第二章 气体输配管网的水力特征与
水力计算
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、方法及
相关概念；
?环路与环路位压，阻力平衡，动静压的相互
转换。
2.1 气体管流的水力特征
2.1.1 气体重力管流的水力特征
（ 1）竖向开口管道
H2
H1
2
1
1-2断面的能量方程：
（ 2-1-1)
静压 动压 位压
当 1断面和 2断面位于位于进口和出口处，这时静压均为 0。将出口的
动压损失视为出口的一种流动局部阻力，则：
(2-1-2)
上式表明：流动阻力依靠位压（即重力的作用）克服。流动方向取决
于管内外的密度差。以厨房排烟管网为例，当没有开启排风机、且未设防
倒流阀，夏季竖井中密度低，室外空气经竖井进入室内；冬季竖井温度高，
室内空气进入竖井。
22
121 2 1 2 1 2( ) ( )j a jvvp g H H P P???? ?? ? ? ? ? ? ? ?
2 1 1 2( ) ( )ag H H P?? ?? ? ? ?
（ 2） U型管道内的重力流
通过列写断面 1-D、断面 D-2的能量方程，综合
后得到：
g（ ρ1－ ρ2）（ H2－ H1） = (2-1-5)
注意：
1)断面 1和 2分别在进口和出口外,包含了进口阻
力损失和出口阻力损失。
2)进出口位于相同标高时，流动动力是竖管内的密度
差与高差的乘积，与管外大气密度无关。
3)流动方向取决于竖管内密度的相对大小。
21P??
D
1 2
H 1
H 2
12P??
（ 3）闭式管道内的重力流
?具有与进出口断面等高的 U型重
力流竖管相同的水力特征。
H1
H2
2.1.2 气体压力管流水力特征
2.1.3 压力和重力综合作用下的气体管流水力特征
? 若压力 （ Pq1－ Pq2） 驱动的 流动 方向与位压一致, 则二者
综合作用加强管内气体流动, 若驱动方向相反, 则由绝
对值大者决定管流方向；绝对值小者实际上成为另加流
动阻力 。
? 如空调建筑装有排气风机的卫生间排气竖井，冬季在位
压的辅助作用下，排气能力明显加强；夏季排气风机除
克服竖井的阻力时，还要克服位压，排气能力削弱，尤
其是高层建筑。
2.2 流体输配管网水力计算的基本原理和方法
?水力计算,设计计算；校核计算
?设计计算,根据要求的流量分配，确定管网的各段
管径（或断面尺寸）和阻力。对枝状管外，求得管
网特性曲线，为匹配管网动力设备准备好条件，进
而选择确定动力设备（风机、水泵等）的型号。
?校核计算,根据已定的动力设备，确定保证流量输
配的管道尺寸；或者根据已定的管道尺寸，确定保
证流量输配的动力设备。
?水力计算是流体输配管网设计及其运行质量保证的
基本手段。
?水力计算的基本理论依据：流体力学一元流动连续性方程、
能量方程及串、并联管路流动规律。
?管网的流动动力等于管网流动总阻力。
?若干管段串联后的阻力，等于各管段阻力之和；各并联管
段的起点（终点）相同，具有相同的压力。不包含动力源
的并联管段，阻力应相等。
?管段阻力是构成管网阻力的基本单元。流体力学已经揭示，
管段中的流体流动阻力有两种，一种是摩擦阻力，也称为
沿程阻力。另一种是局部阻力。
水力计算的基本原理
2.2.1 摩擦阻力计算
摩擦阻力系数
说 明
?工程上常根据自身的工程特点, 编制相应的计算图
表帮助计算 。
?任何计算公式或图表, 都有其使用范围, 使用时要
特别注意 。
?当工程条件与得出公式或图表的条件有差异时，常
采用修正的方法。
2.2.1 局部阻力计算
产生原因：
流动边界几何形状改变，使流动产生涡旋、流动方
向变化，引起能量损失。
局部阻力基本计算公式：
2
2v
P ?? ???
