计算沿程损失∆P m 1=R m 1⨯l 1，计算L 0的值，查P 64表2-3-6得ξ，计算L -L 0
2局部阻力P v d 1=∆P m 1+P C 1，断面2的全压C 1=0. 5ρξ1=ξP d 1，管段1~2的阻力∆P
P q 2=P q 1-∆P 1
（5）计算断面2的动压P 求解断面2的流速v d 2=d 2=P q 2-P j ，2P d 2
ρ，计算断面2的尺寸A 2=L -L 0 v d 2
（6）以风量L -2L 0，断面2的尺寸为标准，查R m 2，计算沿程损失∆P m 2=R m 2⨯l 2，计算L 02的值，查P 64表2-3-6得ξ，计算局部阻力P v d C 2=0. 5ρξ2=ξP d 2，管段1~2的L -2L 0
阻力∆P 2=∆P m 2+P C 2，断面2的全压P q 3=P q 2-∆P 2
（7）断面3的动压P d 3=P q 3-P j ，求解断面3的流速v d 3=2P d 3
ρ，计算断面3的尺寸
A 3=L -2L 0 v d 3
（8）如此计算直至计算至最后一个孔口。
★例题：
2.1 气体管流水力特征
2.1.1气体重力管流的水力特征
1. 竖直管（分析竖井热压通风问题）
竖直管内重力流的能量方程：
1212ρv 1+(γa -γ)(H 2-H 1) =P j 2+ρv 2+∆P 12 （2-1-1） 22
1212其中：P j 1, P j 2——静压；ρv 1, ρv 2——动压；(γa -γ)(H 2-H 1) ——位压，当管道内22P j 1+
外的气体密度相同时，位压为0，当密度差(ρa -ρ) 由温差造成的时候，工程上成为热压。
当断面1和断面2位于进口和出口处，这时P j 1=P j 2=0, v 1=0，式（2-1-1）简化为
(γa -γ)(H 2-H 1) =12ρv 2+∆P 12（2-1-2） 2
上式表面：流动阻力依靠位压克服。流动方向取决于管内外的密度差，若管道内的密度小（ρa
2.U 形管内的重力流
断面1和断面D 之间的能量方程：
P j 1+1212ρv 1+(γa -γ1)(H 1-H 2) =P jD +ρv D +∆P 1D （2-1-3） 22
断面D 和断面2之间的能量方程：
1212ρv D +(γa -γ2)(H 2-H 1) =P j 2+ρv 2+∆P D 2（2-1-4） 22
1212+ρv 2-ρv 1（2-1-5） 以上两式相加得：(γa -γ)(H 2-H 1) =∆P 1222 P jD +
该式表明：U 形管内的重力流与管道外的空气密度无关。流动动力取决于两竖直管累的气体密度差(ρ2-ρ1) 和管道高度(H 2-H 1) 之积。气体密度小的向上，密度大的气流向下。
3. 闭式循环管道
能量方程：(γ1-γ2)(H 2-H 1) =∆P 。该式表明：无机械动力的闭式管道中，l （2-1-6）
流动动力取决于竖管内气体密度差与竖管高度之积。密度大的气流向下，密度小的气流向上。
2.1.2气体压力管流水利特征
当管道内部、管道内外不存在密度差或者水平管网，则有(γa -γ1)(H 1-H 2) =0，即位压为0，此时式（2-1-1）简化为：P j 1+
移项得：P j 1-[∆P 12+(ρv 2-
全压P q =P j +1212ρv 1=P j 2+ρv 2+∆P 12（2-1-7） 2212212ρv 1)]=P j 2（2-1-8） 212ρv ，则上式变为：P q 1-P q 2=∆P 12（2-1-9） 2
结论：①位压为0的管道，两断面之间的流动阻力等于两断面间的全压差。②当管段没有外界动力输入时，下游断面的全压总是小于上游断面的全压。③上下游断面静压的关系：
当∆P 12+(ρv 2-1
