燃?xì)夤芫W(wǎng)水力計(jì)算【業(yè)內(nèi)參考】

1、第六章 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力計(jì)算,燃?xì)夤芫W(wǎng)水力計(jì)算的任務(wù)： 1根據(jù)燃?xì)獾挠?jì)算流量和允許的壓力損失計(jì)算管道直徑，以確定管道投資和金屬消耗。 2對(duì)已有管道進(jìn)行流量和壓力損失的驗(yàn)算，以充分發(fā)揮管道的輸氣能力，或決定是否需要對(duì)原有管道進(jìn)行改造,因此，正確地進(jìn)行水力計(jì)算，是關(guān)系到輸配系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的問(wèn)題，是城市燃?xì)庖?guī)劃與設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié),城市燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式和計(jì)算圖表 燃?xì)夥峙涔艿烙?jì)算流量的確定 枝狀管網(wǎng)的水力計(jì)算 環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算 室內(nèi)燃?xì)夤艿赖乃τ?jì)算,第六章 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力計(jì)算,第一節(jié) 城市燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式和計(jì)算圖表,低壓燃?xì)夤艿雷枇p失計(jì)算公式 高中壓燃?xì)夤艿雷枇p失計(jì)算公式 燃

2、氣管道阻力損失計(jì)算圖表 計(jì)算示例 附加壓頭 局部阻力,一、低壓燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式,層流區(qū)(Re3500) 鋼管、塑料管： 鑄鐵管,二、高中壓燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式,鋼管、塑料管： 鑄鐵管,三、燃?xì)夤艿浪τ?jì)算圖表,壓力不同、管材不同，水力計(jì)算公式也不同，所以也就對(duì)應(yīng)著不同的水力計(jì)算圖表。另外，燃?xì)夥N類不同時(shí)，由于不同種類燃?xì)獾拿芏?、粘度等有很大的不同，所以?jì)算圖表也不同,決定水力計(jì)算圖表的因素主要有三個(gè)，不同的燃?xì)夥N類、管道的壓力級(jí)別、不同的管道材質(zhì)。三者的不同組合得到不同的水力計(jì)算圖表,圖：燃?xì)?7 64、5,計(jì)算圖表的繪制條件,1、燃?xì)饷芏劝?計(jì)算，使用時(shí)不同的燃?xì)饷芏纫M(jìn)行修正,低壓管道

3、,高中壓管道,2、運(yùn)動(dòng)粘度： 人工燃?xì)猓?天然氣,3、取鋼管的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度,例 題 1,已知：人工燃?xì)獾拿芏?， 運(yùn)動(dòng)粘度,15時(shí)燃?xì)饬鹘?jīng)l=100m長(zhǎng),的低壓燃?xì)怃摴?，?dāng)流量Q010Nm3/h時(shí)，管段壓力降為4Pa，求該管道管徑,圖表法,據(jù)d計(jì)算Re=17682100,層流區(qū)。假設(shè)正確，計(jì)算有效,據(jù)流量和壓降查表得：d=80mm,已知人工燃?xì)饷芏?.7kg/Nm3，運(yùn)動(dòng)粘度2510-6m2/s，有2197中壓燃?xì)怃摴?，長(zhǎng)200m，起點(diǎn)壓力150KPa，輸送燃?xì)饬髁?000Nm3/h，求0時(shí)該管段末端壓力。 公式法 圖表法,例 題 2,由于空氣與燃?xì)饷芏炔煌?，?dāng)管道始、末端存在標(biāo)高差時(shí)，在燃

4、氣管道中將產(chǎn)生附加壓頭。對(duì)始末端高程差值變化甚大的個(gè)別管段，包括低壓分配管道及建筑物的室內(nèi)的低壓燃?xì)夤艿?，必須將附加壓頭計(jì)算在內(nèi),四、附加壓頭,計(jì)算公式,空氣密度，1.293kg/Nm3， 燃?xì)饷芏龋?kg/Nm3 管段終端與始端的標(biāo)高差值，m,管道內(nèi)流動(dòng)氣體上升時(shí)將產(chǎn)生一種升力，下降時(shí)將增加阻力,管道內(nèi)流動(dòng)氣體下降時(shí)將產(chǎn)生一種升力，上升時(shí)將增加阻力,某多層住宅，燃?xì)馐覂?nèi)立管終端標(biāo)高17m，引入管始端標(biāo)高0.6m，密度0.71kg/Nm3，計(jì)算附加壓頭；又已知引入管起點(diǎn)壓力P1=1000Pa， 80Pa，求P2,P1,P2,0.6m,17m,五、局部阻力損失計(jì)算,城市燃?xì)夤芫W(wǎng)計(jì)算時(shí)，管網(wǎng)的局部