局部阻力系数
?局部阻力处，流动处于阻力平方区。局部阻力系数只与
几何形状有关。
?局部阻力系数与其安装条件（受流动环境的影响）,各
部分的几何尺寸有关（如突扩）。同名的局部阻力在不
同的场合有不同的阻力系数值。
?局部阻力系数值通过一般实验获得。
?局部阻力系数值对应是某断面动压而言的，使用时必须
注意。
?各工程设计手册给出了常用的局部阻力系数。
2.2.3 常用的水力计算方法
?假定流速法
?压损平均法
?静压复得法
假定流速法的特点
?先按技术经济要求选定管内流速，再结合所需输送
的流量，确定管道断面尺寸，进而计算管道阻力,
得出需要的作用压力。假定流速法适用于作用压力
未知的情况。
假定流速法的基本步骤
（ 1） 绘制管网轴测图, 对各管段进行编号, 标出长度和流量, 确定最不利环
路 。
（ 2） 合理确定最不利环路各管段的管内流体流速 。
（ 3） 根据各管段的流量和确定的流速, 确定最不利环路各管段的断面寸 。
（ 4） 计算最不利环路各管段的阻力 。
（ 5） 平衡并联管路 。 确定并联管路的管径, 使各并联管路的计算阻力与各自
的资用压力相等, 可用压损平均法计算 。 这是保证流量按要求分配的关键 。 若
并联管路计算阻力与各自的资用压力不相等, 在实际运行时, 管网会自动调整
各并联管路流量, 使并联管路的实际流动阻力与各自的资用压力相等 。 这时各
并联管路的流量不是要求的流量 。
（ 6） 计算管网的总阻力, 求取管网特性曲线 。
（ 7） 根据管网特性曲线, 所要求输送的总流量以及所输送流体的种类, 性质
等诸因素, 综合考虑为管网匹配动力设备 （ 风机, 水泵等 ）, 确定动力设备所
需的参数 。
压损平均法的特点
? 将已定的总作用压力，按干管长度平均分配给每一管段，
以此确定管段阻力，再根据每一管段的流量确定管道断
面尺寸。当管道系统所用的动力设备型号已定，或对分
支管路进行阻力平衡计算，此法较为方便。当然，也可
按其他技术经济性更好的方法将已定作用压力分配给各
管段。
压损平均法的基本步骤
（ 1） 绘制管网轴测图, 对各管段进行编号, 标出长度和流量, 确定
最不利环路 。
（ 2） 根据确定的最不利环路的资用压力, 计算最不利环路单位管长
的压力损失 。
（ 3） 根据最不利环路单位管长压力损失和各管段流量, 确定其各管
段管径 。
（ 4） 确定各并联支路的资用压力, 计算单位管长的压力损失 。
（ 5） 根据各并联支路单位管长压力损失和各管段流量, 确定其各管
段管径 。
静压复得法的特点
?通过调整管道断面尺寸，维持管道在不同断面处的管内
静压。送风管道若要求各个风口风量均匀，常用此方法
保证要求的风口风速。
静压复得法的基本步骤
?不论采用何种方法, 水力计算前必须完成管网系统和设
备的布置, 确定管道材料及每个管段的流量, 然后循着各
种方法所要求的步骤进行计算 。
?水力计算中, 各种计算公式和基础数据的选取, 应遵循
相关规范, 标准的规定 。
说 明
2.3.1 通风空调工程气体输配管网水力计算
?以通风空调工程的空气输配管网为例，学习开式枝状气
体输配管网水力计算的具体方法。设计计算要确定管径
和动力大小，主要采用假定流速法。
?需先完成空气输配管网的布置，确定设备和各送排风点
位置的确定；各送排风点要求的风量；管道布置、各管
段的输送风量。
?制作风管的水力计算表格。
2.3.1.1 确定最不利环路的管内流速和管道断面尺寸
（ 1） 绘制风管系统轴测图, 并划分管段, 对各管段进行
编号, 标注其长度和设计风量 。
注,管段：管内流量和管道断面均不变化 。 管段长度按
中心线长度计算, 不扣除管件 （ 如三通, 弯头 ） 本身的
长度 。
图 2-3-2 通风除尘管网轴测图
〔 例 2-3〕
（ 2）确定管内流速和管道断面尺寸
? 管内的流速对通风、空调系统的经济性有较大的影响，对系统
的技术条件也有影响。流速高，风管断面小，占用的空间小，材料
耗用少，建造费用小；但是系统的阻力大，动力消耗增大，运行费
用增加，且增加噪声。若气流中含有粉尘等，会增加设备和管道的
磨损。反之，流速低，阻力小，动力消耗少；但是风管断面大，材
料和建造费用大，风管占用的空间也增大。流速过低会使粉尘沉积
而堵塞管道。
? 因此，必须通过全面的技术经济比较选定合理的流速。根据工
程经验，总结出了通风空调工程中风管内较为合理的空气流速。
?选定最不利环路，本系统选择 1-3-5-除尘器 -6-风机 -7为
最不利环路。
?解释：环路；最不利环路。
?根据表 2-3-3，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内
最小风速为，垂直风管 12m/s、水平风管 14m/s。
?考虑到 除尘器及风管漏风（思考？）,取 5%的漏风系数，
管段 6及 7的计算风量为 6300× 1.05=6615m3/h。
〔 例 2-3〕
有水平风管，初定流速为 14m/s 。管径计算：
m
smhs
hmD 1 95.04
/14/3 60 0
/1 50 0 2
1
3
???
?
?
???
? ?
?
?
?
没有这个 标准规格, 取为 d=0.2m=200mm
则实际风速为：
sm
mhs
hm /4.13
4
)2.0(/3600
/1500v
2
3
?
??
?
?
同理确定出 3,5,6,7的管内流速和管径。
管内流速和管径：
〔 例 2-3〕
2.3.1.2 风管摩擦阻力计算
公式计算：
lRlvRsP mml ???? 24
2??
?
?
??
?
? ???
