流体输配管网 第3版 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

本书在第2版基础上，根据学科发展、规范变化、教学需求等更新和完善了相关内容。本书系统介绍了建筑物内部及其小区各专业工种(供暖、建筑给水排水、通风及燃气、消防与灭火、空压与制冷系统等)的配管设计方法、水力计算原理与方法等,分析了建筑流体管网的共性,如枝/环状管网水力计算基本理论与方法、计算机分析、管网压力分析、流体机械及其与管网的匹配等,同时还就专业分工的具体特点兼顾了供暖、通风、建筑给水排水、消防及燃气水力计算的相对独立性。增加了离心式压缩机与离心式水泵的喘振对比分析，补充了一个附录——某供暖系统水力计算实例。

目录

序
第3 版前言
第2 版前言
第1 版前言
编者的话
第1 章　流体输配基础 1
　1. 1　有压管网水力计算基础 1
　　1. 1. 1　枝状管网与环状管网 1
　　1. 1. 2　小密度差管流流动 10
　1. 2　无压流动基础———明渠均匀流 13
　　1. 2. 1　概述 13
　　1. 2. 2　明渠均匀流的计算公式 15
　　1. 2. 3　明渠水力最优断面和允许流速 18
　　1. 2. 4　明渠均匀流水力计算的基本
问题 20
　　1. 2. 5　无压圆管均匀流的水力计算 23
　　1. 2. 6　渗流简介 26
　思考题与习题 29
第2 章　泵与风机的理论基础 30
　2. 1　泵与风机的分类及性能参数 30
　　2. 1. 1　常用泵与风机的分类 30
　　2. 1. 2　泵与风机的性能参数 30
　2. 2　离心式泵与风机的基本方程———欧拉
方程 32
　　2. 2. 1　能量转换与迁移 33
　　2. 2. 2　理想叶轮　速度三角形 33
　　2. 2. 3　理想叶轮欧拉方程 35
　　2. 2. 4　实际叶轮欧拉方程 35
　　2. 2. 5　理论扬程HT 之组成 37
　2. 3　实际叶轮的理论性能曲线 37
　　2. 3. 1　叶型及其对性能的影响 37
　　2. 3. 2　实际叶轮的理论流量-压头曲线与
流量-功率曲线 39
　2. 4　泵与风机的实际性能曲线 40
　　2. 4. 1　水力损失 41
　　2. 4. 2　容积损失 42
　　2. 4. 3　机械损失 43
　　2. 4. 4　泵与风机的全效率 43
　　2. 4. 5　泵与风机的性能曲线 44
　2. 5　相似律与比转速 45
　　2. 5. 1　泵与风机的相似律 45
　　2. 5. 2　风机的无量纲性能曲线 47
　　2. 5. 3　比转速 49
　2. 6　其他常用流体机械 52
　　2. 6. 1　轴流式风机 52
　　2. 6. 2　贯流式风机 54
　　2. 6. 3　往复泵与真空泵 55
　　2. 6. 4　深井泵与旋涡泵 56
　　2. 6. 5　常用压缩机 57
　2. 7　相似律的实际应用 62
　　2. 7. 1　当被输送流体的密度改变时性能
参数的换算 62
　　2. 7. 2　当转速改变时性能参数的换算 63
　　2. 7. 3　泵叶轮切削———仅叶轮直径D
改变的换算 63
　　2. 7. 4　当叶轮直径和转速都改变时性能
曲线的换算 63
　思考题与习题 64
第3 章　冷、热水循环管路 67
　3. 1　水的自然循环 67
　　3. 1. 1　自然(重力) 管流水力特征 67
　　3. 1. 2　自然(重力) 循环热水系统的
工作原理 68
　　3. 1. 3　自然循环热水系统的形式和
特点 68
　　3. 1. 4　自然循环热水系统的作用压力 69
　3. 2　水的机械循环 74
目录Ⅺ　
　　3. 2. 1　机械循环水力特征 75
　　3. 2. 2　机械循环水系统的工作原理 75
　　3. 2. 3　机械循环水系统形式 76