5、損失一般以沿程損失的510%估計(jì). 對(duì)于室內(nèi)燃?xì)夤艿篮蛷S、站區(qū)域的燃?xì)夤艿?，由于管路附件較多，局部損失所占的比例較大應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算方法有兩種，一種是用公式計(jì)算，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)查取局部阻力系數(shù)，代入公式進(jìn)行計(jì)算；另一種用當(dāng)量長(zhǎng)度法,當(dāng)燃?xì)饬鹘?jīng)三通管、彎管、變徑異型管、閥門等管路附件時(shí)，由于幾何邊界的急劇改變，燃?xì)庠诠艿纼?nèi)氣流方向和氣流斷面改變，燃?xì)膺\(yùn)動(dòng)受到擾亂，必然產(chǎn)生額外的壓力損失,式中： P-局部壓力降，Pa； -計(jì)算管段中局部阻力系數(shù)的總和； -燃?xì)庠诠艿乐械牧魉?，m/s； -燃?xì)饷芏?，kg/Nm3； T -燃?xì)饨^對(duì)溫度，K，T0=273K,1、公式法,當(dāng)量長(zhǎng)度不但與局部阻力系數(shù)有關(guān)，還與

6、管徑、沿程阻力系數(shù)有關(guān),2、當(dāng)量長(zhǎng)度法,因此，管件的局部壓力降等于其當(dāng)量長(zhǎng)度為L(zhǎng)2的直線管段的沿程壓力降，在計(jì)算管道及管道附件的總壓力降時(shí)，管道計(jì)算長(zhǎng)度L應(yīng)為 L= L1 + L2 式中：L1 -管道實(shí)際長(zhǎng)度，m； L2 -管道上附件的當(dāng)量長(zhǎng)度，m。 實(shí)際管道計(jì)算長(zhǎng)度L乘以該管段單位長(zhǎng)度摩擦阻力損失，就可得到該管段的壓力損失,第二節(jié) 燃?xì)夥峙涔艿烙?jì)算流量,燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)供氣方式 燃?xì)夥峙涔艿烙?jì)算流量的確定 燃?xì)夥峙涔艿劳拘沽髁康拇_定 節(jié)點(diǎn)流量,一)燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)供氣方式,只有轉(zhuǎn)輸流量的管段,只有途泄流量的管段,有途泄流量和轉(zhuǎn)輸流量的管段,燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)的各管段根據(jù)連接用戶的情況，可分為三種,燃?xì)夥峙?/p>

7、管段的負(fù)荷變化示意圖,對(duì)于管段AB，途泄流量為Q1，轉(zhuǎn)輸流量為Q2 管道起點(diǎn)A處，流量為轉(zhuǎn)輸流量與途泄流量之和； 管道終點(diǎn)B處，流量?jī)H為Q2,而管段內(nèi)各段面處的流量是不斷變化的，數(shù)值處于二者之間。 若假定沿管線長(zhǎng)度向用戶均勻地配氣，則沿線流量變化呈直線關(guān)系,二)燃?xì)夥峙涔艿烙?jì)算流量的確定,確定變負(fù)荷管段的計(jì)算流量 原則-以計(jì)算流量求得的管段壓力降應(yīng)與變負(fù)荷管段的實(shí)際壓力降相等,式中：Q-計(jì)算流量，Nm3/h； Q1-途泄流量，Nm3/h； Q2-轉(zhuǎn)輸流量，Nm3/h； -流量折算系數(shù)，它與途泄流量與轉(zhuǎn)輸流量之比、沿途支管數(shù)有關(guān),計(jì)算流量先用轉(zhuǎn)輸流量與途泄流量的組合來(lái)表示,1、實(shí)際壓力降的求解,

8、采用微元的方法求解管段的實(shí)際壓力降 簡(jiǎn)化：管段上有n條分支管，各分支管間距均相等，并且每條分支管的途泄流量q也相等，n條分支管就管段AB均勻地分成了n+1條小管段,壓降計(jì)算公式,流進(jìn)管段的總流量,QN=Q2+Q1,每一條分支管段的流量,在AB上取任一小段y，該管段上的流量用Qy表示，則,令,x是途泄流量Q1與總流量QN的比值，0 x1,則,所以,整個(gè)管段的壓力降為,將括號(hào)內(nèi)各項(xiàng)以麥克勞林級(jí)數(shù)展開，取其前三項(xiàng)，并將（n+1）式相加，得,整理得,壓降計(jì)算公式,在總流量QN一定時(shí)，整個(gè)管段的壓降為支管數(shù)n與途泄流量的函數(shù)關(guān)系式,2、以計(jì)算流量求壓力降,把 帶入壓降計(jì)算公式,由,得,水力計(jì)算公式中冪指