?? Re
51.2
471.3lg2
1
）（ Rs
K
对于圆管,4Rs＝ D
图表计算
? 制成计算表或线算图。图 2-3-1所示的线算图，可供计算
管道阻力时使用。只要 已知流量、管径、流速、阻力四
个参数中的任意两个,即可利用该图求得其余的两个参
数。该图是按过渡区的 λ 值，在压力 B0=101.3kPa、温度
t0=20℃,空气密度 ρ 0=1.204kg/m3、运动粘度
ν 0=15.06× 10-6m2/s、管壁粗糙度 K=0.15mm、圆形风管、
气流与管壁间无热交换等条件下得出的。当实际条件与
上述条件不相符时，应进行修正。
注意：
密度、粘度修正；温度、大气压力和热交换修正；壁面粗糙度修正。
非圆管利用图表－－引入“当量直径”
? 流速当量直径：
假设某一圆形风管中的空气流速与非圆形
风管中的空气流速相等, 并且两者的单位
长度摩擦阻力也相等, 则该圆形风管的直
径就称为此矩形风管的流速当量直径, 以
Dv表示 。 根据这一定义,断面为 a× b的矩形
风管的流速当量直径 Dv为：
ba
abD
v ??
2
流量当量直径,
设某一圆形风管中的空气流量与非圆形风
管的空气流量相等，并且单位长度摩擦阻
力也相等，则该圆形风管的直径就称为非
圆形风管的流量当量直径，以 DL表示。根
据推导，矩形风管的流量当量直径可近似
按下式计算。
25.0
625.0
)(
)(
3.1
ba
ab
D L
?
?
? 查图得管段 1的比摩阻为 12.5Pa/m，填入计
算表中，并计算管段的摩擦阻力。
? 同理查得 3,5,6,7管段的比摩阻和摩擦
阻力填入计算表中。
? 检查是否需要修正。本例无需进行修正。如
需修正的情况，在水力计算表中留出填写这
些参数的位置。
摩擦阻力 〔 例 2-3〕
2.3.1.3 风管局部阻力计算
? 计算公式：
2
2v
P ?? ???
各种管件（弯头、三通等）的局部阻力系数 ξ 通常
查图表确定。查图表时要注意依据的参数值。还要
注意对应的特征速度。
各种设备的局部阻力或局部阻力系数，由设备生产
厂商提供。
局部阻力计算
（ 1） 管段 1
设备 密闭 罩 ζ =1.0（ 对应接管动压 ）
90° 弯头 （ R/D=1.5） 一个 ζ =0.17
直流 三通 （ 1→ 3） （ 见图 2-3-3）
根据 F1+F2≈F 3, α =30°, 查得 ζ 13=0.20
? Σζ =1.0+0.17+0.20=1.37
? 计算出管段 1的局部阻力损失为,147.5Pa。
? 同理计算出 3,5,6,7各管段的局部阻力，填入表
中。
〔 例 2-3〕
各管段的总阻力＝沿程阻力＋局部
阻力。
2.3.1.4 并联管路的平衡
（ 1） 开式管网的虚拟闭合
引入虚拟管路的概念，将开式管网变为虚
拟的闭式管网 。
虚拟管路是连接开式管网出口和进口的虚
设管路，该管路中的流体为开式管网出口
和进口高度之间的环境流体，从管网出口
流向进口，其水力和热力参数都与环境流
体相同，虚拟管路的管径趋于无限大，流
动阻力为零。
图 2-3-2 虚拟管路与流动环路
〔 例 2-3〕
（ 2）枝状管网的环路、共用管路和独用管路
?枝状管网中, 管段的流向是唯一的 。
?以管网的源为起点，沿着管路（含虚拟管路），
顺着流向（虚拟管路中的流向是从开式管网的真
实出口到真实进口）前进，最终必定回到起点。
沿途所经过的所有管路（含虚拟管路）构成了枝
状管网的一个流动环路。
?〔 例 2-3〕 管网的环路有：
1-3-5-6-7-虚拟管路－ 1 （流动环路 I）
2-3-5-6-7-虚拟管路－ 2 （流动环路 II）
4-5-6-7-虚拟管路－ 4 （流动环路 III）
管段与环路之间的隶属关系有两种情况。其一，
共用；其二，独用。
若某管路出现在两个及以上的环路中，该管路称
为这些环路的共用管路，若管路只出现在某环路
中，该管路称为这一环路的独用管路。
图 2-3-2中，管段 1,2,4分别是环路 I,II,III的
独用管路；管段 3为环路 I,II的共用管路；管段 5、
6,7为环路 I,II,III的共用管路。
(3)环路动力来源
流体力学表明，管网中的流动动力有压力、
惯性力和重力 3种。在管网工程中，压力称
为静压，惯性力称为动压，二者可以互相转
换，二者之和称为全压。重力则在不同的工
程中有不同的名称，如位压、势压、热压等。
Giqii PPP ??
