流体输配管网教案综述.docx
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流体输配管网教案综述
教案
2014/2015学年第2学期
课程名称：
流体输配管网
课程性质：
必修
授课学时：
40
授课对象（专业、班级）：
2012级建环
任课教师：
何叶从
教师职称：
讲师
教师所在学院:
能源与动力工程学院
课程总体教案
课程名称：
流体输配管网课程编号：
08070032学分：
2.5
与本课程关联的课程
先修课程：
《工程制图》，《流体力学》等
后修课程：
《空气调节》，《供热工程》、《通风工程》等
总学时：
40学时40理论学时：
上机课时：
考核方式：
考试
教学目的及要求：
一、教学目的
通过各种教学环节，使学生掌握本专业及相关专业的暖通空调工程、城市燃气工程、供热工程、建筑给排水工程、建筑消防工程、工厂动力工程等各类工程中的流体输配管网原理。
通过实践教学环节的配合，掌握进行管网系统设计分析、调试和调节的基本理论和方法，并形成初步的工程实践能力。
能够正确应用设计手册和参考资料进行上述管网系统的设计、调试和调节，并为从事其它大型、复杂管网工程的设计和运行管理打下初步基础。
二、基本要求
1、理解管网系统原理在本专业中的位置和重要性。
2、了解各类工程中管网系统的作用以及管网系统与前述工程的其它组成部分之间的相互关系。
3、了解管网系统的基本构成、各构成的作用、各构成之间的相互关系。
4、掌握流段、节点和回路的概念；熟悉各种管流的水力特性；熟悉主要管件和管网装置性能。
5、熟悉不同类型管网系统的水力特征；熟练掌握其水力计算和水力工况分析的基本理论和基本方法。
6、掌握泵与风机的理论基础；熟练掌握泵与风机的样本性能曲线和在管网系统中的工作性能曲线以及二者之间的联系与区别；掌握泵与风机的选择方法和工作性能调整方法；掌握泵与风机联合运行工况的分析方法。
7、理解管网系统的特征方程组；初步掌握管网系统水力工况的计算机分析方法和调技术。
8、通过本专业的生产实习、课程设计、实验等实践教学环节，掌握各类工程的管网系统设计和调试的理论基础及CAD方法，形成设计与调试的初步能力。
三、重点与难点
重点：
管网系统的型式及其附属装置的作用，管网系统的共性与个性；气体、液体管流水力特征，系统总阻力与管网特性曲线，水力计算的基本原理和气体输配管网水力计算方法；动力设备离心式泵与风机的基本方程、性能曲线、相似律及其应用；管网系统工作点、工况调节、性能曲线和泵与风机的选择；管网系统特性曲线的获得与调整，管网系统压力分布规律，水压图的绘制与应用；管网图的有关概念；图的矩阵表示；恒定流管网特性方程组；环状管网的水力计算及水力工况分析方法；环状管网的水力计算及水力工况分析软件的使用方法。
难点：
各种管网的共性和特征；压力和重力综合作用下的气体管流水力特征，均匀送风管道设计；泵与风机的理论性能曲线、实际性能曲线和无因次性能曲线的工程意义和使用方法；系统效应、在系统效应下选用泵与风机、在管网中的运行曲线与第五章中的实际性能曲线的关系，概念上的区别，工程应用中的要点；管网系统特性曲线、水压图的绘制、分析和应用；各类管网系统的定压、调压原理；调节阀的应用方法；水力失调、水力稳定性、水力可靠性的概念及其定量分析；网络理论及其在管网分析中的应用。
教材与参考书目：
1.教材
付祥钊、肖益民主编.流体输配管网.中国建筑工业出版社（第三版），2010。
2.参考书目
[1]孙一坚.《工业通风》（第三版）.中国建筑工业出版社，1994.
[2]贺平等.《供热工程》（第三版）.中国建筑工业出版社，1993.
