水泵扬程的计算是一个系统性的工程问题。它并非由单一公式决定,而是由水泵需要克服的整个管路系统的总阻力决定。
其最核心、最根本的计算公式为:
核心公式:扬程 = 总阻力之和
H = Hf + Hj + Hp + Hz
其中:
H : 水泵所需的总扬程(单位:米 m)
Hf : 管路系统的沿程阻力(单位:米 m)
Hj : 管路系统的局部阻力(单位:米 m)
Hp : 设备阻力(单位:米 m)
Hz : 净提升高度 + 末端压力需求(单位:米 m)
公式中各项的详细解释与计算方法
1. 净提升高度与末端压力 (Hz)
这是最直观的部分,包括:
Z₂ - Z₁: 液体的净提升高度。即出水池液面与进水池液面的高程差。如果是闭式循环系统(如空调冷冻水系统),这项为0。
P₂ - P₁: 系统末端的压力需求。例如,如果水要从一个有压罐进入另一个有压罐,则需要考虑两者的压力差。通常,如果末端是敞开的(如喷泉、水箱),这项也为0。
计算公式:Hz = (Z₂ - Z₁) + (P₂ - P₁) / (ρ × g)
ρ: 流体密度(水≈1000 kg/m³)
g: 重力加速度(9.8 m/s²)
(P₂ - P₁) / (ρ × g) 的作用是将压力单位(Pa)转换为米水柱(m)
2. 沿程阻力 (Hf)
流体在直管道中流动时,因摩擦而产生的能量损失。
影响因素: 管材粗糙度、管径、管长、流速。
计算公式(达西-韦斯巴赫公式):
Hf = λ × (L / d) × (v² / (2g))
λ: 沿程阻力系数(与管材粗糙度和雷诺数有关,计算复杂,通常查表或使用水力计算软件)
L: 管道总长度(m)
d: 管道内径(m)
v: 流体平均流速(m/s)
g: 重力加速度(9.8 m/s²)
简化估算: 对于初步设计,可以参考“比摩阻”进行估算(一般水系统可取100-300 Pa/m,即0.01-0.03 m/m),然后乘以管长。
3. 局部阻力 (Hj)
流体流经弯头、三通、阀门、变径、过滤器等管件时产生的能量损失。
计算公式:
Hj = Σξ × (v² / (2g))
Σξ: 所有局部阻力系数的总和。每个类型的管件都有一个对应的ξ值(可查《流体力学》或暖通设计手册)。
v: 对应管件处的流体流速(m/s)
简化估算: 在工程实践中,局部阻力通常可以估算为沿程阻力的30% ~ 60%。(即 Hj = (0.3 ~ 0.6) × Hf )
4. 设备阻力 (Hp)
流体流经系统中各个设备(如换热器、过滤器、除污器、阀门等)所产生的压力降。
这是选型中最关键也最易出错的一项!
计算方法: 该数据由设备供应商提供。例如,您选定一款板式换热器后,厂家会给出在特定流量下,该换热器冷热两侧的阻力降(单位可能是kPa或m)。
例如:某换热器水侧阻力降为 50 kPa。
单位换算:1 mH₂O ≈ 9.8 kPa ≈ 0.098 bar。所以 50 kPa ≈ 5.1 mH₂O。
务必查阅设备样本上的性能曲线或数据表来获取准确的Hp值。