全压的来源与性质
来源：
? 来源于风机水泵等流体机械。
? 来源于压力容器。
? 来源于上级管网。
性质：
? 在一个位置上提供，沿整个环路中起作用。
? 提供动力的位置在共用管段上，则共用该管路的
所有环路都获得相同大小的全压动力。
重力产生的环路动力及其性质
? 重力产生的环路动力是在整个环路上
形成的。它作用在整个环路上。
? 各个环路因重力作用产生的环路动力
不相同。
?? ???
ii
Gi dlgldgP ??? c o s
（ 4）环路的需用压力与资用动力
? 环路动力－－阻力平衡，是流体流动的基本规
律。要实现要求的流量输送与分配任务，就必
须在设计状态，使管网满足这一规律。如果设
计计算的结果不满足这一规律，管网运行时会
按照这一规律的要求，改变流动参数，来满足
这一规律，这样，就得不到需要的流量。
iGiqi PPP ???
Giiqi PPP ???
需用压力：
管网需用压力
? 一般按照“最不利环路”来确定管网的
需用压力。
在有重力作用的情况下，不应只根据管路的
长短和局部阻力部件的多少选定最不利环路，
而应综合考虑流动阻力和重力作用，选管路
长、部件多，重力推动作用小（甚至是阻碍
流动）的环路为最不利环路。
G z b lz b lq PPP ???
环路的资用动力
? 管网的需用压力作用在所有环路的共用管
路上，则这些环路得到的全压作用是相同
的。各环路的资用动力为：
Giqz h i PPP ??
（ 5）环路资用动力的分配
? 管网的需用压力由最不利环路确定，因此，
任意环路与最不利环路共用的管路上，已
完成了资用动力的分配，即这些管路上资
用动力与流动阻力平衡。
? 独用管路的资用动力：
igz h iid PPP ???
,i环路与 性质,最不利环路的共用管段的流动
阻力igP?
独用管路的压损平衡
? 共用管路的阻力与资用动力已实现了平衡。
要实现设计的流量输配，还要让独用管路
的阻力与资用动力相等 。
igGiqigz h iidid PPPPPPP ?????????
在设计中通过对管路几何参数（主要是管道断
面尺寸）的调整，改变管内流速，来实现上述
要求。
并联管路阻力平衡
? 管路处于并联地位时，若它们各自所在的
环路的重力作用形成的动力相等，则这些
并联管路的资用动力相等。那么，它们的
阻力也应相等。
可见，并联管路阻力平衡是压损平衡的
特例。在环路的重力作用形成的动力相
等时适用。
igGiqigz h iidid PPPPPPP ?????????
管段 2的压损平衡
? 所在环路 II的资用动力：
222 GG z b lz b lGqzh PPPPPP ??????
? 管段 2是 II环路中不与最不利环路共用的
管段，其资用动力：
Pa 2 8 5
)1 2 0 07.999.674.1 0 754(
00-
1 2 0 07.999.674.1 0 7542 8 5
222222
?
?????
?
??????
?????????
gGGz b lgzhd
PPPPPPP
〔 例 2-3〕
管段 2的压损平衡
? 按压损平均法：
P a/ m 3 1, 71, 56 285'
2
2
m ???? l
PR d
? 按流量 0.22m3/s和比摩阻 31.7Pa/m，
查线算图，得：
mm 126?d
?取标准规格 130mm。查图：
1 5 6 P a P a / m 26m 摩擦阻力：?R
?速度 16.7m/s，局部阻力 100.9Pa
管段 2的压损平衡
? 在设计流量下的总阻力为 256.9Pa；
? 资用动力 285Pa；
? 不平衡率：
%85.9%1 0 02 8 5 9.2 5 62 8 5 ???
基本符合要求。按相同步骤，对管段 4进行
压损平衡，确定其管径。
2.3.2 均匀送风管道设计
? （ 1）设计原理
）（；
21-3-2
2
s i n
s i n;
2;
2
0000
?
???
??
j
j
j
d
jd
d
j
j
P
fvfvafL
a
v
v
P
P
t g a
P
v
P
v
??????????
????
均匀送风管道设计原理
图 2-3-6 从条缝口吹出和吸入的速度分布
4.0,
0
0
0
0
0
?
F
f
fF
fF
PFf
Ff
j
要求，即“静压箱”送风。小采用大
。不变，改变和
基本不变。，调节动压，保持不变，改变和
。在孔口设置不同的阻体不变，根据静压变化，、
?
?
（ 2）实现管道均匀送风的条件
? 保持各个侧孔静压相
等。
? 保持各个侧孔流量系数相等。
c o n s tLLa ???? 6.0,5.0~1.0,60 0ο ?
? 增大出流角。
。设垂直挡板或短管出流,0.3?
d
j
P
P
注意,增大出流角度除了保证出流
量均匀之外，对于送风的作用地点
还有重要影响。
（ 3）均匀送风管道的计算方法
? 采用静压复得法。
? 参见 〔 例 2-4〕
2.3.3 室内燃气管网水力计算
? （ 1）管段的计算流量根据负责的燃具
数目、考虑同时工作系数进行计算。
? （ 2）属于可压缩气体，摩阻计算公式
有所不同。
? （ 3）并联管路无需进行平衡。（？）
? （ 4）局部阻力采用当量长度法计算。
? （ 5）位压作用不容忽略。
局部阻力的当量长度
?
?
?
?
??
?
?
?