9、數(shù)為1.75時(shí)所得值,對(duì)于燃?xì)夥峙涔艿?，分支管?shù)一般不少于510個(gè)，x值在0.31.0之間。此時(shí)系數(shù)在0.50.6之間，水力計(jì)算公式中冪指數(shù)等于1.752.0時(shí)，值的變化并不大；實(shí)際計(jì)算中均可采用平均值=0.55。 故燃?xì)夥峙涔艿赖挠?jì)算流量公式為,1.途泄流量的范圍： 途泄流量只包括大量的居民用戶和小型公共建筑用戶。 用氣負(fù)荷較大的公共建筑用戶應(yīng)作為集中負(fù)荷來(lái)計(jì)算。 2.兩點(diǎn)假設(shè)： 供氣區(qū)域內(nèi)居民用戶和小型公共建筑用戶是均勻分布的； 途泄流量只取決于居民的人口密度,三)燃?xì)夥峙涔艿劳拘沽髁康拇_定,3.計(jì)算步驟,對(duì)如圖所示的小區(qū)，計(jì)算步驟如下,管段途泄流量的計(jì)算過(guò)程,a）在供氣范圍內(nèi)，按不同的居

10、 民人口密度或道路和建筑物的布局劃分街區(qū)A、BF。 （b）分別計(jì)算各個(gè)街區(qū)居民用氣量及小型公共建筑年用氣量、小時(shí)計(jì)算流量，并按照用氣量的分布情況布置配氣管道1-2、2-3 （c）根據(jù)每個(gè)街區(qū)的燃?xì)庥?jì)算流量和燃?xì)夤艿赖拈L(zhǎng)度，計(jì)算管道單位長(zhǎng)度向該街區(qū)供應(yīng)的途泄流量,d）求管段的途泄流量,管段的途泄流量等于單位長(zhǎng)度途泄流量乘以該管段的長(zhǎng)度。 若管段是兩個(gè)小區(qū)的公共管道，需同時(shí)向兩側(cè)供氣時(shí)，其途泄流量應(yīng)為兩側(cè)的單位長(zhǎng)度途泄流量之和乘以管長(zhǎng),四) 轉(zhuǎn)輸流量的確定,a、確定各管段途泄流量； b、從管段末段向上反推,例1 枝狀管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸流量的計(jì)算,枝狀管網(wǎng)如下圖所示，已知各管段途泄流量，試確定各管段轉(zhuǎn)輸流量及

11、計(jì)算流量,1,2,3,4,5,例題2 環(huán)狀管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸流量的計(jì)算,已知途泄流量，求轉(zhuǎn)輸流量 計(jì)算流量,2,3,4,5,1,60,80,130,110,100,第三節(jié) 枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算,枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算特點(diǎn) 枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算步驟,一、枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算特點(diǎn),管段數(shù)等于節(jié)點(diǎn)數(shù)減1 氣源至各節(jié)點(diǎn)一個(gè)固定流向 送至某一管線的燃?xì)庵荒苡梢粭l管線供氣，流量分配方案唯一 任一管段流量等于該管段以后所有節(jié)點(diǎn)流量之和（順氣流方向），管段流量唯一 改變某一管段管徑，不影響管段流量分配，只導(dǎo)致管道終點(diǎn)壓力的改變 各管段未知數(shù)：直徑與壓力降兩個(gè),二、枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算步驟,對(duì)管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)和管道編號(hào)。 根據(jù)管線圖和用氣情況，確定

12、管網(wǎng)各管段的計(jì)算流量。 選定枝狀管網(wǎng)的干管，根據(jù)給定的允許壓力降確定管線單位長(zhǎng)度上的允許壓力降。 根據(jù)管段的計(jì)算流量及單位長(zhǎng)度允許壓力降預(yù)選管徑。 根據(jù)所選定的標(biāo)準(zhǔn)管徑，反算管段實(shí)際沿程壓力降和局部壓力降，并計(jì)算總的壓力降。 檢查計(jì)算結(jié)果。若總的壓力降未超過(guò)允許值，并趨近允許值，則認(rèn)為計(jì)算合格，否則應(yīng)適當(dāng)變動(dòng)管徑，直到總壓力降小于并盡量趨近允許值為止,第四節(jié) 環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算,環(huán)狀管網(wǎng)的特點(diǎn) 環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算方法 環(huán)狀管網(wǎng)的水力平差計(jì)算 環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算舉例,一）環(huán)狀管網(wǎng)的特點(diǎn),某一管段同時(shí)可由1條或幾條管道供氣，并有許多不同的分配方案 若改變環(huán)網(wǎng)某一管段的管徑，就會(huì)引起管網(wǎng)流量的重新分配并改變