2212ρv 1) >0时，下游断面的静压小于上游断面的静压，反之上游断面的2
静压大于等于下游断面的静压。
2.1.3压力和重力综合作用下的气体管流水利特征
由式（2-1-1）得：(P q 1-P q 2) +(γa -γ)(H 1-H 2) =∆P 12（2-1-10）
式中，(P q 1-P q 2) 表示压力作用，(γa -γ)(H 1-H 2) 表示重力作用。
结论：①位压驱动密度小的气体向上流动，密度大的气体向下流动，阻挡相反方向的流动。②若压力(P 则二者综合作用加强管内q 1-P q 2) 驱动的流动方向与位压的驱动方向一致，
气体流动，若驱动方向相反，则绝对值大的决定流动方向，绝对值小的成为流动阻力。
2.2流体输配管网的水力计算
2.2.1假定流速法的计算步骤
（1）绘制管网的轴测图，对各个管段进行编号，标出其长度和流量，确定最不利环路
（2）确定最不利管段的管内流体流速。查P 52~53的表2-3-1，表2-3-2和表2-3-3。
（3）根据各管段内的流量和确定好的流速，对矩形风管：A =L /v （当量直径D =
对圆形风管：d =2ab ），a +b 4L /πv ，依据管道尺寸设计标准确定最不利的管段断面尺寸，并计算出实际流速和动压。
（4）确定单位沿程摩擦阻力R m ，根据管段的情况查找相信的局部阻力系数
算沿程损失和局部损失，并计算管段的总阻力
（5）平衡并联管路。 在汇合点分别计算最不利环路的总阻力和分支管的阻力，若
则无需平衡，否则需要对分支管进行阻力平衡。 平衡公式：D ' =D (∑ξ，分别计∆P 1-∆P 2⨯100%
D ' ——调整后分支管的管径，mm ；D ——原设计管径，mm ；
∆P ——原设计的分支管阻力，Pa ；∆P ' ——要求达到的分支管阻力，Pa
（6）计算管网特性曲线。管网的特性曲线方程：∆P =SL ，S ——管网总阻抗，kg /m
2.2.2均匀送风管道设计（静压复得法）
（1）确定管道上孔口的出流速率v 0，并计算侧孔面积f 0=
327L 0L = 3600⨯v 03600⨯n ⨯v 0L ——总流量，m /h ；n ——孔口数
（2）计算静压流速v j =v 0/μ=v 0/0. 6，计算侧孔的静压P j =0. 5ρv j 2
（3）按v j /v d ≥1. 73的原则设定v d 1，确定出流角tan α=v j 1/v d 1，计算断面1的动压
2P d 1=0. 5ρv d 1=1，计算断面1的尺寸A L ，断面1 的全压P q 1=P j +P d 1 3600⨯v d 1
（4）计算管段1~2的摩擦阻力，已知风量为L -L 0，近似将断面1的尺寸作为管道的平均尺寸，查R m 1，计算沿程损失∆P m 1=R m 1⨯l 1，计算L 0的值，查P 64表2-3-6得ξ，计算L -L 0
2局部阻力P v d 1=∆P m 1+P C 1，断面2的全压C 1=0. 5ρξ1=ξP d 1，管段1~2的阻力∆P
P q 2=P q 1-∆P 1
（5）计算断面2的动压P 求解断面2的流速v d 2=d 2=P q 2-P j ，2P d 2
ρ，计算断面2的尺寸A 2=L -L 0 v d 2
（6）以风量L -2L 0，断面2的尺寸为标准，查R m 2，计算沿程损失∆P m 2=R m 2⨯l 2，计算L 02的值，查P 64表2-3-6得ξ，计算局部阻力P v d C 2=0. 5ρξ2=ξP d 2，管段1~2的L -2L 0
阻力∆P 2=∆P m 2+P C 2，断面2的全压P q 3=P q 2-∆P 2
（7）断面3的动压P d 3=P q 3-P j ，求解断面3的流速v d 3=2P d 3
ρ，计算断面3的尺寸
A 3=L -2L 0 v d 3
（8）如此计算直至计算至最后一个孔口。
★例题：