????
d
d
l
v
l
v
d 22
22
水力计算
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、方法及
相关概念；
?环路与环路位压，阻力平衡，动静压的相互
转换。
2.1 气体管流的水力特征
2.1.1 气体重力管流的水力特征
（ 1）竖向开口管道
H2
H1
2
1
1-2断面的能量方程：
（ 2-1-1)
静压 动压 位压
当 1断面和 2断面位于位于进口和出口处，这时静压均为 0。将出口的
动压损失视为出口的一种流动局部阻力，则：
(2-1-2)
上式表明：流动阻力依靠位压（即重力的作用）克服。流动方向取决
于管内外的密度差。以厨房排烟管网为例，当没有开启排风机、且未设防
倒流阀，夏季竖井中密度低，室外空气经竖井进入室内；冬季竖井温度高，
室内空气进入竖井。
22
121 2 1 2 1 2( ) ( )j a jvvp g H H P P???? ?? ? ? ? ? ? ? ?
2 1 1 2( ) ( )ag H H P?? ?? ? ? ?
（ 2） U型管道内的重力流
通过列写断面 1-D、断面 D-2的能量方程，综合
后得到：
g（ ρ1－ ρ2）（ H2－ H1） = (2-1-5)
注意：
1)断面 1和 2分别在进口和出口外,包含了进口阻
力损失和出口阻力损失。
2)进出口位于相同标高时，流动动力是竖管内的密度
差与高差的乘积，与管外大气密度无关。
3)流动方向取决于竖管内密度的相对大小。
21P??
D
1 2
H 1
H 2
12P??
（ 3）闭式管道内的重力流
?具有与进出口断面等高的 U型重
力流竖管相同的水力特征。
H1
H2
2.1.2 气体压力管流水力特征
2.1.3 压力和重力综合作用下的气体管流水力特征
? 若压力 （ Pq1－ Pq2） 驱动的 流动 方向与位压一致, 则二者
综合作用加强管内气体流动, 若驱动方向相反, 则由绝
对值大者决定管流方向；绝对值小者实际上成为另加流
动阻力 。
? 如空调建筑装有排气风机的卫生间排气竖井，冬季在位
压的辅助作用下，排气能力明显加强；夏季排气风机除
克服竖井的阻力时，还要克服位压，排气能力削弱，尤
其是高层建筑。
2.2 流体输配管网水力计算的基本原理和方法
?水力计算,设计计算；校核计算
?设计计算,根据要求的流量分配，确定管网的各段
管径（或断面尺寸）和阻力。对枝状管外，求得管
网特性曲线，为匹配管网动力设备准备好条件，进
而选择确定动力设备（风机、水泵等）的型号。
?校核计算,根据已定的动力设备，确定保证流量输
配的管道尺寸；或者根据已定的管道尺寸，确定保
证流量输配的动力设备。
?水力计算是流体输配管网设计及其运行质量保证的
基本手段。
?水力计算的基本理论依据：流体力学一元流动连续性方程、
能量方程及串、并联管路流动规律。
?管网的流动动力等于管网流动总阻力。
?若干管段串联后的阻力，等于各管段阻力之和；各并联管
段的起点（终点）相同，具有相同的压力。不包含动力源
的并联管段，阻力应相等。
?管段阻力是构成管网阻力的基本单元。流体力学已经揭示，
管段中的流体流动阻力有两种，一种是摩擦阻力，也称为
沿程阻力。另一种是局部阻力。
水力计算的基本原理
2.2.1 摩擦阻力计算
摩擦阻力系数
说 明
?工程上常根据自身的工程特点, 编制相应的计算图
表帮助计算 。
?任何计算公式或图表, 都有其使用范围, 使用时要
特别注意 。
?当工程条件与得出公式或图表的条件有差异时，常
采用修正的方法。
2.2.1 局部阻力计算
产生原因：
流动边界几何形状改变，使流动产生涡旋、流动方
向变化，引起能量损失。
局部阻力基本计算公式：
2
2v
P ?? ???