　　3. 2. 4　高层建筑水系统的特殊问题 82
　3. 3　水循环系统管路水力计算 84
　　3. 3. 1　循环管路水力计算的原理 84
　　3. 3. 2　室内热水循环管路水力计算的
任务和方法 88
　　3. 3. 3　自然循环热水供暖系统的水力
计算 90
　　3. 3. 4　机械循环热水供暖系统的水力
计算 95
　　3. 3. 5　不等温降法水力计算 104
　　3. 3. 6　室外热水供热管网的水力计算 112
　　3. 3. 7　空调冷冻水系统的水力计算 115
　　3. 3. 8　冷却水系统的水力计算 117
　思考题与习题 119
第4 章　蒸汽管网 124
　4. 1　室内蒸汽管路系统的水力特征与基本
形式 124
　　4. 1. 1　蒸汽管路系统的水力特征 124
　　4. 1. 2　室内蒸汽管路系统的形式 125
　4. 2　室内蒸汽管路系统的凝结水 127
　　4. 2. 1　低压蒸汽管路系统的凝结水 127
　　4. 2. 2　中压蒸汽管路系统的凝结水 129
　4. 3　室内低压蒸汽管路系统的水力计算 131
　　4. 3. 1　室内低压蒸汽管路系统的水力
计算方法 131
　　4. 3. 2　室内低压蒸汽管路系统的水力
计算例题 132
　4. 4　室内中压蒸汽管路系统的水力计算 134
　　4. 4. 1　室内中压蒸汽管路系统的水力
计算方法 134
　　4. 4. 2　室内中压蒸汽管路系统的水力
计算例题 135
　4. 5　室外高压蒸汽管网的水力计算 137
　4. 6　凝结水管网的水力计算方法 138
　4. 7　凝结水管网的水力计算例题 141
　思考题与习题 146
第5 章　建筑给水排水网路基础 148
　5. 1　建筑给水管网的水力计算基础 148
　　5. 1. 1　给水系统及其分区与给水方式 148
　　5. 1. 2　给水管网计算 150
　5. 2　建筑排水网路 162
　　5. 2. 1　建筑排水网路组成 162
　　5. 2. 2　建筑排水网路计算 165
　　5. 2. 3　建筑雨水排水与高层建筑排水
概述 173
　5. 3　消防给水管网 174
　　5. 3. 1　消火栓给水系统管网 174
　　5. 3. 2　自动喷水灭火系统管网及水力
计算 179
　5. 4　建筑内部热水管网 185
　　5. 4. 1　热水供应系统分类、组成与供水
方式 185
　　5. 4. 2　热水系统管网计算 186
　思考题与习题 200
第6 章　气体流动及其网络 201
　6. 1　通风空调管路 201
　　6. 1. 1　气体输配管网形式与装置 201
　　6. 1. 2　通风管道阻力计算 203
　　6. 1. 3　均匀送风管道设计计算 220

前言/序言

建筑环境与能源应用工程学科在可持续发展及生态文明发展建设过程中发挥着越来越重要的作用, 而掌握整体或系统分析方法是本学科高素质人才培养的关键。“ 流体输配管网” 正是培养学生整体和系统分析能力的重要环节之一,本书的修订仍秉承这一指导思想。
本书更正了第1、2 版使用过程中发现的一些印刷错误( 有不少错误是兄弟院校在使用过程中发现的, 在此谨致谢意) 。
本书的课时仍建议为48~65 学时, 各校可以根据自己的教学大纲进行调整。
建议在教学过程中要注意课堂教学和学生自己动手相结合。有些环节是很容易完成的, 例如让学生自己动手制作泵或风机模型。我们在教学过程中坚持了这一点, 发现这样可以调动学生的积极性, 学生的反映也非常好。另外, 布置作业时一定要注意综合性, 这样可以提高学生的分析能力。实际上, 学生是有很高的学习热情的。在教学过程中, 还要注意共性问题的前后联系及应用, 如膨胀水箱接点问题, 小密度差作用分析, 伯努利方程在水压线、允许吸上真空高度和汽蚀余量分析中的应用等( 实际上, 从吸液池液面到水泵吸入口断面、吸入口断面到易发生汽蚀段这两段分别对应了两个简单的伯努利方程) 。在第2 版的基础上, 本次修订又明确了资用压力、允许吸上真空高度、汽蚀余量等概念;BIM 的概念有所涉及, 而管网分析是BIM 的重要支撑( 补充了一个附录) , 对这些问题的理解同样有助于提高学生的系统分析能力。