[3]赵荣义等.《空气调节》（第三版）.中国建筑工业出版社，1994.
[4]王增长等.《建筑给水排水工程》（第四版）.中国建筑工业出版社，1998.6
[5]段常贵.《燃气输配》（第三版）.中国建筑工业出版社，2001.12.
3.参考规范
[1]《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012
[2]《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
[3]《城市热力网设计规范》CJJ34-2010
[4]《城市燃气设计规范》GB50028-2006
[5]《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（09版）
第1课次授课计划
授课方式
讲授
课次
1
课时安排
2
授课内容（教学章、节或主题）
第一章、流体输配管网型式与装置
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
了解工程中的各类流体输配管网；熟悉流体输配管网功能与作用、型式、主要组成部件与装置；掌握总结流体输配管网的共性；了解基本概念。
教学重点及难点：
重点：
管网的基本组成及其功能。
难点：
枝状管网与环状管网、开式管网与闭式管网的概念；管网的分级与水力相关性。
教学基本内容
教学手段及时间安排
教学环节及组织:
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。
举例认识以下管网：
１、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：
①管道系统②动力③调控装置④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。
２、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。
３、建筑物采暖系统
按照自然循环采暖系统→机械循环采暖系统→蒸汽采暖系统的次序进行介绍，结合前面的有关概念如枝状与环状、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”。
４、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，进一步深化学生对枝状与环状、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。
５、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。
小结：
总结管网的共同点、异同点。
描述介绍的管网用多媒体图片展示给学生。
作业、习题、思考题：
详见网络教学平台
课后小结：
管网的共同点、异同点。
板书设计：
与PPT内容互补
第2课次授课计划
授课方式
讲授
课次
2
课时安排
1
授课内容（教学章、节或主题）
第二章气体输配管网水力特征与水力计算
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
了解工程中的各类流体输配管网；熟悉流体输配管网功能与作用、型式、主要组成部件与装置；掌握总结流体输配管网的共性；了解基本概念。
教学重点及难点：
重点：
管网共性归纳。
难点：
环路与环路位压的概念；压损平衡与阻力平衡，动静压的相互转换与均匀送风原理；水力计算的概念及其基本方法。
教学基本内容
教学手段及时间安排
教学环节及组织:
从以下方面：
１）管网的功能：
输、配流体（简要引申：
输送能量）；
２）管网的基本组成：
管道、动力、调控、相关装置；
３）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；
４）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。
教学重点：
重力、压力及重力和压力综合作用的３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，压损平衡与阻力平衡，动静压的相互转换。
小结
管网共性
理论分析及示例讲解
作业、习题、思考题：
详见网络教学平台
课后小结：
管网共性
板书设计：
与PPT内容互补。
第2课次授课计划
授课方式
讲授
课次
2
课时安排
1
授课内容（教学章、节或主题）
第二章气体输配管网水力特征与水力计算
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
掌握流段、节点和回路的概念；熟悉气体管流的水力特性；熟悉主要管件和管网装置性能。
教学重点及难点：
重点：
气体管网水力特征。
难点：
气体管网（竖向开口管道、U型竖向开口管道和竖向闭式管网）能量方程及应用
教学基本内容
教学手段及时间安排
教学环节及组织:
由于学生熟悉管流能量方程，以此为基础，引导学生一起以分析、归纳各种气体管流的水力特征。
２．１气体管网的水力特征
２．１．１气体管流的动力分析
（１）断面之间的能量方程
依次分析：
１）竖向开口管道；
２）Ｕ形竖向开口管道；
３）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；动压――静压相互转换的概念。
小结
1）气体管网的动力构成及对气流运动的作用；
２）动力源
理论分析及示例讲解
作业、习题、思考题：
详见网络教学平台
课后小结：
气体管网流动作用动力。
板书设计：
与PPT内容互补。
第3课次授课计划
授课方式
讲授
课次
3
课时安排
2
授课内容（教学章、节或主题）
2.1.2气体输配管网阻力分析
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
掌握流段、节点和回路的概念；熟悉气体管流的水力特性；熟悉主要管件和管网装置性能。