局部阻力系数
?局部阻力处，流动处于阻力平方区。局部阻力系数只与
几何形状有关。
?局部阻力系数与其安装条件（受流动环境的影响）,各
部分的几何尺寸有关（如突扩）。同名的局部阻力在不
同的场合有不同的阻力系数值。
?局部阻力系数值通过一般实验获得。
?局部阻力系数值对应是某断面动压而言的，使用时必须
注意。
?各工程设计手册给出了常用的局部阻力系数。
2.2.3 常用的水力计算方法
?假定流速法
?压损平均法
?静压复得法
假定流速法的特点
?先按技术经济要求选定管内流速，再结合所需输送
的流量，确定管道断面尺寸，进而计算管道阻力,
得出需要的作用压力。假定流速法适用于作用压力
未知的情况。
假定流速法的基本步骤
（ 1） 绘制管网轴测图, 对各管段进行编号, 标出长度和流量, 确定最不利环
路 。
（ 2） 合理确定最不利环路各管段的管内流体流速 。
（ 3） 根据各管段的流量和确定的流速, 确定最不利环路各管段的断面寸 。
（ 4） 计算最不利环路各管段的阻力 。
（ 5） 平衡并联管路 。 确定并联管路的管径, 使各并联管路的计算阻力与各自
的资用压力相等, 可用压损平均法计算 。 这是保证流量按要求分配的关键 。 若
并联管路计算阻力与各自的资用压力不相等, 在实际运行时, 管网会自动调整
各并联管路流量, 使并联管路的实际流动阻力与各自的资用压力相等 。 这时各
并联管路的流量不是要求的流量 。
（ 6） 计算管网的总阻力, 求取管网特性曲线 。
（ 7） 根据管网特性曲线, 所要求输送的总流量以及所输送流体的种类, 性质
等诸因素, 综合考虑为管网匹配动力设备 （ 风机, 水泵等 ）, 确定动力设备所
需的参数 。
压损平均法的特点
? 将已定的总作用压力，按干管长度平均分配给每一管段，
以此确定管段阻力，再根据每一管段的流量确定管道断
面尺寸。当管道系统所用的动力设备型号已定，或对分
支管路进行阻力平衡计算，此法较为方便。当然，也可
按其他技术经济性更好的方法将已定作用压力分配给各
管段。
压损平均法的基本步骤
（ 1） 绘制管网轴测图, 对各管段进行编号, 标出长度和流量, 确定
最不利环路 。
（ 2） 根据确定的最不利环路的资用压力, 计算最不利环路单位管长
的压力损失 。
（ 3） 根据最不利环路单位管长压力损失和各管段流量, 确定其各管
段管径 。
（ 4） 确定各并联支路的资用压力, 计算单位管长的压力损失 。
（ 5） 根据各并联支路单位管长压力损失和各管段流量, 确定其各管
段管径 。
静压复得法的特点
?通过调整管道断面尺寸，维持管道在不同断面处的管内
静压。送风管道若要求各个风口风量均匀，常用此方法
保证要求的风口风速。
静压复得法的基本步骤
?不论采用何种方法, 水力计算前必须完成管网系统和设
备的布置, 确定管道材料及每个管段的流量, 然后循着各
种方法所要求的步骤进行计算 。
?水力计算中, 各种计算公式和基础数据的选取, 应遵循
相关规范, 标准的规定 。
说 明
2.3.1 通风空调工程气体输配管网水力计算
?以通风空调工程的空气输配管网为例，学习开式枝状气
体输配管网水力计算的具体方法。设计计算要确定管径
和动力大小，主要采用假定流速法。
?需先完成空气输配管网的布置，确定设备和各送排风点
位置的确定；各送排风点要求的风量；管道布置、各管
段的输送风量。
?制作风管的水力计算表格。
2.3.1.1 确定最不利环路的管内流速和管道断面尺寸
（ 1） 绘制风管系统轴测图, 并划分管段, 对各管段进行
编号, 标注其长度和设计风量 。
注,管段：管内流量和管道断面均不变化 。 管段长度按
中心线长度计算, 不扣除管件 （ 如三通, 弯头 ） 本身的
长度 。
图 2-3-2 通风除尘管网轴测图
〔 例 2-3〕
（ 2）确定管内流速和管道断面尺寸
? 管内的流速对通风、空调系统的经济性有较大的影响，对系统
的技术条件也有影响。流速高，风管断面小，占用的空间小，材料
耗用少，建造费用小；但是系统的阻力大，动力消耗增大，运行费
用增加，且增加噪声。若气流中含有粉尘等，会增加设备和管道的
磨损。反之，流速低，阻力小，动力消耗少；但是风管断面大，材
料和建造费用大，风管占用的空间也增大。流速过低会使粉尘沉积
而堵塞管道。
? 因此，必须通过全面的技术经济比较选定合理的流速。根据工
程经验，总结出了通风空调工程中风管内较为合理的空气流速。
?选定最不利环路，本系统选择 1-3-5-除尘器 -6-风机 -7为
最不利环路。
?解释：环路；最不利环路。
?根据表 2-3-3，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内
最小风速为，垂直风管 12m/s、水平风管 14m/s。
?考虑到 除尘器及风管漏风（思考？）,取 5%的漏风系数，
管段 6及 7的计算风量为 6300× 1.05=6615m3/h。
〔 例 2-3〕
有水平风管，初定流速为 14m/s 。管径计算：
m
smhs
hmD 1 95.04
/14/3 60 0
/1 50 0 2
1
3
???
?
?
???
? ?
?
?
?
没有这个 标准规格, 取为 d=0.2m=200mm
则实际风速为：
sm
mhs
hm /4.13
4
)2.0(/3600
/1500v
2
3
?
??
?
?
同理确定出 3,5,6,7的管内流速和管径。
管内流速和管径：
〔 例 2-3〕
2.3.1.2 风管摩擦阻力计算
公式计算：
lRlvRsP mml ???? 24
2??
?
?
??
?
? ???