本书修订的编写团队仍是第1、2 版的各位老师, 研究生李思慧协助完成了离心式压缩机与离心式水泵的“ 喘振” 对比分析, 附录由吴顺丰同学完成。
由于编者的学识和经验有限, 本书在修订后也难免会有差错, 敬请读者谅解, 恳请读者批评斧正。
编　者

流体输配管网：理论、设计与应用 引言 在现代工业、城市建设以及日常生活方方面面，流体输配管网都扮演着至关重要的角色。从为千家万户提供饮用水，到输送石油、天然气等能源，再到工业生产中的物料转移，高效、可靠的管网系统是保证社会正常运转和经济发展的基石。然而，管网的复杂性、流体输送过程中的各种物理现象以及可能面临的多种运行工况，都对管网的设计、分析和优化提出了严峻的挑战。 本书旨在系统地阐述流体输配管网的理论基础、设计原则、计算方法以及实际应用中的关键技术。本书内容严谨、逻辑清晰，力求为读者提供一个全面而深入的视角，理解并掌握流体输配管网的奥秘。我们不仅关注理论的深度，更注重实践的可行性，将前沿的研究成果与工程实际紧密结合。 第一部分：流体输配管网基础理论 本部分将为读者构建起流体输配管网的基本理论框架，理解流体在管网中流动所遵循的物理规律。 第一章 流体性质与基本概念 1.1 流体的定义与分类 介绍流体的基本定义，区分液体和气体，进一步区分理想流体和真实流体。 讨论流体的密度、比重、粘度（动力粘度、运动粘度）等关键物理参数，并阐述其在管流中的影响。 介绍可压缩性与不可压缩性，以及表面张力等概念。 1.2 流动状态与雷诺数 详细阐述层流和紊流的概念，以及它们在管流中的特征。 引入雷诺数作为判断流体流动状态的重要判据，推导其表达式，并分析管径、流速、流体粘度和密度对雷诺数的影响。 探讨过渡区的流动特性。 1.3 流体输运的力学基础 1.3.1 质量守恒原理（连续性方程） 推导并讲解一维、多维情况下的连续性方程，阐明在稳定流动下，流体的质量在管网中各截面的守恒性。 分析截面变化对流速的影响。 1.3.2 动量守恒原理（纳维-斯托克斯方程与伯努利方程） 介绍纳维-斯托克斯方程作为描述粘性流体运动的基本方程，并简要说明其复杂性。 重点推导并讲解在理想流体、无粘性流体和有粘性流体简化条件下的伯努利方程，阐述其在能量转换（压力能、动能、位能）过程中的重要作用。 分析伯努利方程在不同应用场景下的适用性与局限性。 1.3.3 能量守恒原理 将能量守恒原理与伯努利方程相结合，引入能量损失的概念。 第二章 管道内流动的能量损失 2.1 沿程水头损失 2.1.1 达西-魏斯巴赫公式 详细推导达西-魏斯巴赫公式，解释其中阻力系数（摩擦系数）的含义。 介绍层流和紊流状态下阻力系数的计算方法，包括普朗特公式、尼古拉斯公式以及基于Colebrook-White公式的隐式求解方法。 探讨管壁粗糙度对阻力系数的影响，并引入相对粗糙度的概念。 2.1.2 紊流阻力系数图（Moody图） 介绍Moody图的构造和使用方法，展示不同雷诺数和相对粗糙度下阻力系数的变化规律。 2.2 局部水头损失 2.2.1 局部水头损失的产生原因 分析流体流经管件（阀门、弯头、三通、变径等）时，流动截面突然变化、流线分离、涡流产生等原因造成的能量耗散。 2.2.2 局部水头损失的计算方法 介绍局部水头损失系数（阻力系数）的概念，以及不同类型管件的局部水头损失系数的取值方法，通常采用经验公式或查表法。 介绍当量长度法作为一种简化的计算方法。 