13、各節(jié)點(diǎn)的壓力值，而枝狀管網(wǎng)的某一管段直徑變動(dòng)時(shí)，只導(dǎo)致該管段壓力降數(shù)值的變化，而不會(huì)影響流量分配。 枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算只有直徑和壓力降兩個(gè)變量，而環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算則有直徑、壓力降和計(jì)算流量三個(gè)未知量,二）環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算方法,節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程 環(huán)壓降閉合差為零,1、環(huán)狀管網(wǎng)流動(dòng)規(guī)律,2、環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算步驟,手工方法解環(huán)方程的計(jì)算方法（管網(wǎng)的平差計(jì)算,預(yù)先分配流量,計(jì)算單位長(zhǎng)度壓力降,預(yù)選管徑,計(jì)算各環(huán)的壓力降閉合差,計(jì)算結(jié)束,0,0,重新分配流量,環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算通常采用解管段方程組、解環(huán)方程組和解節(jié)點(diǎn)方程組的方法。 是對(duì)壓降方程、連續(xù)性方程和能量方程的聯(lián)立求解,環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算過(guò)程，就是重

14、新分配各管段的流量，反復(fù)計(jì)算，直到同時(shí)滿足連續(xù)性方程和能量方程組為止，這一計(jì)算過(guò)程稱為管網(wǎng)平差,繪制管網(wǎng)平面圖，對(duì)節(jié)點(diǎn)、管段、環(huán)網(wǎng)進(jìn)行編號(hào)、并標(biāo)明管道長(zhǎng)度、集中負(fù)荷、氣源或調(diào)壓站的位置； 計(jì)算管網(wǎng)各管段的途泄流量； 按氣流沿最短路徑從供氣點(diǎn)流向零點(diǎn)的原則，擬定環(huán)網(wǎng)各管段中的燃?xì)饬飨?。氣流的方向總是流離供氣點(diǎn)，而不應(yīng)逆向流動(dòng)。 從零點(diǎn)開始，逐一推算管段的轉(zhuǎn)輸流量； 求管網(wǎng)各管段的計(jì)算流量,預(yù)選管徑： a.由管網(wǎng)的允許壓降及供氣點(diǎn)至零點(diǎn)的計(jì)算長(zhǎng)度確定單位長(zhǎng)度允許的壓降； b.由單位長(zhǎng)度允許壓力降預(yù)選管徑； c.將管徑化為規(guī)格系列。 初步計(jì)算管網(wǎng)各管段的壓降及每環(huán)的壓力降閉合差； 管網(wǎng)平差計(jì)算，求每

15、環(huán)的校正流量，使所有封閉環(huán)網(wǎng)壓力降的代數(shù)和等于零或接近于零，達(dá)到工程容許的誤差范圍。 驗(yàn)證總壓降，若滿足要求，計(jì)算結(jié)束；不滿足，重復(fù)、 、,4、校正流量的計(jì)算,經(jīng)初步計(jì)算后環(huán)網(wǎng)中各管段的管道直徑已定，但第環(huán)和第環(huán)的壓力降的代數(shù)和均不等于零。 第環(huán)的壓力降閉合差為P； 第環(huán)的壓力降的閉合差為P,低壓管網(wǎng) 假設(shè)條件： 水力光滑區(qū) 引入校正流量后，各管段氣體流動(dòng)狀態(tài)不變 各管段壓降計(jì)算式,式中：P管段的壓力降； Q燃?xì)饬髁浚?管道阻抗，其中包括物理常數(shù)、管段長(zhǎng)度和直徑。系數(shù)的值隨氣流流動(dòng)狀況的改變而改變,由初步計(jì)算結(jié)果，用壓降方程表示,用流量形式表示,為不破壞節(jié)點(diǎn)的流量平衡，采用校正流量，以校正環(huán)網(wǎng)