?? Re
51.2
471.3lg2
1
）（ Rs
K
对于圆管,4Rs＝ D
图表计算
? 制成计算表或线算图。图 2-3-1所示的线算图，可供计算
管道阻力时使用。只要 已知流量、管径、流速、阻力四
个参数中的任意两个,即可利用该图求得其余的两个参
数。该图是按过渡区的 λ 值，在压力 B0=101.3kPa、温度
t0=20℃,空气密度 ρ 0=1.204kg/m3、运动粘度
ν 0=15.06× 10-6m2/s、管壁粗糙度 K=0.15mm、圆形风管、
气流与管壁间无热交换等条件下得出的。当实际条件与
上述条件不相符时，应进行修正。
注意：
密度、粘度修正；温度、大气压力和热交换修正；壁面粗糙度修正。
非圆管利用图表－－引入“当量直径”
? 流速当量直径：
假设某一圆形风管中的空气流速与非圆形
风管中的空气流速相等, 并且两者的单位
长度摩擦阻力也相等, 则该圆形风管的直
径就称为此矩形风管的流速当量直径, 以
Dv表示 。 根据这一定义,断面为 a× b的矩形
风管的流速当量直径 Dv为：
ba
abD
v ??
2
流量当量直径,
设某一圆形风管中的空气流量与非圆形风
管的空气流量相等，并且单位长度摩擦阻
力也相等，则该圆形风管的直径就称为非
圆形风管的流量当量直径，以 DL表示。根
据推导，矩形风管的流量当量直径可近似
按下式计算。
25.0
625.0
)(
)(
3.1
ba
ab
D L
?
?
? 查图得管段 1的比摩阻为 12.5Pa/m，填入计
算表中，并计算管段的摩擦阻力。
? 同理查得 3,5,6,7管段的比摩阻和摩擦
阻力填入计算表中。
? 检查是否需要修正。本例无需进行修正。如
需修正的情况，在水力计算表中留出填写这
些参数的位置。
摩擦阻力 〔 例 2-3〕
2.3.1.3 风管局部阻力计算
? 计算公式：
2
2v
P ?? ???
各种管件（弯头、三通等）的局部阻力系数 ξ 通常
查图表确定。查图表时要注意依据的参数值。还要
注意对应的特征速度。
各种设备的局部阻力或局部阻力系数，由设备生产
厂商提供。
局部阻力计算
（ 1） 管段 1
设备 密闭 罩 ζ =1.0（ 对应接管动压 ）
90° 弯头 （ R/D=1.5） 一个 ζ =0.17
直流 三通 （ 1→ 3） （ 见图 2-3-3）
根据 F1+F2≈F 3, α =30°, 查得 ζ 13=0.20
? Σζ =1.0+0.17+0.20=1.37
? 计算出管段 1的局部阻力损失为,147.5Pa。
? 同理计算出 3,5,6,7各管段的局部阻力，填入表
中。
〔 例 2-3〕
各管段的总阻力＝沿程阻力＋局部
阻力。
2.3.1.4 并联管路的平衡
（ 1） 开式管网的虚拟闭合
引入虚拟管路的概念，将开式管网变为虚
拟的闭式管网 。
虚拟管路是连接开式管网出口和进口的虚
设管路，该管路中的流体为开式管网出口
和进口高度之间的环境流体，从管网出口
流向进口，其水力和热力参数都与环境流
体相同，虚拟管路的管径趋于无限大，流
动阻力为零。
图 2-3-2 虚拟管路与流动环路
〔 例 2-3〕
（ 2）枝状管网的环路、共用管路和独用管路
?枝状管网中, 管段的流向是唯一的 。
?以管网的源为起点，沿着管路（含虚拟管路），
顺着流向（虚拟管路中的流向是从开式管网的真
实出口到真实进口）前进，最终必定回到起点。
沿途所经过的所有管路（含虚拟管路）构成了枝
状管网的一个流动环路。
?〔 例 2-3〕 管网的环路有：
1-3-5-6-7-虚拟管路－ 1 （流动环路 I）
2-3-5-6-7-虚拟管路－ 2 （流动环路 II）
4-5-6-7-虚拟管路－ 4 （流动环路 III）
管段与环路之间的隶属关系有两种情况。其一，
共用；其二，独用。
若某管路出现在两个及以上的环路中，该管路称
为这些环路的共用管路，若管路只出现在某环路
中，该管路称为这一环路的独用管路。
图 2-3-2中，管段 1,2,4分别是环路 I,II,III的
独用管路；管段 3为环路 I,II的共用管路；管段 5、
6,7为环路 I,II,III的共用管路。
(3)环路动力来源
流体力学表明，管网中的流动动力有压力、
惯性力和重力 3种。在管网工程中，压力称
为静压，惯性力称为动压，二者可以互相转
换，二者之和称为全压。重力则在不同的工
程中有不同的名称，如位压、势压、热压等。
Giqii PPP ??