2.3 总能量损失的计算 将沿程水头损失和局部水头损失进行叠加，计算整个管网或管段的总能量损失，并分析其在管网设计中的重要性。 第三章 流体在管网中的输运特性 3.1 单管输运 分析单一管道输送流体时的流量、压力降、流速等参数之间的关系。 探讨不同管径、管长、管材、流体性质和输送压头对单管输运效率的影响。 3.2 串联管网 3.2.1 串联管网的特点 介绍串联管网中流体按顺序流经一系列管道和管件的特点。 3.2.2 流量与水头损失的计算 讲解在串联管网中，各管段的流量相等，而总水头损失为各管段水头损失之和。 分析如何通过迭代计算或图解法确定特定输送压头下的总流量。 3.3 并联管网 3.3.1 并联管网的特点 介绍并联管网中流体在汇合点分流，并在汇流点汇合的特点。 3.3.2 流量与水头损失的计算 讲解在并联管网中，各支管的水头损失相等，而总流量为各支管流量之和。 介绍如何确定各支管的流量分配，并通过迭代计算或图解法确定总流量。 3.4 环状管网 3.4.1 环状管网的特点 介绍环状管网中存在多个流体循环路径的特点。 3.4.2 流量分配与水头损失的计算 讲解环状管网的计算比串并联管网更为复杂，需要同时满足流量守恒和能量守恒（或水头损失守恒）条件。 介绍经典的水力计算方法，如Hardy Cross法（迭加法）和Newton-Raphson法（线性化迭代法），并分析它们的原理和适用范围。 3.5 混合管网 介绍复杂管网中可能同时存在串联、并联和环状结构的混合管网，以及其计算的复杂性。 第二部分：流体输配管网设计与优化 本部分将深入探讨流体输配管网的设计理念、技术流程以及如何通过优化手段提高管网的性能。 第四章 管网设计的基本原则与流程 4.1 设计目标与需求分析 明确管网的设计目标，包括输送流量、压力要求、服务范围、运行可靠性、经济性等。 进行详细的需求分析，考虑未来发展趋势和潜在变化。 4.2 管材选择与管道布置 4.2.1 常用管材的性能比较 介绍金属管道（钢管、铸铁管、铜管）、塑料管道（PVC、PE、PPR）、复合材料管道等，并比较它们的力学性能、耐腐蚀性、成本、连接方式和施工便利性。 根据输送介质、压力、温度和环境条件，选择合适的管材。 4.2.2 管道布置原则 考虑地形、地质条件、道路、构筑物、地下管线等因素，进行合理的管道走向规划。 优化管网拓扑结构，减少水头损失，降低工程造价。 考虑检修、维护的便利性。 4.3 流体输配管网水力计算 4.3.1 设计流量的确定 根据服务人口、用水定额、高峰系数、工业用水需求、消防用水需求等确定各点的设计流量。 4.3.2 设计水压的确定 确定设计工作压力，考虑最大服务扬程、水锤压力等因素。 4.3.3 管径的计算与选择 根据流量、流速限制、水头损失允许值、经济流速等原则，计算并选择合适的管径。 介绍经验公式法、等水头损失法、等经济流速法等管径计算方法。 4.3.4 管网水力计算方法（复习与应用） 再次强调Hardy Cross法、Newton-Raphson法等在实际管网设计中的应用。 介绍水力计算软件在复杂管网设计中的作用。 4.4 管网组件与附属设施设计 4.4.1 阀门的选择与布置 介绍闸阀、蝶阀、球阀、止回阀、安全阀等不同类型阀门的功能和适用范围。 合理布置阀门，便于检修、隔离和流量控制。 4.4.2 水泵的选择与匹配 根据管网的水头损失和流量需求，选择合适的水泵类型、流量和扬程。 考虑水泵的效率、节能性、可靠性。 4.4.3 泄压设施与水锤防护 介绍水锤的产生原因、危害以及泄压阀、缓冲罐等防护措施。 4.4.4 通气与排泥设施 设计通气阀和排泥阀，确保管网正常运行。 第五章 流体输配管网的优化技术 5.1 经济性分析与优化 5.1.1 初始投资与运行成本分析 综合考虑管道敷设、材料、泵站、阀门、控制系统等初始投资。 分析运行过程中能源消耗、维护费用、管理费用等。 