16、的閉合差。 在環(huán)中引入校正流量Q，在環(huán)中引入校正流量Q，并且規(guī)定校正流量的方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?根據(jù)方程組可以得到Q、Q的表達(dá)式,分析： 第一項(xiàng)為未考慮鄰環(huán)校正流量的影響而得到的計(jì)算環(huán)的校正流量值； 第二項(xiàng)則考慮到鄰環(huán)校正流量對(duì)計(jì)算環(huán)的影響,對(duì)于任意環(huán)， 的一般式可寫為： 流量的第一個(gè)近似值,稱為校正,稱為校正流量的第二個(gè)近似值，其表達(dá)式中含有鄰環(huán)的,校正流量，用鄰環(huán)校正流量的第一個(gè)近似值來(lái)代替校正流量， 另外，考慮到任何環(huán)都有多個(gè)和鄰環(huán)共用的管段， 的一般形式可以寫為,式中： 鄰環(huán)校正流量的第一個(gè)近似值； 與鄰環(huán)共用管段的 值,校正流量的一般表達(dá)式,對(duì)于環(huán)網(wǎng)的平差計(jì)算步驟，可按照這樣的順序來(lái)進(jìn)行

17、,1）計(jì)算各環(huán)的 ， （2）計(jì)算各環(huán)的校正流量 = + （3）以環(huán)校正流量值校正各管段的計(jì)算流量 （4）驗(yàn)證各環(huán)壓降閉合差 若不滿足閉合差要求，重復(fù)第（1），直至滿足精度要求為止,高中壓,低壓,已知 低壓管網(wǎng) 各管段長(zhǎng)度 各環(huán)面積 人口密度 用氣量指標(biāo) 3、6節(jié)點(diǎn)集中用戶 天然氣物性 管網(wǎng)計(jì)算壓力降,四）環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算舉例,解： 繪圖 計(jì)算各環(huán)單位長(zhǎng)度途泄流量,解： 繪圖 計(jì)算各環(huán)單位長(zhǎng)度途泄流量 確定各管段初步計(jì)算流量,第五節(jié) 室內(nèi)燃?xì)夤艿赖挠?jì)算,考慮附加壓頭； 局部阻力損失的計(jì)算； 管段計(jì)算流量的確定（同時(shí)工作系數(shù)法,室內(nèi)燃?xì)夤艿赖挠?jì)算需根據(jù)燃具的布置、燃具的數(shù)量以及燃具的灶前壓力的要求，

18、確定室內(nèi)管道走向，通過(guò)水力計(jì)算，確定管徑。下面以某居民住宅為例，說(shuō)明室內(nèi)燃?xì)夤芫W(wǎng)的一般計(jì)算過(guò)程,例：如圖所示某五樓居民住宅，每戶安裝兩眼燃?xì)庠钜痪?，額定流量1.6m3/h，燃?xì)馐覂?nèi)管及用氣管的允許壓力降為200Pa，求管道直徑。燃?xì)庀鄬?duì)密度為0.6，室內(nèi)溫度15,計(jì)算步驟如下： 1、管道節(jié)點(diǎn)按順序編號(hào)，標(biāo)出各管段的長(zhǎng)度,8.5,0.5,8,2.3,2.9,2.9,2.9,0.5,1.5,2、根據(jù)各管段供應(yīng)的用具數(shù)及其同時(shí)作用系數(shù)計(jì)算管段計(jì)算流量,管道供應(yīng)戶數(shù)： 1-2 10 6-7 2 2-3 9 7-8 1 3-4 5 8-9 1 4-5 4 9-10 1 5-6 3,同時(shí)工作系數(shù)： 1-2

19、 0.54 6-7 1 2-3 0.56 7-8 1 3-4 0.68 8-9 1 4-5 0.75 9-10 1 5-6 0.85,2、根據(jù)各管段供應(yīng)的用具數(shù)及其同時(shí)作用系數(shù)計(jì)算管段計(jì)算流量,各管段計(jì)算流量Nm3/h： 1-2 8.64 6-7 3.2 2-3 8.06 7-8 1.6 3-4 5.44 8-9 1.6 4-5 4.8 9-10 1.6 5-6 4.08,單位長(zhǎng)度上的允許壓力降： 200/(301.5) =4.44Pa/m 并以此初選各管段的管徑,3、估計(jì)室內(nèi)管道的局部阻力為沿程阻力的50%，根據(jù)室內(nèi)管道允許壓力降和管道的總長(zhǎng)度，求單位長(zhǎng)度的允許壓力降,各管段管徑mm： 1-2 32 6-7 25 2-3 32 7-8 25 3-4 25 8-9 20 4-5 25 9-10 15 5-6 25,4、根據(jù)管徑