全压的来源与性质
来源：
? 来源于风机水泵等流体机械。
? 来源于压力容器。
? 来源于上级管网。
性质：
? 在一个位置上提供，沿整个环路中起作用。
? 提供动力的位置在共用管段上，则共用该管路的
所有环路都获得相同大小的全压动力。
重力产生的环路动力及其性质
? 重力产生的环路动力是在整个环路上
形成的。它作用在整个环路上。
? 各个环路因重力作用产生的环路动力
不相同。
?? ???
ii
Gi dlgldgP ??? c o s
（ 4）环路的需用压力与资用动力
? 环路动力－－阻力平衡，是流体流动的基本规
律。要实现要求的流量输送与分配任务，就必
须在设计状态，使管网满足这一规律。如果设
计计算的结果不满足这一规律，管网运行时会
按照这一规律的要求，改变流动参数，来满足
这一规律，这样，就得不到需要的流量。
iGiqi PPP ???
Giiqi PPP ???
需用压力：
管网需用压力
? 一般按照“最不利环路”来确定管网的
需用压力。
在有重力作用的情况下，不应只根据管路的
长短和局部阻力部件的多少选定最不利环路，
而应综合考虑流动阻力和重力作用，选管路
长、部件多，重力推动作用小（甚至是阻碍
流动）的环路为最不利环路。
G z b lz b lq PPP ???
环路的资用动力
? 管网的需用压力作用在所有环路的共用管
路上，则这些环路得到的全压作用是相同
的。各环路的资用动力为：
Giqz h i PPP ??
（ 5）环路资用动力的分配
? 管网的需用压力由最不利环路确定，因此，
任意环路与最不利环路共用的管路上，已
完成了资用动力的分配，即这些管路上资
用动力与流动阻力平衡。
? 独用管路的资用动力：
igz h iid PPP ???
,i环路与 性质,最不利环路的共用管段的流动
阻力igP?
独用管路的压损平衡
? 共用管路的阻力与资用动力已实现了平衡。
要实现设计的流量输配，还要让独用管路
的阻力与资用动力相等 。
igGiqigz h iidid PPPPPPP ?????????
在设计中通过对管路几何参数（主要是管道断
面尺寸）的调整，改变管内流速，来实现上述
要求。
并联管路阻力平衡
? 管路处于并联地位时，若它们各自所在的
环路的重力作用形成的动力相等，则这些
并联管路的资用动力相等。那么，它们的
阻力也应相等。
可见，并联管路阻力平衡是压损平衡的
特例。在环路的重力作用形成的动力相
等时适用。
igGiqigz h iidid PPPPPPP ?????????
管段 2的压损平衡
? 所在环路 II的资用动力：
222 GG z b lz b lGqzh PPPPPP ??????
? 管段 2是 II环路中不与最不利环路共用的
管段，其资用动力：
Pa 2 8 5
)1 2 0 07.999.674.1 0 754(
00-
1 2 0 07.999.674.1 0 7542 8 5
222222
?
?????
?
??????
?????????
gGGz b lgzhd
PPPPPPP
〔 例 2-3〕
管段 2的压损平衡
? 按压损平均法：
P a/ m 3 1, 71, 56 285'
2
2
m ???? l
PR d
? 按流量 0.22m3/s和比摩阻 31.7Pa/m，
查线算图，得：
mm 126?d
?取标准规格 130mm。查图：
1 5 6 P a P a / m 26m 摩擦阻力：?R
?速度 16.7m/s，局部阻力 100.9Pa
管段 2的压损平衡
? 在设计流量下的总阻力为 256.9Pa；
? 资用动力 285Pa；
? 不平衡率：
%85.9%1 0 02 8 5 9.2 5 62 8 5 ???
基本符合要求。按相同步骤，对管段 4进行
压损平衡，确定其管径。
2.3.2 均匀送风管道设计
? （ 1）设计原理
）（；
21-3-2
2
s i n
s i n;
2;
2
0000
?
???
??
j
j
j
d
jd
d
j
j
P
fvfvafL
a
v
v
P
P
t g a
P
v
P
v
??????????
????
均匀送风管道设计原理
图 2-3-6 从条缝口吹出和吸入的速度分布
4.0,
0
0
0
0
0
?
F
f
fF
fF
PFf
Ff
j
要求，即“静压箱”送风。小采用大
。不变，改变和
基本不变。，调节动压，保持不变，改变和
。在孔口设置不同的阻体不变，根据静压变化，、
?
?
（ 2）实现管道均匀送风的条件
? 保持各个侧孔静压相
等。
? 保持各个侧孔流量系数相等。
c o n s tLLa ???? 6.0,5.0~1.0,60 0ο ?
? 增大出流角。
。设垂直挡板或短管出流,0.3?
d
j
P
P
注意,增大出流角度除了保证出流
量均匀之外，对于送风的作用地点
还有重要影响。
（ 3）均匀送风管道的计算方法
? 采用静压复得法。
? 参见 〔 例 2-4〕
2.3.3 室内燃气管网水力计算
? （ 1）管段的计算流量根据负责的燃具
数目、考虑同时工作系数进行计算。
? （ 2）属于可压缩气体，摩阻计算公式
有所不同。
? （ 3）并联管路无需进行平衡。（？）
? （ 4）局部阻力采用当量长度法计算。
? （ 5）位压作用不容忽略。
局部阻力的当量长度
?
?
?
?
??
?
?
?
????
d
d
l
v
l
v
d 22
22