5.1.2 经济管径的确定 介绍基于经济学原理的经济管径计算方法，平衡管材成本和泵送能耗。 5.2 运行工况优化 5.2.1 变量输送 分析如何通过调整水泵运行方式（变频调速、多泵联合运行）或调节阀门开度，在不同用水需求下实现管网流量和压力的优化。 5.2.2 节点压力控制 采用定压控制、变压控制等策略，确保用户端的供水压力稳定。 5.3 提高管网可靠性与韧性 5.3.1 冗余设计与备用系统 在关键部位设置备用管道、泵站，提高管网的抗风险能力。 5.3.2 智能监控与故障诊断 引入SCADA系统、传感器等技术，实时监测管网运行状态，及时发现和处理异常。 5.4 绿色与可持续发展 5.4.1 节水节能技术 关注管网漏损控制，提高输送效率，降低能源消耗。 5.4.2 环保材料与工艺 优先选用环保型管材和施工技术。 第三部分：流体输配管网的实际应用与发展趋势 本部分将展示流体输配管网在不同领域的广泛应用，并展望未来的发展方向。 第六章 不同领域的应用实例 6.1 城市供水管网 详细介绍城市供水管网的系统构成，包括水源、水厂、输配水管网、二次供水设施等。 讨论供水管网的设计要点，如服务人口估算、管网水力计算、水质保障、应急供水等。 分析城市供水管网的运行管理问题，如漏损控制、水质监测、水锤防护等。 6.2 城市排水管网 介绍城市雨水和污水排水管网的系统组成与功能。 讨论排水管网的设计难点，如径流计算、管径确定、防洪排涝、污水收集等。 阐述排水管网的运行维护，如清淤、防堵、溢流控制等。 6.3 燃气输配管网 介绍天然气、液化石油气等燃气输配管网的特点，包括高压输送、安全性要求等。 讨论燃气管网的设计要点，如流量计算、管径选择、压力控制、防爆措施等。 关注燃气管网的运行安全，如泄漏检测、压力监测、安全阀门等。 6.4 工业流体输送管网 针对不同工业领域（如化工、石油、电力、冶金）的特定需求，介绍相关流体输送管网的设计与应用。 例如，石油化工管网的高温高压、腐蚀性介质输送；电力行业的热力管网；冶金行业的冷却水循环管网等。 6.5 其他应用 简要介绍供暖管网、农业灌溉管网、消防给水管网等。 第七章 流体输配管网的智能化与未来展望 7.1 智能管网的关键技术 7.1.1 数据采集与监测技术 介绍各类传感器（流量计、压力计、水质传感器等）在管网中的应用，以及物联网（IoT）技术如何实现数据的实时传输。 7.1.2 数据分析与模型构建 探讨大数据分析、人工智能（AI）、机器学习等技术在管网状态评估、故障预测、流量预测、漏损定位等方面的应用。 介绍数字孪生（Digital Twin）技术在管网仿真与优化中的潜力。 7.1.3 自动化控制与决策支持 阐述自动控制系统如何根据监测数据进行管网运行的智能调节。 说明决策支持系统如何为管网的规划、设计、运行和维护提供科学依据。 7.2 漏损检测与控制 介绍声波检测、相关仪检测、示踪剂法、红外成像等先进的漏损检测技术。 探讨管网修复、更换策略，以及长期漏损控制目标。 7.3 水锤与压力波动控制的进步 介绍新型水锤吸收装置、智能水泵控制算法等，以更有效地应对瞬态压力变化。 7.4 管网韧性与抗灾能力提升 探讨如何利用智能化手段提高管网在自然灾害、人为破坏等突发事件中的恢复能力。 7.5 行业发展趋势 展望未来管网设计将更加注重全生命周期成本、环境友好性和用户体验。 强调多能源、多介质协同输配的可能性。 指出人才培养和技术创新的重要性。 结语 流体输配管网是一个集理论、实践与创新于一体的复杂工程领域。本书从基础理论出发，循序渐进地深入到设计、优化和应用层面，并展望了未来的发展趋势。我们希望通过本书的阐述，能够帮助读者建立起系统性的知识体系，掌握解决实际问题的能力，并对流体输配管网的未来发展充满信心。掌握流体输配管网的知识，不仅是工程师和技术人员的职业需要，更是理解和改善我们生活环境、推动社会可持续发展的重要途径。