教学重点及难点：
重点：
气体管网水力特征。
难点：
气体管网（竖向开口管道、U型竖向开口管道和竖向闭式管网）能量方程及应用
教学基本内容
教学手段及时间安排
教学环节及组织:
在回顾《流体力学》知识的基础上进行。
（１）阻力构成：
沿程摩擦阻力，局部阻力。
（２）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、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。
（２）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。
２.１.３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，稳定性，噪声，造价，能耗等。
引向工程实际，可用工程案例分析。
小结
管网阻力类型、影响因素及规范要求。
理论分析及示例讲解
作业、习题、思考题：
详见网络教学平台
课后小结：
管网阻力影响因素。
板书设计：
与PPT内容互补。
第4课次授课计划
授课方式
讲授
课次
4
课时安排
2
授课内容（教学章、节或主题）
２.２流体输配管网水力计算的基本原理与方法
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
熟悉气体管网系统的水力特征；掌握其水力计算和水力工况分析的基本理论和基本方法。
教学重点及难点：
重点：
气体管网水力计算。
难点：
三种水力计算方法综合应用、均匀送风原理及应用。
教学基本内容
教学手段及时间安排
教学环节及组织:
※本章重点教学内容。
引言：
阐释清楚管网水力计算的目的（为什么要进行管网水力计算？
）
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。
２．２．１基本原理
（１）管段的阻力包含沿程摩擦阻力与局部阻力；
（２）串联管路总阻力＝各个串联管段阻力之和；
（３）不包含动力源的并联管段阻力相等；
（４）闭合环路阻力与动力的代数和为零。
重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。
２．２．２基本类型及计算目标
（１）设计性计算：
已知管网布置、管网各处的流量需求。
确定管网所有管道的断面；确定管网对动力的需求。
（２）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。
２．２．３常用方法
（１）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。
（２）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。
（３）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。
２.３气体输配管网的水力计算
２.３.１开式、枝状、不可压缩、无位压的例子
〔例２－３〕采用假定流速法。
示例讲解最不利环路的计算和一个并联管路的平衡计算。
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２－３〕，对困难学生加强课后辅导答疑。
２．３．２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２－４〕，对困难学生加强课后辅导答疑。
２．３．３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２－５〕，引导学生思考建筑燃气管网为什么可以不进行阻力平衡，灌输工程概念。
对困难学生加强课后辅导答疑。
小结
水力计算方法、均匀送风原理及应用
理论分析及示例讲解
作业、习题、思考题：
详见网络教学平台
课后小结：
水力计算方法、均匀送风原理及应用
板书设计：
与PPT内容互补。
第5课次授课计划
授课方式
讲授
课次
5
课时安排
2
授课内容（教学章、节或主题）
第三章液体输配管网的水力特征与水力计算
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
熟悉液体管网系统的水力特征；掌握其水力计算和水力工况分析的基本理论和基本方法。
教学重点及难点：
重点：
液体管网水力特征及水力计算。
气体、液体管网的异同点。
难点：
资用压力、需用压力。
教学基本内容
教学手段及时间安排
教学环节及组织:
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。
３.１水力特征
３.１.１断面之间的水力特征
分析两断面之间的能量方程：
，液体管网的位压作用很强。
（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：
（１）
不考虑液体密度变化时，根据（１）有：
（２）
３.１.２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：
（３）
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，则应根据（２）式确定。
３.１.２闭式液体管网的水力特征
（１）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。
（２）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。
（３）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
小结
动力、阻力平衡；环路；资用动力的概念。
理论分析及示例讲解
作业、习题、思考题：
详见网络教学平台，课后思考：
冷热源在管网的不同位置时的循环流动方向.
课后小结：
动力、阻力平衡；环路；资用动力的概念。
板书设计：
与PPT内容互补。
第6课次授课计划
授课方式
讲授
课次
6
课时安排
2
授课内容（教学章、节或主题）
第三章液体输配管网的水力特征与水力计算
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
熟悉液体管网系统的水力特征；掌握其水力计算和水力工况分析的基本理论和基本方法。
教学重点及难点：
重点：
液体管网水力特征及水力计算。
气体、液体管网的异同点。
难点：
资用压力、需用压力,重力管网、机械管网水力计算。
教学基本内容
教学手段及时间安排
教学环节及组织:
突出与气体管网在方法上的共性及具体技术细节上的区别。
３．２水力计算
３．２．１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：
（１）计算流量考虑同时使用系数
（２）阻力平衡的特点――一般不进行平衡。
（引申：
为什么？
）
学生自学〔例３－４〕。
３．２．２重力循环闭式管网的水力计算
以双管系统为例。
（１）计算资用动力最小、最远环路的资用动力。
（２）确定该环路管径，讲解平均比摩阻的概念。
（３）计算各个管段的阻力。
（４）计算其他环路。
重点讲清：
并联管段的资用动力的确定方法。
３．２．３机械循环闭式管网的水力计算
（１）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
（２）确定管网循环动力
（３）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。
理论分析及示例讲解
作业、习题、思考题：
详见网络教学平台
课后小结：
水力计算方法的共性。
板书设计：
与PPT内容互补。
第7课次授课计划
授课方式
讲授
课次
7
课时安排
2
授课内容（教学章、节或主题）
第四章 多相流管网的水力特征与水力计算
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
熟悉两相流管网系统的水力特征；掌握其水力计算和水力工况分析的基本理论和基本方法。
教学重点及难点：
重点：
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。
难点：
建筑排水管网与蒸汽供暖（热）管网液气两相流的水力特征与水力计算。
教学基本内容
教学手段及时间安排
教学环节及组织:
4.１液气两相流的水力特征与水力计算
４．１．１液气两相流管网的水力特征
（１）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。
（２）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。
（３）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。
４．１．２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。
４.２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。
４．２．１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。
避免水击的技术措施：
尽量采用汽水同向流动。
４．２．２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。
４．２．３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。
４．２．４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；ｋ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。
小结
两相流管网与气、液管网水力计算的异同点。
理论分析及示例讲解
作业、习题、思考题：
详见网络教学平台
课后小结：
两相流管网与气、液管网水力计算的异同点。
板书设计：
与PPT内容互补。
第8课次授课计划
授课方式
讲授
课次
8
课时安排
2
授课内容（教学章、节或主题）
第四章 多相流管网的水力特征与水力计算
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
熟悉两相流管网系统的水力特征；掌握其水力计算和水力工况分析的基本理论和基本方法。
教学重点及难点：
重点：
凝结水管网与气固两相流管网的水力特征与水力计算。
难点：
空调凝结水系统水力计算方法及应用
教学基本内容
教学手段及时间安排
教学环节及组织:
４．２．５凝结水管网的水力特征与水力计算
（１）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。
处理方法：
两相流简化为单向流。
关键：
混合物密度的计算方法。
（２）水力计算
学生自学〔例４－３〕、〔例４－４〕。
４．３气固两相流的水力特征与水力计算
４．３．１水力特征
（１）悬浮速度与沉降速度的概念
（２）流动的推动力
（３）气流遇到的阻力
４．３．２流态与阻力特征分析
４．３．３关键参数
（１）料气比
（２）输送速度
（３）速比
４．３．４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。
小结
两相流管网与气、液管网水力计算的异同点。
理论分析及示例讲解
作业、习题、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。
课后小结：
两相流管网与气、液管网水力计算的异同点。
板书设计：
与PPT内容互补。
第9课次授课计划
授
升级会员 